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积分不等式

(2021-02-22 06:23:59) 经验

积分不等式

积分不等式是微积分学中的一类重要不等式,也为解决微分方程等方面的问题提供了 富有成效的理论工具。主要有杨不等式,施瓦兹不等式,闵可夫斯基不等式,延森不等式等。

基本介绍

  • 中文名:积分不等式
  • 外文名:integral inequality
  • 举例:杨不等式、施瓦兹不等式等
  • 类型:数学术语
  • 隶属:微积分学

杨不等式

有关函式及其反函式积分的不等式。设f在
上连续,且严格增,
,则对任意的a≥0及
其中
的反函式,等号若且唯若
时成立.这个不等式是杨(Young,W.H.)于1912年建立的.它有明显的几何意义:如图1,图形OAC与OEB的面积之和不小于矩形OADB的面积。反之,若f,g在
上连续,且严格增,
,且对任意a,b>0,有
图1杨不等式的几何意义图1杨不等式的几何意义
从杨不等式可以得到一些有用的不等式,如
(也有人称为杨不等式),其中1/p+1/q=1,p>1,q>1,a,b≥0,等号若且唯若
时成立。若f:
,右连续且增,
,则f(x)称为杨函式。若对杨函式f(x),定义其右反函式
为:y∈[0,f(0)]时,
;而
时,
。则对a,b≥0,有
等号若且唯若
时成立。
杨不等式可以推广(1989)为
其中f在
上连续,严格增,φ,ψ分别在
上可微,且同增或同减,等式若且唯若
,或φ在a与
之间为常值,或ψ在f(a)与b之间为常值时成立。当φ,ψ之一增,另一减时不等号反向。一般地,对(0,+∞)上的任意实函式f,g及x>0,y>0,xy≤f(x)+g(y)称为杨型不等式。杨型不等式成立的一个充分必要条件(1984)是:存在(0,+∞)上的非负函式p,q,常数c及杨函式φ,使
上述不等式中的等号成立,若且唯若p(x)=q(y)=0,且φ(x)=y或
时。

施瓦兹不等式

赫尔德不等式中用得最普遍的是p=q=2的情况,此时的赫尔德不等式称为施瓦兹不等式,有时也称为柯西不等式或布尼亚科夫斯基不等式。
见施瓦兹不等式。

闵可夫斯基不等式

(1)对所有的正实数
更一般地,对
时有
若且唯若
时等号成立。这个不等式叫闵可夫斯基不等式
(2)设E为
中的勒贝格可测集,f(x),g(x)为E上p次
实值可积函式,则f(x)+g(x)是E上p次可积函式,并且:
上述不等式称为闵可夫斯基不等式。当p>1时,闵可夫斯基不等式中等号成立若且唯若存在两个不全为零的常数
,使得:
(3)序列形式的闵可夫斯基不等式
为两个实数列,满足条件
上面不等式中等号成立若且唯若存在两个不全为零的常数
,使得

延森不等式

有关凸函式的一个不等式。它的离散形式是
式中f是I上的凸函式,
,等号若且唯若
或f是线性函式时成立;
延森不等式的积分形式
式中I是区间,f在包含x(I)的区间上是凸函式,函式x在I上可积,q(t)≥0,且
等号若且唯若x是常值函式或f是线性函式时成立。上述不等式等价于
式中
不全为0,非负,f同上;
式中p(t)>0,其他条件同上。
以上不等式中,I可以换成凸集(这时积分应为勒贝格积分)。当f是凹函式时不等号反向。适当地选择f,
或函式q,可以得到许多着名的不等式。例如,取f(x)=-ln x(x>0)及
,可以得到平均不等式与赫尔德不等式。离散形式的延森不等式是赫尔德(Ho¨lder,O.L.)于1889年得到的,积分形式是延森(Jensen,J.L.W.V.)于1906年建立的。
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