Hölders ulighed

Hölders ulighed i funktionsanalyse og relaterede discipliner er en grundlæggende egenskab ved rum . $L^{p}$

Ordlyd

Lad være et rum med mål , og være et rum af funktioner af formen med en endelig integrerbar ‑th grad. Så er seminormen defineret i sidstnævnte : $(X,\mathcal{F},\mu)$ $L^{p}\equiv L^{p}(X,{\mathcal {F)),\mu )$ $f:X \to \mathbb{R}$ $s$

\|f\|_{p}=\venstre(\;\int \limits _{X}|f(x)|^{p}\,\mu (dx)\;\right)^{{1/ p}}

hvor , normalt antages at være et naturligt tal. $p\geq 1$

Lad , og , hvor . Derefter , og $f \i L^p$ $g\in L^{q}$ $p,q\geq 1,\;1/p+1/q=1$ $f\cdot g\in L^{1}$

\|f\cdot g\|_{1}\leq \|f\|_{p}\cdot \|g\|_{q}

Bevis

Lad os omformulere Hölders ulighed ved at udtrykke normerne i form af de tilsvarende integraler.
Lad være et rum med måle , , målbare. Så: Til beviset bruger vi følgende udsagn ( Youngs ulighed ): $x$ $\mu$ $E\delsæt X$ $E$
$f\in L^{{p}},g\in L^{{q}},p>1,{\dfrac {1}{p}}+{\dfrac {1}{q}}=1\ Højrepil \int \limits _{E}|fg|\,d\mu <+\infty ,\;\int \limits _{E}\left|fg\right|\,d\mu \leq \left(\ int \limits _{E}|f|^{{p}}\,d\mu \right)^{{1/p}}\left(\int \limits _{E}|g|^{{q }}\,d\mu \right)^{{1/q}}$

$a,b\geq 0,p>1,{\dfrac {1}{p}}+{\dfrac {1}{q}}=1\Højrepil a^{{1/p}}b^{{1 /q}}\leq {\dfrac {a}{p}}+{\dfrac {b}{q}}$

Lad os sætte
$a={\dfrac {|f(x)|^{{p}}}{\int \limits _{E}|f|^{{p}}d\mu }}\quad b={\dfrac { |g(x)|^{{q))}{\int \limits _{E}|g|^{{q}}d\mu }}\quad I_{1}=\int \limits _{E }|f|^{{p}}d\mu >0\quad I_{2}=\int \limits _{E}|g|^{{q}}d\mu >0$

Ved at anvende uligheden får vi:
$|f(x)g(x)|\leq I_{1}^{{1/p}}I_{2}^{{1/q}}\left({\dfrac {|f(x)|^ {{p}}}{p\cdot I_{1}}}+{\dfrac {|g(x)|^{{q}}}{q\cdot I_{2}}}\right)$

Bemærk, at højre side af uligheden kan summeres over et sæt (derfor følger summeringen af venstre side også). Ved at integrere uligheden over får vi: Hölders ulighed er bevist. Bemærk: Hvis eller er lig med 0, betyder det, at eller svarer til nul på , og Hölders ulighed gælder naturligvis. $E$ $E$
$\int \limits _{E}|fg|\,d\mu \leq I_{1}^{{1/p}}I_{2}^{{1/q}}\left({\dfrac {1 }{p}}+{\dfrac {1}{q}}\right)=I_{1}^{{1/p}}I_{2}^{{1/q}}$

$I_1$ $I_{2}$ $f$ $g$ $E$

Særlige tilfælde

Cauchy-Bunyakovsky uligheden

Indstillingen opnår vi Cauchy-Bunyakovsky-uligheden for rummet . $p=q=2$ $L^{2}$

Euklidisk rum

Overvej det euklidiske rum eller . -norm i dette rum har formen: $E={\mathbb {R}}^{n}$ $\mathbb{C}^n$ $L^{p}$

\|x\|_{p}=\left(\sum \limits _{{i=1}}^{n}|x_{i}|^{p}\right)^{{1/p}} ,\;x=(x_{1},\ldots ,x_{n})^{{\top }}

og så

\sum \limits _{{i=1}}^{n}|x_{i}\cdot y_{i}|\leq \left(\sum \limits _{{i=1}}^{n}| x_{i}|^{p}\right)^{{1/p}}\cdot \left(\sum \limits _{{i=1}}^{n}|y_{i}|^{q }\right)^{{1/q}},\;\forall x,y\i E

Mellemrum l p

Lad være et tælleligt mål på . Så er sættet af alle sekvenser sådan, at: $X={\mathbb {N)),\,{\mathcal {F}}=2^{({\mathbb {N)))),\,m$ $\mathbb {N}$ $\{x_{n}\}_{n=1}^{\infty }$

\|x\|_{p}=\sum _{{n=1}}^{{\infty }}|x_{n}|^{p}<\infty

kaldte . Hölders ulighed for dette rum har formen: $l^{p}$

\sum \limits _{{n=1}}^{{\infty }}|x_{n}\cdot y_{n}|\leq \left(\sum \limits _{{n=1}}^{ {\infty }}|x_{n}|^{p}\right)^{{1/p}}\cdot \left(\sum \limits _{{n=1}}^{{\infty }} |y_{n}|^{q}\right)^{{1/q}},\;\forall x\in l^{p},y\in l^{q}

Sandsynlighedsrum

Lad være et sandsynlighedsrum . Derefter består den af stokastiske variable med et sidste moment : , hvor symbolet angiver den matematiske forventning . Hölders ulighed har i dette tilfælde formen: $(\Omega ,{\mathcal {F}),\mathbb {P} )$ $L^{p}(\Omega ,{\mathcal {F)),{\mathbb {P)))$ $s$ ${\mathbb {E}}\venstre[|X|^{p}\right]<\infty$ ${\mathbb {E}}$

{\mathbb {E}}|XY|\leq \left({\mathbb {E}}|X|^{p}\right)^{{1/p}}\cdot \left({\mathbb {E }}|Y|^{q}\right)^{{1/q}},\;\forall X\in L^{p},Y\in L^{q}

Se også

Litteratur

Sobolev S.L. Nogle anvendelser af funktionel analyse i matematisk fysik. — 3. udg., revideret og suppleret. — M .: Nauka , 1988. — 336 s. — ISBN 5-02-013756-1 .
Vulikh B.Z. Et kort kursus i teorien om en funktion af en reel variabel. - 2. udg., revideret og suppleret. — M .: Nauka , 1973. — 352 s.