柯西不等式
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(shù)的矢量,數(shù)學(xué)分析的無窮級數(shù)和乘積的積分,和概率論的方差和協(xié)方差。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。 2 證法柯西不等式的一般證法有以下幾種: ■①Cauchy不等式的形式化寫法就是:記兩列數(shù)分別是ai, bi,則有 (∑ai^2) * (∑bi^2) ≥ (∑ai *bi)^2. 我們令 f(x) = ∑(ai + x * bi)^2 = (∑bi^2) * x^2 + 2 * (∑ai * bi) * x + (∑ai^2) 則我們知道恒有 f(x) ≥ 0. 用二次函數(shù)無實根或只有一個實根的條件,就有 Δ = 4 * (∑ai * bi)^2 - 4 * (∑ai^2) * (∑bi^2) ≤ 0. 于是移項得到結(jié)論。 ■②用向量來證. m=(a1,a2......an) n=(b1,b2......bn) mn=a1b1+a2b2+......+anbn=(a1^2+a2^2+......+an^2)^(1/2)乘以(b1^2+b2^2+......+bn^2)^(1/2)乘以cosX. 因為cosX小于等于1,所以:a1b1+a2b2+......+anbn小于等于a1^2+a2^2+......+an^2)^(1/2)乘以(b1^2+b2^2+.....+bn^2)^(1/2) 這就證明了不等式. 柯西不等式還有很多種,這里只取兩種較常用的證法. 3 應(yīng)用柯西不等式在求某些函數(shù)最值中和證明某些不等式時是經(jīng)常使用的理論根據(jù),我們在教學(xué)中應(yīng)給予極大的重視。 ■巧拆常數(shù): 例:設(shè)a、b、c 為正數(shù)且各不相等。 求證: 2/(a+b)+2/(b+c)+2/(c+a)>9/(a+b+c) 分析:∵a 、b 、c 均為正數(shù) ∴為證結(jié)論正確只需證:2*(a+b+c)[1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]>9 而2(a+b+c)=(a+b)+(a+c)+(c+b) 又 9=(1+1+1)(1+1+1) 證明:Θ2(a+b+c)[1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]=[(a+b)+(a+c)+(b+c)][1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]≥(1+1+1)(1+1+1)=9 又 a、b 、c 各不相等,故等號不能成立 ∴原不等式成立。 像這樣的例子還有很多,詞條里不再一一列舉,大家可以在參考資料里找到柯西不等式的證明及應(yīng)用的具體文獻. 4 其他5 柯西
1805年柯西進入高等工業(yè)學(xué)校學(xué)習(xí),安培是他的一位老師。他原來打算成為土木工程師,但是他的身體很差,他的朋友拉格朗日和拉普拉斯勸他轉(zhuǎn)向搞不要求身體特別好的純粹數(shù)學(xué)。在大學(xué)畢業(yè)后當土木工程師,因數(shù)學(xué)上的成就被推薦為科學(xué)院院士,同時任工科大學(xué)教授。后來在巴黎大學(xué)任教授,一直到逝世。他信仰羅馬天主教,追隨?;庶h,終生堅守氣節(jié)。他在學(xué)術(shù)上成果相當多,他的研究是多方面的。在代數(shù)學(xué)上,他有行列式論和群論的創(chuàng)始性的功績;在理論物理學(xué)、光學(xué)、彈性理論等方面,也有顯著的貢獻。他的特長是在分析學(xué)方面,他對微積分給出了嚴密的基礎(chǔ)。他還證明了復(fù)變函數(shù)論的主要定理以及在實變數(shù)和復(fù)變數(shù)的情況下微分方程解的存在定理,這些都是很重要的。他的全集26卷,僅次于歐拉,居第二位。 柯西是歷史上有數(shù)的大分析學(xué)家之一。幼年時在父親的教導(dǎo)下學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。拉格朗日、拉普拉斯常和他的父親交往,曾預(yù)言柯西日后必成大器。1815年柯西入理工科大學(xué),1816年成為那里的教授。1830年法王查理十世(他封柯西為男爵)被逐,路易·菲利普稱帝??挛饔捎诰芙^作效忠宣誓,被革去職位,出走國外。 1838年柯西返回法國,法蘭西學(xué)院給他提供了一個要職,但是宣誓的要求仍然成為接納他的障礙。1848年路易。菲利普君主政體被推翻,拿破侖一世的侄子路易·拿破侖掌了權(quán)成立了法蘭西第二共和國,宣誓的規(guī)定被廢除,柯西終于成為理工科大學(xué)的教授。1852年發(fā)生政變,共和國又變成帝國,恢復(fù)了宣誓儀式,唯獨柯西和阿拉果(D.Arago,1786-1853,法國物理學(xué)家)可以免除。 1821年,在拉普拉斯和泊松的鼓勵下,柯西出版了《分析教程》、《無窮小計算講義》、《無窮小計算在幾何中的應(yīng)用》這幾部劃時代的著作。他給出了分析學(xué)一系列基本概念的嚴格定義??挛鞯臉O限定義至今還在普遍使用,連續(xù)、導(dǎo)數(shù)、微分、積分、無窮級數(shù)的和等概念也建立在較為堅實的基礎(chǔ)上。 現(xiàn)今所謂的柯西定義或ε-δ方法是半個世紀后經(jīng)過維爾斯特拉斯的加工才完成的??挛鲿r代實數(shù)的嚴格理論還未建立起來,因此極限理論也就不可能完成??挛髟?821年提出ε方法(后來又改成δ),即所謂極限概念的算術(shù)化,把整個極限過程用一系列不等式來刻畫,使無窮的運算化成一系列不等式的推導(dǎo)。后來維爾斯特拉斯將ε和δ聯(lián)系起來,完成了ε-δ方法。 他在純數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)的功力是相當深厚的,很多數(shù)學(xué)的定理和公式也都以他的名字來稱呼,如柯西不等式、柯西積分公式...在數(shù)學(xué)寫作上,他是被認為在數(shù)量上僅次于歐拉的人,他一生一共著作了789篇論文和幾本書,其中有些還是經(jīng)典之作,不過并不是他所有的創(chuàng)作質(zhì)量都很高,因此他還曾被人批評高產(chǎn)而輕率,這點倒是與數(shù)學(xué)王子相反,據(jù)說,法國科學(xué)院''會刊''創(chuàng)刊的時候,由于柯西的作品實在太多,以致于科學(xué)院要負擔(dān)很大的印刷費用,超出科學(xué)院的預(yù)算,因此,科學(xué)院后來規(guī)定論文最長的只能夠到四頁,所以,柯西較長的論文只得投稿到其他地方。 柯西在代數(shù)學(xué)、幾何學(xué)、誤差理論以及天體力學(xué)、光學(xué)、彈性力學(xué)諸方面都有出色的工作。特別是,他弄清了彈性理論的基本數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),為彈性力學(xué)奠定了嚴格的理論基礎(chǔ)。 |
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