Minkowski不等式

假设p ≥ 1 p\ge1p1, 而且g 1 g_1g1g 2 g_2g2是测度空间( X , μ ) (X,\mu)(X,μ)上p-方可积函数,则
∥ g 1 + g 2 ∥ p ≤ ∥ g 1 ∥ p + ∥ g 2 ∥ p \|g_1+g_2\|_p\le\|g_1\|_p+\|g_2\|_pg1+g2pg1p+g2p
证明:
∥ g i ∥ p = + ∞ \|g_i\|_p=+\inftygip=+时,不等式成立,现假设∥ g i ∥ p < + ∞ \|g_i\|_p<+\inftygip<+。此时,由于p ≥ 1 p\ge1p1,容易验证有如下的不等式:
∣ g 1 + g 2 ∣ p ≤ ∣ g 1 ∣ p + ∣ g 2 ∣ p |g_1+g_2|^p\le|g_1|^p+|g_2|^pg1+g2pg1p+g2p因此,我们有∥ g 1 + g 2 ∥ p ≤ + ∞ \|g_1+g_2\|_p\le+\inftyg1+g2p+
∫ X ∣ g 1 + g 2 ∣ p d μ = ∫ X ∣ g 1 + g 2 ∣ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 d μ ≤ ∫ X ∣ g 1 ∣ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 d μ + ∫ X ∣ g 2 ∣ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 d μ \begin{aligned} \int_X|g_1+g_2|^pd\mu =& \int_X|g_1+g_2||g_1+g_2|^{p-1}d\mu\\\le&\int_X|g_1||g_1+g_2|^{p-1}d\mu+\int_X|g_2||g_1+g_2|^{p-1}d\mu\\ \end{aligned}Xg1+g2pdμ=Xg1+g2g1+g2p1dμXg1g1+g2p1dμ+Xg2g1+g2p1dμq qq满足1 p + 1 q = 1 \frac1p+\frac1q = 1p1+q1=1, 根据Holder不等式
∫ X ∣ g 1 ∣ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 d μ = ∥ ∣ g 1 ∣ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 ∥ 1 ≤ ∥ g 1 ∥ p ∥ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 ∥ q \int_X|g_1||g_1+g_2|^{p-1}d\mu = \||g_1||g_1+g_2|^{p-1}\|_1\le\|g_1\|_p\||g_1+g_2|^{p-1}\|_{q}Xg1g1+g2p1dμ=g1g1+g2p11g1pg1+g2p1q
其中,注意到p q = p + q pq = p+qpq=p+q,可以得到如下的式子
∥ ∣ g 1 + g 2 ∣ p − 1 ∥ q = ( ∫ X ∣ g 1 + g 2 ∣ q ( p − 1 ) d μ ) 1 q = ( ( ∫ X ∣ g 1 + g 2 ∣ p d μ ) 1 p ) p q = ∥ g 1 + g 2 ∥ p p q \||g_1+g_2|^{p-1}\|_q = (\int_X|g_1+g_2|^{q(p-1)}d\mu)^{\frac1q} = ((\int_X|g_1+g_2|^pd\mu)^{\frac1p})^{\frac pq} = \|g_1+g_2\|_p^{\frac pq}g1+g2p1q=(Xg1+g2q(p1)dμ)q1=((Xg1+g2pdμ)p1)qp=g1+g2pqp同理可以得到另一部分的不等式,带入以前的到的不等式即可得
∥ g 1 + g 2 ∥ p p ≤ ∥ g 1 ∥ p ∥ g 1 + g 2 ∥ p p q + ∥ g 2 ∥ p ∥ g 1 + g 2 ∥ p p q ∥ g 1 + g 2 ∥ p ≤ ∥ g 1 ∥ p + ∥ g 2 ∥ p \|g_1+g_2\|_p^p \le \|g_1\|_p\|g_1+g_2\|_p^{\frac pq}+\|g_2\|_p\|g_1+g_2\|_p^{\frac pq}\\ \|g_1+g_2\|_p\le\|g_1\|_p+\|g_2\|_pg1+g2ppg1pg1+g2pqp+g2pg1+g2pqpg1+g2pg1p+g2p


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