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本来说好今天讲幂平均不等式的,但由于上期讲了杨格不等式,并且留言中一位朋友说赫尔德不等式好像需要杨格不等式来证明,是的,他说得对,所以,上期讲了杨格不等式,这期讲赫尔德不等式就自然不过了。我想保持这种连续性。于是,很不好意思,幂平均不等式只能再次延迟了。应该在最近两三期内一定会讲幂平均不等式的。也许,延迟也不是坏事,因为我这些天大脑也没闲着,一直在思考着怎么把幂平均不等式讲到更好。对幂平均不等式,我之前讲过一次(这个链接:《 数学的形式美与不等式 》),但角度不同,您可以先去看一看了解一下。
好的,今天就来讲如何从杨格不等式推出赫尔德不等式。
杨格不等式:
若a>0,b>0;p>1,且
则下面不等式成立:
(1)式就是杨格不等式(Young Inequality)。我自己更愿意称其为年轻不等式,因为Young是年轻的意思。
(注意,我们上面没有提及q的取值范围,这是因为由上面的条件,q的取值范围是确定的,即q=p/(p-1),显然,q>1。)
首先给出 赫尔德不等式如下:
赫尔德不等式:
若xi≥0,yi≥0(i=1, 2, 3, ··· , n);p>1,且
则下面不等式成立:
(2)式就是赫尔德不等式 (Hölder Inequality)。 我自己更愿意称其为“Hold住不等式”或“Hou得住不等式”或“抓得住不等式”,因为Hold是抓住的意思。
下面来证明。设
再设杨格不等式中的a和b如下:
于是,把a和b代入杨格不等式
中,得到
上式中,下标 “i” 分别取 1, 2, 3, ···, n,将得到n个不等式,把它们 求和,得到
再把X和Y,即
代入(4)式,便得到赫尔德不等式:
说明:我们只讨论了p>1的情况。赫尔德不等式还有另一半,这里就不讨论了。
很多不等式之间存在着或深或浅或直接或间接的关系,有时我们不一定能够看得出。只有深入挖掘,它们之间隐藏的微妙关系才会显现。那么,提示一下您,上面这个(2)式,也就是赫尔德不等式,与柯西不等式有什么关系吗?好的,我们一起来看一看。我们在(2)式中取p=2,q=2,便得到:
(5)式和(6)式就是我们常用的柯西不等式(Cauchy Inequality),全称柯西-布尼亚科夫斯基-许瓦尔兹不等式( Cauchy-Buniakowsky-Schwarz Inequality)。也就是说,柯西不等式是赫尔德不等式的特殊情况。
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原文标题:赫尔德不等式(赫尔德不等式)