柯西-施瓦茨不等式
數學上,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,是一條很多場合都用得上的不等式;例如線性代數的矢量,數學分析的無窮級數和乘積的積分,和概率論的方差和協方差。它被认为是最重要的数学不等式之一。它有一些推广,如赫尔德不等式。
不等式以奧古斯丁·路易·柯西(Augustin Louis Cauchy),赫爾曼·阿曼杜斯·施瓦茨(Hermann Amandus Schwarz),和維克托·雅科夫列維奇·布尼亞科夫斯基(Виктор Яковлевич Буняковский)命名。
叙述
对于一个內積空間中的向量x和y,有
- 。
其中表示內積,也叫点积。等价地,将两边开方,等式右边即可以写为两向量范數乘积的形式。
另外,當且僅當x和y線性相關时,等式成立(仅两个向量而言,线性相关等同于平行)。
若和有虚部,内积即为标准内积。如果用拔(bar,上划线)标记共轭复数,这个不等式可以更明确地表述为
由柯西—施瓦茨不等式可以推得一个重要结果:內積是连续的,甚至满足一阶利普希茨条件。
特例
- 對歐幾里得空間Rn,有
- 。
等式成立時:
也可以表示成
證明則須考慮一個關於的一個一元二次方程式
注意到
⇒
則
即
而等號成立於判別式時
也就是此時方程式有重根,故
- 對平方可積的複值函數,有
- 。
這兩例可更一般化為赫爾德不等式。
- 在3維空間,有一個較強結果值得注意:原不等式可以增強至拉格朗日恒等式
- 。
- 这是
- 在n=3 时的特殊情况。
矩阵不等式
- x=0時不等式成立,设x非零,,则
- 等号成立与线性相关
设为Hermite阵,且,则
- 存在,设
- 等号成立与线性相关
设为Hermite阵,且,则
- 存在,设
- 等号成立与线性相关[1]
若,则[2]
复变函数中的柯西不等式
设 在区域D及其边界上解析, 为D内一点,以为圆心做圆周 ,只要及其内部G均被D包含,则有:
其中,M是的最大值, 。
參見
- 三角不等式
- 內積空間
注释
- 表示x的共轭转置。
参考资料
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