如何证明柯西不等式的积分形式?

如题所述

可以先证明欧几里德空间中的柯西–布尼亚科夫斯基不等式,然后将其一举应用到离散形式和积分形式。

欧几里德空间是指带有内积运算的线性空间。对于其中任意两个元素α,β,定义一个二元实函数(α,β),具有性质:

1.(α,β)=(β,α)

2.(α+β,γ)=(α,γ)+(β,γ)

3.(α,α)≥0,当且仅当α是零向量时取等号。

需要注意的是内积运算到底怎么算并无规定,只要满足上述三条性质即可。因此这里说的是广义的内积。

下面证明柯西–布尼亚科夫斯基不等式:

|(α,β)|≤‖α‖‖β‖,其中‖α‖是√(α,α),即α的长度。

置γ=α+kβ,其中k是待定系数。

则(γ,γ)=(α,α)+2k(α,β)+k²(β,β)≥0

现在取k=-(α,β)/(β,β)

带入上式,得:

(α,α)-2(α,β)²/(β,β)+(α,β)²/(β,β)

从而(α,α)≥(α,β)²/(β,β)

立得(α,β)²≤(α,α)(β,β)

两边开方,不等式得证。

现在马上令[a,b]上的全体连续函数的集合为一个线性空间,定义内积运算(f,g)=∫ f(x)g(x)dx显然这是一个欧几里德空间。利用柯西不等式,立即有积分结果。

二维形式的证明:

(a2+bB)=(c2+d2)

=a2×2+b2×d2+a2×d2+b2×c2

=(ac+bd)2+(ad-bc)22(ac+bd)2(a,b,c,dE R)

等号在且仅在ad-bc=0即ad=bc时成立。

三角形式的证明:

(Va2 +b'+Vee+df)2

=a2+b2+c2+d2+2Va2+b°×Vc+de

≥a2+b2+C2+d2+2lac+bdl

2a2-2ac+c2+b2-2bd+d2

=(a-c02+(b-d)2两边开平方得:

Va-+'+ve+df2(a-c)2+(0-d)。

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