杨氏不等式又称Young不等式,Young不等式是加权算术-几何平均值不等式的特例,Young不等式是证明Holder不等式的一个快捷方法。

一般形式

假设 是非负实数, , ,那么

等号成立当且仅当 .

加权形式

假设 是非负实数, , ,那么

其中 任意小而 任意大。

当且仅当a=b时等号成立

Young不等式是加权算术-几何平均值不等式的特例,Young不等式是证明Holder不等式的一个快捷方法

证明

1.若b =0,不等式显然成立。

若b≠0, ,则该不等式变为

设,时,f严格递增,时,f严格递减,故f(t) f(1)=1-t,得证。

2.如果a\u003e0且b\u003e0,而数p,q满足:1/p+1/q=1,那么

a^(1/p)*b^(1/q)≤(1/p)*a+(1/q)*b,当p\u003e1

a^(1/p)*b^(1/q)≥(1/p)*a+(1/q)*b,当p\u003c1

可以先证明:x\u003e0时,

x^α-αx+α-1≤0,当0\u003cα\u003c1时;

x^α-αx+α-1≥0,当α\u003e1时;

f(x)=x^α-αx+α-1

f'(x)=α[x^(α-1)-1],f'(1)=0

当0\u003cα\u003c1时;

当x∈(0,1);f'(x)\u003e0;

当x∈(1,+∞);f'(x)\u003c0;

∴f(x)在x=1处取最大值,又f(1)=0,∴f(x)≤0

当α\u003e1时,

当x∈(0,1)时,f'(x)\u003c0,

当x∈(1,+∞)时,f'(x)\u003e0,

∴f(x)在x=1处取最小值,又f(1)=0,∴f(x)≥0

代入,x=a/b,α=1/p,得

f(a/b)=(a/b)^(1/p)-(1/p)*(a/b)+1/p-1

当p\u003e1时,即0\u003cα\u003c1:

(a/b)^(1/p)-(1/p)*(a/b)+1/p-1≤0

即(a/b)^(1/p)≤(1/p)*(a/b)+1/q

同时乘以b,得:

a^(1/p)*b^(1/q)≤(1/p)*a+(1/q)*b

当p\u003c1时,即α\u003c0(p1(0\u003cp\u003c1)

(a/b)^(1/p)-(1/p)*(a/b)+1/p-1≥0即(a/b)^(1/p)≥(1/p)*(a/b)+1/q

同时乘以b,得:a^(1/p)*b^(1/q)≥(1/p)*a+(1/q)*b

证明2:令f(a)=a^p/p+b^q/q-ab,

f′(a)=a^(p-1)-b

令f′(a)\u003e0,分2种情况

1、p\u003e1,a\u003eb^(1/(p-1))

f(a)\u003e=f(b^(1/(p-1)))=0

即a^p/p+b^q/q\u003e=ab

2、0\u003cp\u003c1,a\u003c=b^(1/(p-1))

f(a)\u003c=f(b^(1/(p-1)))=0

即a^p/p+b^q/q\u003c=ab

证毕

参考资料