Wirtinger 不等式

🔗【知乎】 Parseval恒等式、Wirtinger不等式、Poincaré不等式、等周不等式

已知

  • $f(-L)=f(L)$
  • $\int_{-L}^{L} f(x) , \mathrm{d}x = 0$

则 $$ \int_{-L}^{L} f^{2}(x) , \mathrm{d}x \le \frac{L^{2}}{\pi^{2}}\int_{-L}^{L} f’^{2}(x) , \mathrm{d}x
$$ 等号成立当且仅当 $f(x)=a\sin \frac{\pi}{L}x+b\cos \frac{\pi}{L}x$

衍生形式

  1. 任意区间 $(a,b)$ 已知
  • $f(a)=f(b)$
  • $\int_{a}^{b} f(x) , \mathrm{d}x=0$

则 $$\int_{a}^{b} f^{2} , \mathrm{d}x \leq \frac{(b-a)^{2}}{4\pi^{2}}\int_{a}^{b} f’^{2} , \mathrm{d}x $$

证明

Parseval 等式 + Fourier 级数逐项可导性

其中逐项可导性可得

  • $a’{n}=nb{n}\geq b_{n}$
  • $b’{n}=na{n}\geq a_{n}$