• 締切済み

勾配とシュワルツの不等式

写真の命題の証明 (D_uf)(x) = (grad f(x))|u)とシュワルツの不等式により (D_uf)(x) = (grad f(x))|u) ≦ |grad f(x)|・|u| = |grad f(x)| 等号が成立するのは, grad f(x)=cu (c≧0)となるとき, すなわちgrad f(x)がuと同じ向きになるときに限る. とあったのですが、 (grad f(x))|u)=||grad f(x)||・||u|| ⇔grad f(x)とuが線型従属になる ⇔r・grad f(x)=u, またはgrad f(x)=ruとなる実数rが存在する より 「等号が成立するのは, grad f(x)=cu (c≧0)となるとき, すなわちgrad f(x)がuと同じ向きになるときに限る」 ではなく 「等号が成立するのは, c・grad f(x)=u, またはgrad f(x)=cuとなる実数cが存在するときに限る」 ではないでしょうか?

みんなの回答

  • jcpmutura
  • ベストアンサー率84% (311/366)
回答No.1

(grad f(x)|u)=||grad f(x)||・||u|| →grad f(x)とuが線型従属になる は成り立つけれど grad f(x)とuが線型従属になるからといって (grad f(x)|u)=||grad f(x)||・||u|| となるとは限りません 例えば grad f(x)=-u≠0 とすると grad f(x)とuが線型従属だけれども (grad f(x)|u)=(-u|u)=-||u||^2≠||u||^2=||grad f(x)||・||u|| (grad f(x)|u)≠||grad f(x)||・||u|| 左辺は負,右辺は正で 等号は成立しません

shoichi_0313
質問者

お礼

そうでした。勘違いしてました。

関連するQ&A

  • コーシーシュワルツの不等式

    文字は全て実数 √(a^2+b^2+c^2)*√(x^2+y^2+z^2)≧|ax+by+cz| を利用して 10(2a^2+3b^2+5c^2)≧(2a+3b+5c)^2 を証明せよ。という問題です。 調べてみると上記のシュワルツの不等式を利用するようなのですが うまい変形が思いつきませんでした。 ご教授お願いいたします。

  • シュワルツの不等式

    現在、「シュワルツの不等式」を勉強していますがわからない問題があります。これは大学受験用参考書に載っている問題です。どなたかおわかりになる方がいらっしゃれば教えていただきたいと思います。宜しくお願いいたします。 問題は f(x)、g(x)はともに区間a≦x≦bで定義された連続関数とする。このとき、tを任意の実数とし、∫(a→b){f(x)+tg(x)}^2dxを考えることにより、次の不等式を証明せよ。 {∫(a→b)f(x)g(x)dx}^2≦∫(a→b){f(x)}^2dx∫(a→b){g(x)}^2dx また、どのようなときに統合が成立するか述べよ。です。 全くわからなくて、解答をみたのですが、解答をみても納得いかないところがあります。 解答は、 任意のtについて、{f(x)+tg(x)}^2≧0から、∫(a→b){f(x)+tg(x)}^2dx≧0 t^2∫(a→b){g(x)}^2dx+2t{∫(a→b)f(x)g(x)dx}+∫(a→b){f(x)}^2dx≧0 ⅰ)∫(a→b){g(x)}^2dx=0のとき、a≦x≦bでつねにg(x)=0 ・・・ ⅱ) ∫(a→b){g(x)}^2dx>0のとき・・・ とあります。 ⅰのときのところで質問です。 ∫(a→b){g(x)}^2dx=0のとき、a≦x≦bでつねにg(x)=0とは必ずしもそういえますか? たとえば、g(x)がaとbの中間で点対称のグラフでも、 ∫(a→b){g(x)}^2dx=0 となると思います。必ずしもg(x)=0とは言えないと思いますが・・・。 解答を読んでもよくわかりません。 この解答の意図するところもよくわかりません。(途中までしか書いてませんが。) 私の勉強不足なのですが質問する人がいないため、困っています。どなたかご存知の方がいらっしゃれば、教えていただきたいと思います。また説明不足の点があれば補足させていただきますので宜しくお願いいたします。

  • シュワルツの不等式?

    {∫(x+a)(x+b)dx}^2≦{∫(x+a)^2dx}{∫(x+b)^2dx}を示せ。   (↑積分区間は0から1です↑) という問題で、回答では {∫(x+a)^2dx}=A {∫(x+a)(x+b)dx}^2=B {∫(x+b)^2dx}=C とおき、  tを任意の実数とすると {t(x+a)+(x+b)}^2≧0であるから ∫{t(x+a)+(x+b)}^2dx=・・・=At^2+2Bt+C≧0 (↑積分区間は0から1です↑) で、 At^2+2Bt+C=0の判別式をDとすると D/4 = B^2-AC≦0   ゆえに {∫(x+a)(x+b)dx}^2≦{∫(x+a)^2dx}{∫(x+b)^2dx} とあるのですが、 『tを任意の実数とすると {t(x+a)+(x+b)}^2≧0であるから』 どうしてこう置いたのか、よくわかりません。 すいませんが、教えて頂けたらうれしいです。

  • 等号の成立条件

    コーシー・シュワルツの不等式の等号の成立条件がわからないので質問します。a^+b^+c^=1,x^2+y^2+z^2=1のとき 不等式-1≦ax+by+cz≦1を証明せよ。という問題で、不等式の証明はできたのですが、等号の成立条件がわからなかったです。左の等号が成り立つのは、a:b:c=-x:-y:-zかつa^+b^+c^=1かつx^2+y^2+z^2=1のとき。右の等号が成り立つのは、a:b:c=x:y:zかつa^+b^+c^=1かつx^2+y^2+z^2=1のとき。左の等号の成立条件のa:b:c=-x:-y:-zがわかりません。インターネットで少し調べて、→u=(a,b,c),→v=(x,y,z),→uと→vのなす角θとして内積よりコーシー・シュワルツの不等式を調べてみたのですが、分からなかったです。どなたか、左の等号の成立条件を教えてくださいお願いします。

  • コーシー・シュワルツの不等式の使い方で分からない点があるのでお尋ねしま

    コーシー・シュワルツの不等式の使い方で分からない点があるのでお尋ねします。 「0以上の実数s,tが s^2 + t^2 =1を満たしながら動くとき、 x=(√s ± √t)^2 のとる値の範囲を求めよ」という問題があったとします。 解法として コーシー・シュワルツの不等式を使って、(√s + √t)^2=(1・√s + 1・√t)^2 ≦ (1^2 + 1^2)( s + t )=2( s + t ) 再度コーシー・シュワルツの不等式より、 ( s + t )^2≦(1^2 + 1^2)(s^2 + t^2)=2 ( s^2 + t^2=1より) ? ( s + t )≦√2 従って、(√s + √t)^2 の最大値は2√2.最小値は(解き方省略で)1 次に、(√s - √t)^2 の最大値は、0≦ s,t ≦1より、s=1,t=0またはs=0,t=1のときで1. 最小値は s=t=1/√2 のときで0(細かいことは省略) ここで疑問なのですが、(√s - √t)^2 に、(全ての実数で成立する)コーシー・シュワルツの不等式を適用して、 (√s - √t)^2={1・√s +(-1)・√t}^2 ≦{1^2 + (-1)^2}( s + t )=2( s + t ) としても 最大値を導けないのは何故なんでしょう? つまらない質問で恐縮ですが、ご教授をよろしくお願いいたします。

  • シュワルツの不等式で等号の成立条件の証明論理を教えて下さい

    恥ずかしいのですが、 シュワルツの不等式で等号の成立条件の証明論理を理解していないことに、唐突に、気が付きました。 いくつかのサイトや教科書を見ましたがとてもさりげないです。丁寧な高木貞治先生の本でもさらりとかわされているような。 長くなりました。いろいろ考えた結果、 S(t)=||tf-g||^2=At^2-2Bt+C≧0 とおいて判別式が0ならばa,bを定数として S(t)=(at-b)^2のように書ける。するとあるt=t0(=b/a)が1つ存在して S(t0)=0となる。 すなわち、S(t0)=||t0・f-g||^2=0となる。ノルムまたは内積の性質から t0・f-g=0となり、fとgは比例する(逆は明白)。 以上のような論理が必要に思いましたが、どうでしょうか?考えすぎでしょうか? ご意見下さい。m(_ _)m(なお、A=0,a=0とかの細かいことは省略)

  • 不等式の証明

    次の不等式を証明せよ。また、 等号が成り立つのは どのような場合か。 ただし、a,b,x,yは実数 とする。 a>0,b>0のとき, b/a+4a/b≧4 やってみて一通りできました。 ですが、等号成立が合っているか不安です… 間違っていたら教えてください。

  • 不等式

    不等式2x^2-9x+4>0・・・(1)    x^2-(k+5)x+2k+6<0・・・(2) (1)(2)を同時に満たす実数xが存在しないような実数kの範囲は□≦k≦□である。 また(1)(2)を同時に満たす自然数xがただ一つである実数kの範囲は□<k≦□となり、 このとき(1)(2)を同時に満たす自然数xは□である。 (1)(2)を同時に満たす実数xが存在しないためには、 1/2≦k+3≦4  であればよい。 とあったのですが、x=2も一緒に考慮してないのはどうしてですか?k+3は未知数でx=2も含むかもしれないからなのですか? 不等号も≦と、「=」がついてくるのはどうしてですか? (1)かつ(2)の範囲に自然数が一個だけ含まれるためには 5<k+3≦6  であればよい。 この6はどこからでてきたのでしょうか? なぜこの範囲と決定することができるのですか? よろしくお願いします。

  • ∫[0→1]|x^2+ax+b|dxの最小値についてヒントください

    a,bを任意の実数とするとき、積分∫[0→1]|x^2+ax+b|dxの値の最小値を次の方法で求めるのですが(4)がわからないのでヒントを教えて下さい (1)Aを実数として|A|+A≧0、(等号はA≦0のとき)           |A|-A≧0、(等号はA≧0のとき)を証明せよ (2)関数f(x)について   I=∫[0→1]f(x)dx, J=∫[0→c]f(x)dx+∫[c→d]f(x)dx+∫[d→1]f(x)dx ただし、0<c<d<1とおく   I≧Jを証明せよ。また等号が成立する条件を求めよ  (3)f(x)=x^2+ax+bとおくときJの値をa,b,c,dで表し、a,bについて整理しJの値がa,bに関係なく一定となるc,dの値を求めよ (4)積分∫[0→1]|x^2+ax+b|dxの最小値と、その時のa,bの値を求めよ。 という問題です(1)はAを正負に分けて証明すればできました。 (2)はI-Jとおいて、積分区間を0→c,c→d,d→1の三つに分けて(1)を利用して証明できました。等号が成立する条件も(1)からわかりました。 (3)は計算してa(c^2-d^2+1/2)+2b(c-d+1/2)+2/3(c^3-d^3+1/2) a,bの係数が0と置いてc=1/4,d=3/4がでました。 (4)が全く分かりません(c,dがx^2+ax+b=0の解ぐらいです (4)のヒントを何か下さい・・・・・よろしくお願いします。

  • 不等式

    シュワルツの不等式を学校で扱ったとき、次の不等式が n = 1, 2, 3 のときには成り立つことに偶然気付きました。 n = 2 のときはシュワルツの不等式です。 ―――――――――――――――――――――――――― n を自然数とし、 ai, bi ≧ 0 (1 ≦ i ≦ n) のとき、 (a1^n + b1^n)*(a2^n + b2^n)* ... *(an^n + bn^n)   ≧ (a1*a2* ... *an + b1*b2* ... *bn)^n が成立する。 ―――――――――――――――――――――――――― n = i, jのとき成立すれば、n = i*jのときも成立する ことも発見したので、成り立つ気がするのですが…。 そこで、この不等式が成立するか、成立するなら、 どのように証明できるかを教えてください。 ついでに、名前が付いていれば、教えてくれると嬉しいです。 < 追記 > 一応、n = 3のときの証明をしておきます。 (a^3 + x^3)(b^3 + y^3)(c^3 + z^3) - (abc + xyz)^3 = (a^3 b^3 c^3 + a^3 b^3 z^3 + a^3 y^3 c^3 + a^3 y^3 z^3 + x^3 b^3 c^3 + x^3 b^3 z^3 + x^3 y^3 c^3 + x^3 y^3 z^3) - (a^3 b^3 c^3 + 3a^2 b^2 c^2 xyz + 3abcx^2 y^2 z^2) = (a^3 b^3 z^3 + a^3 c^3 y^3 + b^3 c^3 x^3 - 3a^2 b^2 c^2 xyz) + (a^3 y^3 z^3 + b^3 x^3 z^3 + c^3 x^3 y^3 - 3abcx^2 y^2 z^2) ≧ 0 (∵ a, b, c, x, y, z > 0, 相加相乗平均の関係) 等号成立条件は、 1 : abz = acy = bcx 2 : ayz = bxz = cxy 1より、 bz = cy, ay = bx ∴ b : c = y : z, a : b = x : y ∴ a : b : c = x : y : z このとき、2も成立する。