連續不等 Young不等式的積分證明

2021-10-14 19:15:12 字數 809 閱讀 5755

young不等式指的是如下不等式:

其中, 且 。

這個不等式有很多種證明方法,在卓里奇《數學分析》第六章第5節的課後習題中,卓里奇給了我們乙個定積分方法。

試證:a)如圖所示,設

和 是互逆的連續、非負函式,且分別在

時等於零。試證成立不等式

b)從a)匯出楊格不等式

其中 且

。c)在問題a)和b)的不等式中等號有什麼幾何意義?

a)因為

是 上可逆的函式,可以驗證函式

在該區間嚴格單調。而

非負,連續,且在

,可以推出,函式

在 上單調遞增,函式影象如上圖所示。從而作為函式

的反函式,函式

也是單調遞增的。

從而,對於積分

對於這個最後的結果,如果

,那麼根據函式

的單調性,有

,從而如果 ,又根據函式

的單調性,有

,從而所以不管怎麼樣,我們都能做出估計:

這就是要證的不等式了。

b)根據a)得到的結果,結合到楊格不等式的形式,我們能很自然的令

,其反函式為:

從而,根據a),我們有:

c)從圖中我們可以看出,不等式中的等號只有當

的時候成立,這時,不等式的幾何意義為,由

圍成的矩形的面積,等於

在 上的曲邊梯形的面積與

在 上的曲邊梯形的面積之和。

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