Si
X <y
Multiplicando por x en ambos lados
x^2 < xy
Y extrayendo la raíz cuadrada (sqrt)
X < sqrt(xy)
Con ello queda demostrada la primera desigualdad
Para la segunda hacemos esto
$$\begin{align}&\text{Como }\\&x \neq y\\&\\&x-y \neq 0\\&\\&(x-y)^2 \gt 0\\&\\&x^2 - 2xy + y^2 \gt0\\&\\&\text{Sumamos 4xy en ambos lados}\\&\\&x^2 + 2xy + y^2 \gt 4xy\\&\\&(y+x)^2 \gt 4xy\\&\\&xy \lt \frac{(x+y)^2}{4}= \left(\frac{x+y}{2} \right)^2\\&\\&\text{y extrayendo la taíz cuadrada}\\&\\&\sqrt{xy} \lt \frac{x+y}{2}\end{align}$$
Y con esto queda demostrada la segunda
Y para la tercera desigualda
x < y
sumando y en ambos lados
x+y < 2y
y dividiendo entre 2
(x+y)/2 < y
Y ya está demostrado todo. Espero que te sirva y lo hayas entendido. Si no es así pregúntame. Y si ya está bien, no olvides puntuar.