又一个很好的积分不等式
陈洪葛
posted @ 11 年前
in 数学分析
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设f:[0,1]→R是一个可微函数具有连续导数,且f(1)=0,证明:
4∫10x2|f′(x)|2dx≥∫10|f(x)|2dx+(∫10|f(x)|dx)2
证明:为了方便起见,我们令
A=∫10|f(x)|dx
由Cauchy-Schwarz不等式,我们有
LHS=4(∫10x2|f′(x)|2dx)(∫10(|f(x)|+A)2dx)≥4(∫10x|f′(x)|⋅|f(x)|dx+A∫10x|f′(x)|dx)2
这时,注意到
∫10x|f′(x)|⋅|f(x)|dx≥|∫10xf′(x)dx|=12∫10|f(x)|2dx
和
∫10|f(x)|dx=∫10|∫1tf′(x)dx|≤∫10∫1t|f′(x)|dx=∫10x|f′(x)|dx
LHS≥(∫10|f(x)|2dx+2A∫10|f(x)|dx)2
于是,只要证明
(∫10|f(x)|2dx+2A∫10|f(x)|dx)2≥[∫10|f(x)|2dx+(∫10|f(x)|dx)2](∫10(|f(x)|+A)2dx)
经过简单的化简运算,就是
(∫10|f(x)|dx)4≥0
显然成立。Hence we are done!