■シュワルツの不等式
[1]2乗可積分な関数f,gに対して,以下の不等式が成立する.
(∫f^2∫g^2)^(1/2)≧∫fg
(証明)
∫(tf−g)^2dx=t^2∫f^2−2t∫fg+∫g^2≧0
したがって,tを変数とする2次式の判別式
D=(∫fg)^2−(∫f^2∫g^2)≦0
等号はg=cf (c:定数)のとき
[2]Δをm次対称行列,行列の固有値をλ1,・・・,λmとする.f,gを2乗可積分な関数とすると,
|∫(Δf,g)|=|∫(f,Δg)|≦max|λi|(∫f^2∫g^2)^(1/2)
|∫(Δf,g)|=|∫(f,Δg)|≦max|Δij|(∫f^2∫g^2)^(1/2)
(証明)
正の対称行列は適当な座標の回転(ユニタリ変換)により,対角行列(対角要素以外はすべて0の行列)で表現可能である.このとき,
〈f,g〉:=(Δf,g)=(f,Δg)=ΣΔijfigj
の値は不変であるから,変換後の座標で計算すると
|(Δf,g)|=|(f,Δg)|≦Σ|λi||f||g|
|λi|≦max|λi|を適用すると,[1]より
∫|(Δf,g)|=∫|(f,Δg)|≦max|λi|(∫f^2∫g^2)^(1/2)
が成り立つ.
また,これにより
|∫(Δf,g)|=|∫(f,Δg)|≦max|Δij|(∫f^2∫g^2)^(1/2)
は自明である.
===================================