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Cauchy-Schwarz-Ungleichung

Universität / Fachhochschule

Tags: Notationen..

 
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anonymous

anonymous

11:39 Uhr, 16.11.2020

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Hallo,
irgendwie verstehe ich den Beweis der Cauchy-Schwarz Ungleichung aktuell noch so gar nicht.
Man nimmt ja an, dass v ungleich 0 und mir ist bereits die erste Ungleichung unklar, also 0 kleiner gleich....?

Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass ich nicht weiß, wie das Skalarprodukt (u,v) definiert ist??

Siehe Anhang


Liebe Grüße

Frage 1

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich benötige bitte nur das Ergebnis und keinen längeren Lösungsweg."
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DrBoogie

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11:48 Uhr, 16.11.2020

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"Man nimmt ja an, dass v ungleich 0 und mir ist bereits die erste Ungleichung unklar, also 0 kleiner gleich....?"

Dort steht rechts irgendwas in Quadrat. Klar, dass es 0 ist. Ein Quadrat einer reellen Zahl kann nicht negativ sein!

"Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass ich nicht weiß, wie das Skalarprodukt (u,v) definiert ist??"

Es ist egal, wie (u,v) definiert ist, der Beweis funktioniert immer.
anonymous

anonymous

11:51 Uhr, 16.11.2020

Antworten
Danke für deine Antwort!
Ich glaube ich habe mich etwas schlecht ausgedrückt...
ich weiß nämlich, dass das Quadrat immer größer gleich 0 ist, aber mir ist unklar, wie man überhaupt auf den rechten Teil kommt. Also wie kommt dieses Quadrat zustande??
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DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

11:55 Uhr, 16.11.2020

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Jemand hatte mal eine geniale Idee und hat dieses Quadrat geschrieben (weiß ehrlich gesagt nicht, wer konkret, aber das war weder Cauchy noch Schwarz).
Ich denke nicht, dass jeder Normalsterbliche auf diese Idee kommen könnte.
Manchmal bleibt uns nicht anderes übrig, als Genie von anderen zu bewundern. ;-)
anonymous

anonymous

11:58 Uhr, 16.11.2020

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Vermutlich ist, aber doch schon |(u,v)|² = || ||v||²u-(u,v)v||² ??
Das ist mir schon nicht klar...weil ich gerade komplett neu im Thema bin

Kann mir da jemand helfen?
Antwort
DrBoogie

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12:07 Uhr, 16.11.2020

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(u,v)²=v²u-(u,v)v² ?

Also das stimmt so nicht.

Und ansonsten verstehe ich nicht, was du denn fragen willst?

Der Beweis basiert auf einem Trick. Auf den man nicht so einfach kommt.
Aber der Beweis an sich ist einfach.
Man schreibt v²u-(u,v)v², multipliziert das aus nach den Regeln des Skalarpdoukts und bekommt den Ausdruck
v4(u,u)-2(u,v)2v2+(u,v)2(v,v). Dieser Ausdruck ist also 0.
Wir können ihn jetzt noch durch v2=(v,v) kürzen und bekommen
v2(u,u)-2(u,v)2+(u,v)2=v2(u,u)-(u,v)2, was immer noch 0 ist.
Also, (u,v)2v2(u,u)=v2u2. Fertig.

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HAL9000

HAL9000

12:09 Uhr, 16.11.2020

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Du fragst, wieso man ausgerechnet den Vektor v2u-(u,v)v quadriert? Die Antwort lautet: Weil es so klappt!

Der Beweis zeichnet sich durch elegante Kürze aus, aber ist eben nicht gerade ein Paradebeipiel dafür, den Leser didaktisch "mitzunehmen".

Das geht dann eher so: Man betrachtet für alle reellen t

0u-tv2=u2-2t(u,v)+t2v2=(vt-(u,v)v)2-(u,v)2v2+u2

letzteres per quadratischer Ergänzung und auch nur für v0. Das muss nun auch gelten, wenn man t so wählt, dass der vordere Quadratterm in der letzten Umformung gleich Null ist.

anonymous

anonymous

12:42 Uhr, 16.11.2020

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Danke,
und da ich wirklich super neu in dem Thema bin, frage ich mich sogar, warum ||u-tv||²=||u||² - 2t(u,v) + t²||v||².

Sieht aus, wie die zweite binomische Formel.


Also ich habe gerade erst erfahren, was eine Norm ist und was ein Skalarprodukt ist.
Wie die Norm mit dem Skalarprodukt zusammenhängt ist noch nicht klar...
Das Skalarprodukt ist auf der rechten Seite ja z.B. (u,v), aber wie ist dies definiert? Warum ergibt sich das aus der Norm zum Quadrat...




Antwort
DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

12:49 Uhr, 16.11.2020

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und da ich wirklich super neu in dem Thema bin, frage ich mich sogar, warum ||u-tv||²=||u||² - 2t(u,v) + t²||v||².

"Sieht aus, wie die zweite binomische Formel."

Ja, ist ähnlich.
Skalarprodukt ist per Definition linear in beiden Komponenten (wenn wir uns zuerst mal auf den reellen Fall beschränken), also gilt (au+bv,w)=a(u,w)+b(v,w) und (u,av+bw)=a(u,v)+b(u,w) für alle Zahlen a,b. Außerdem gilt (im reellen Fall) (u,v)=(v,u).
Die dazu gehörende Norm wird durch u=(u,u) definiert.

Damit haben: u-tv²=(u-tv,u-tv)=(u-tv,u)-t(u-tv,v)=(u,u)-t(v,u)-t(u,v)+t2(v,v)=
=(u,u)-2t(u,v)+t2(v,v)=u²-2t(u,v)+t²v².



Frage beantwortet
anonymous

anonymous

13:22 Uhr, 17.11.2020

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Vielen Dank für eure Antworten. So wird das ganze schon deutlich klarer.



Frage beantwortet
anonymous

anonymous

13:22 Uhr, 17.11.2020

Antworten
Vielen Dank für eure Antworten.


Frage beantwortet
anonymous

anonymous

14:20 Uhr, 17.11.2020

Antworten
Danke!