赫尔德不等式

揭示Lp空间相互关系的不等式

赫尔德 不等式 是 数学分析 的一条不等式,取名自奥图·赫尔德(Otto Hölder)。这是一条揭示Lp空间相互关系的 基本不等式 。

基本形式

内容

设 ,若 ,则

若 ,则该 不等式 反向。

成立条件

仅当{{ },{ }}中至少有一个为零 数列 或者 ,且 ,使得 ,

离散形式

内容

设

或

为 实数 或复数列,a叫做 多重指标 ,令

满足条件的p,q称为 共轭指数 , 是规定 ,

若 ,则

若 ,则 不等号 反向。

成立条件

时,

,且

成立

积分形式

内容

设p、q为共轭指数,令

若

当

时,

,且

即 ,

…………………… ①

………… …………②

若 ,则不等号方向改变

成立条件

时,仅当

,使得

和在E上 几乎处处 成立时①式成立

时,仅当

,使得

a.e.(almost everywhere)于E,且

时,

②式成立

其他证明

赫尔德不等式有许多证明,主要的想法是 杨氏不等式 。

如果 ,那么f在μ-几乎处处为零,且乘积fg在μ-几乎处处为零,因此赫尔德不等式的左端为零。如果 也是这样。因此,我们可以假设 且 。

如果 或 ,那么 不等式 的右端为无穷大。因此,我们可以假设 和 位于 内。

如果 且 ,那么 几乎处处 有 ,不等式就可以从 勒贝格积分 的单调性推出。对于 和 ,情况也类似。因此,我们还可以假设 。

分别用f和g除 ,我们可以假设:

我们现在使用 杨氏不等式 :

对于所有非负的a和b,当且仅当时

等式成立。

因此:

两边积分,得:.

这便证明了赫尔德不等式。

在 和 的假设下,等式成立当且仅当 几乎处处 有

。更一般地,如果 和 位于 内,那么赫尔德不等式变为等式,当且仅当存在 (即 且 ),使得:

几乎处处

的情况对应于 中的 。 =的情况对应于 中的 。