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赫尔德不等式与闵可夫斯基不等式
柯西对应平方与平方根。把指数改成互为共轭的两个数,就得到赫尔德不等式;再用它可以证明有限数列的三角不等式。这里不引入抽象空间。
赫尔德的条件与结论
设 ,,(),则
若两组数都不是全零,等号当且仅当存在 ,使 对每个 成立。任一组全零时也取等,需单列,不能强行写成正比例。对于实数列,对绝对值使用此式即可估计 ,但还须检查求和时的符号损失。
用归一化完成证明
记 、。若 ,结论直接成立;否则令 。杨氏不等式给出
求和后右边为 ,乘以 即得结论。每项取等要求 ,恰是上一节的比例条件。
多组乘积的加权形式
设 ,;权重 且 ,则
若某行全零,两边均为零。否则令 ,对每列应用加权均值:。对 求和,右边为 ,还原即可。
所有行和正时,等号当且仅当每列的归一化数 对 都相等。权重全为 时是常见的多重赫尔德形式。
闵可夫斯基及证明
设 ,,则
记左边为 ,右边两项为 。 时显然。否则,拆开
分别用赫尔德及 ,右边至多为 ,约去正数得证。两组非零时取等当且仅当存在 使 对全部下标成立;任一组全零也取等。
实数列的形式与符号条件
对任意实数列,同样有
先逐项使用 ,再对两组非负数 使用刚证的结论即可。 时,任一数列全零会取等;两组均非零时,取等要求绝对值成正比例并且每一对非零项同号,合起来仍是存在同一个 使 。
时退化为逐项三角不等式,等号只要求每个 ,不要求各项比例相同。
例:同次分式的下界
若 ,多重赫尔德给出
可将三组分别取为 、、 后使用等权形式。等号条件为 。
例如 ,分式和至少为 ,在 取等。