柯西—施瓦茨不等式 - 內(nèi)積為連續(xù)函數(shù)
柯西-施瓦茨不等式是一個(gè)在眾多背景下都有應(yīng)用的不等式,例如線性代數(shù),數(shù)學(xué)分析,概率論,向量代數(shù)以及其他許多領(lǐng)域。它被認(rèn)為是數(shù)學(xué)中最重要的不等式之一。此不等式最初于1821年被柯西提出,其積分形式在1859被布尼亞克夫斯基提出,而積分形式的現(xiàn)代證明則由施瓦茲于1888年給出。
簡介
柯西-施瓦茨不等式是數(shù)學(xué)分析中經(jīng)常要用到的一個(gè)不等式,在競賽數(shù)學(xué)和
高等數(shù)學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用,下面介紹它的三種證明方法,從而加深對(duì)該不等式的理解,利于教學(xué)。定理(柯西-施瓦茨不等式):若a1,a2,…,an和b1,b2,…,bn是任意實(shí)數(shù),則有(nk=1∑akbk2≤(nk=1∑ak2)(k=n1∑bk2)此外,如果有某個(gè)ai≠0,則上式中的等號(hào)當(dāng)且僅當(dāng)存在一個(gè)實(shí)數(shù)x使得對(duì)于每一個(gè)k=1,2,…,n都有akx+bk=0時(shí)成立。
證明1平方和絕不可能是負(fù)數(shù),故對(duì)每一個(gè)實(shí)數(shù)x都有nk=1∑(akx+bk2≥0其中,等號(hào)當(dāng)且僅當(dāng)每一項(xiàng)都等于0時(shí)成立。
數(shù)學(xué)上,柯西—施瓦茨不等式,又稱施瓦茨不等式或柯西—布尼亞科夫斯基—施瓦茨不等式,是一條很多場(chǎng)合都用得上的不等式,例如線性代數(shù)的矢量,數(shù)學(xué)分析的無窮級(jí)數(shù)和乘積的積分,和概率論的方差和協(xié)方差。不等式以奧古斯丁·路易·柯西(AugustinLouisCauchy),赫爾曼·阿曼杜斯·施瓦茨(HermannAmandusSchwarz),和維克托·雅科夫列維奇·布尼亞科夫斯基(ВикторЯковлевичБуняковский)命名。
柯西—施瓦茨不等式說,若x和y是實(shí)或復(fù)內(nèi)積空間的元素,那么
等式成立當(dāng)且僅當(dāng)x和y是線性相關(guān)。:
特例
對(duì)歐幾里得空間Rn,有
對(duì)平方可積的復(fù)值函數(shù),有
這兩例可更一般化為赫爾德不等式。
在3維空間,有一個(gè)較強(qiáng)結(jié)果值得注意:原不等式可以增強(qiáng)至等式
