Jensen's Operator Inequality
jensen不等式证明均值不等式
Jensen不等式是数学中的一个重要不等式,它描述了凸函数的性质,并应用于众多领域,如概率论、统计学和信息论等。
Jensen不等式在均值不等式中具有重要作用。
本文将从Jensen不等式的数学定义入手,展开对其在均值不等式中的证明,并讨论其在实际问题中的应用。
一、Jensen不等式的定义1.1 凸函数的定义凸函数是指对于定义域内的任意两点,连接这两点的线段位于函数图像的上方。
具体而言,若对于定义域内的任意两点x1和x2,以及任意0≤λ≤1,有f(λx1 + (1-λ)x2) ≤ λf(x1) + (1-λ)f(x2),则函数f(x)为凸函数。
1.2 Jensen不等式的表述设f(x)为凸函数,X为随机变量,则有E[f(X)] ≥ f(E[X]),其中E[·]表示随机变量的期望值。
此即Jensen不等式的常见表述形式。
二、Jensen不等式在均值不等式中的应用2.1 均值不等式的概念均值不等式是指描述一组数的平均值与其它某些特定数之间的大小关系的不等式。
常见的均值不等式包括算术平均数-几何平均数不等式、柯西-施瓦兹不等式等。
2.2 Jensen不等式与均值不等式的关系通过Jensen不等式,我们可以推导出许多均值不等式。
具体而言,对于凸函数f(x)和非负权重λi(∑λi=1),有f(∑λiXi) ≤ ∑λif(Xi),其中Xi为实数。
这一不等式即表明了均值不等式的一种形式。
三、Jensen不等式在实际问题中的应用3.1 概率论中的应用在概率论中,Jensen不等式常常用于证明随机变量的期望值与函数的值之间的大小关系。
对于凸函数f(x)和随机变量X,有E[f(X)] ≥f(E[X])。
这一性质在风险管理、金融工程等领域有重要应用。
3.2 统计学中的应用在统计学中,Jensen不等式被广泛应用于证明估计量的不偏性、有效性等性质。
通过Jensen不等式,可以建立统计量与其期望值之间的关系,从而为统计推断提供理论基础。
边际效应递减与递增
• 脆弱的东西容易出黑天鹅事件。
• 举个例子,假设中央银行想要通过增发货 币来振兴经济。一开始用这招效果确实不 错,可是继续用就感觉没什么效果 —— 也 许新增的货币都被基础建设和房产给吸收 了,但是也没有发生通货膨胀,就好像怎 么印钱都没用似的。
• 可是经济没起色,央行只好继续超发……直 到某一天,通货膨胀突然爆发了……
• 那应该如何应对脆弱和反脆弱的局面呢?
2、琴生不等式
• 一切问题都是数学问题。要知道怎么具体 应对这两种非线性,我们就需要了解这两 种非线性函数的一个数学性质,叫做“琴 生不等式(Jensen's inequality)”,这个名 字来自丹麦数学家约翰·琴生(Johan Jensen)。
• 用我们这一讲的语言,琴生不等式相当于 是说,对于脆弱曲线,函数的平均值小于
• 好运气,你能把它的效果最大化;坏的危 险,你能把它限制在可控的范围之内。这 简直就是人生的核心算法。
• 对这个算法最有发言权的必须是纳西姆·塔 勒布。
• “反脆弱”这个概念现在已经深入人心了, 要说怎么对付脆弱、怎么利用反脆弱,我 看很多人的认识还不够,可能是因为其中 的操作原理是一个数学思想。
• 我们还是以喝酒为例。
• 一天喝瓶白酒你就进急诊室了,但是如 果你每天喝一小杯,两个月喝完,你就不 会有任何问题。
• 传说有个国王的儿子做了坏事,国王要惩 罚他,下令要用一块巨石砸他。手下人一 看,也不能真把王子砸死啊,可又不能违 反国王的命令,那怎么办呢?于是他们把 这块巨石弄碎,分成若干块小石头,把小 石头挨个砸在王子的身上……王子当然没事。
• 但是你的损失将是有限的。你不可能学相声不 成还学出一身伤病来,说相声没有生命危险。
• 但是只要达到演出水准,你就可以挣钱了。而 且这是一条边际效应递增的曲线!
函数凹凸性在不等式中的应用
(下转第54页)函数凹凸性在不等式中的应用李国成郭铁卫(杭州科技职业技术学院浙江·杭州310012)中图分类号:G633.66文献标识码:A 文章编号:1672-7894(2013)15-0052-02摘要函数凹凸性是一种重要的几何性质,函数的凹凸性也是高等数学的一个基本内容。
函数的凹凸性是证明比较复杂不等式和构造不等式的有力工具。
文章给出了函数凹凸性的定义以及判别方法,进一步探讨了函数凹凸性在证明不等式和构造不等式中的具体应用。
关键词函数凹凸性不等式的研究Jensen 不等式On the Application of Concavity and Convexity of Func 鄄tions to Inequality //Li Guocheng,Guo Tiewei Abstract The concavity and convexity of function is an important geometric properties,the concavity and convexity of functions is a basic content of higher maths.The concavity and convexity offunctions is proved more complex structural inequality inequality and powerful tool.The article gives the concavity of a functiondefinition and discrimination method.To further explore the con-vex function in the proof of inequality and structural inequality in specific applications.Key words concavity and convexity of functions;study of in-equality;Jensen's inequality 不等式是数学中非常重要且值得探讨的问题,不等式的证明问题需要多种方法的灵活运用,也是各种思想方法的集中体现。
琴生不等式 二阶导
琴生不等式二阶导
(原创版)
目录
1.琴生不等式的定义
2.琴生不等式的性质
3.琴生不等式与二阶导数的关系
4.琴生不等式的应用实例
正文
琴生不等式(Jensen"s Inequality)是一种在数学分析中常见的不等式,主要用于研究函数的凸性和二阶导数。
琴生不等式可以描述为:对于任意实数 a 和 b,以及任意凸函数 f(x),有 f(a+b)/2 >= (f(a) + f(b))/2。
琴生不等式的性质包括:
(1)如果 f(x) 是偶函数,即 f(x) = f(-x),那么琴生不等式可以转化为:f(a-b)/2 >= (f(a) - f(b))/2。
(2)如果 f(x) 是凹函数,即对于任意的 x1 和 x2,有 f(x1+x2) >= f(x1) + f(x2),那么琴生不等式可以进一步强化为:f(a+b) >= f(a) + f(b)。
琴生不等式与二阶导数有着紧密的联系。
如果一个函数 f(x) 满足琴生不等式,那么它的二阶导数一定大于等于 0,即 f""(x) >= 0。
反过来,如果一个函数的二阶导数大于等于 0,那么它一定满足琴生不等式。
琴生不等式的应用实例非常广泛,例如在经济学中的效用最大化问题,物理学中的波动方程,以及机器学习中的损失函数设计等等。
在实际应用中,我们通常通过琴生不等式来判断一个函数的凸性,从而确定它的最优解。
总的来说,琴生不等式是一种强大的数学工具,它可以帮助我们理解和解决许多实际问题。
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数学竞赛中经常用到的不等式整理,不包含三角不等式
(1)阿贝尔求和公式Abel’s Summation Formula若a1,a2,…,a n,b1,b2,…,b n分别是两个实数数列或复数数列,且S i = a1 + a2 + …+ a i,i = 1,2,…,n则(2)均值不等式AM-GM ( Arithmetic Mean - Geometric Mean ) Inequality 若a1,a2,…,a n是非负实数,则…当且仅当a1 = a2 = … = a n时等号取到,此不等式为幂均值不等式的一个特殊情况(3)均值不等式AM-HM ( Arithmetic Mean - Harmonic Mean ) Inequality 若a1,a2,…,a n是正实数,则当且仅当a1 = a2 = … = a n时等号取到,此不等式为幂均值不等式的一个特殊情况(4)伯努利不等式Bernoulli’s Inequality对任意实数x>1和a>1,都有( 1 + x )n>1 + ax(5)柯西-施瓦兹不等式Cauchy - Schwarz’s Inequality对任意实数a1,a2,…,a n和b1,b2,,b n,有… … …当且仅当a i与b i都成比例时等号取到,其中i = 1,2,…,n(6)积分形式的柯西-施瓦兹不等式Cauchy - Schwarz’s Inequality for integrals 设a,b为实数且a<b,且f,g为[a,b] →R的可积分函数,则(7)切比雪夫不等式Chebyshev’s Inequality设实数a1≤a2≤…≤a n,且b1,b2,…,b n为实数若b1≤b2≤…≤b n,则若b1≥b2≥…≥b n,则当且仅当a1 = a2 = … = a n,b1 = b2 = … = b n时等号取到(8)积分形式的切比雪夫不等式Chebyshev’s Inequality for integrals设实数a,b满足a<b,函数f,g是[a,b] →R的可积分函数,且具有相同的单调性,则(9)琴生不等式Jensen’s Inequality若f ( x )是区间(a,b)上的上凸函数,则对任意的x1,x2,…,x n∈( a,b ),都有… …若f ( x )是区间(a,b)上的下凸函数(凹函数),则对任意的x1,x2,…,x n∈( a,b ),都有当且仅当x1 = x2 = … = x n时等号成立加权形式:若f ( x )是区间(a,b)上的上凸函数,则对任意的x1,x2,…,x n∈( a,b ),且a1 + a2 + … + a n = 1,有……(10)赫尔德不等式Holder’s Inequality设r,s为正实数,且满足1r+ 1s= 1则对任意正实数a1,a2,…,a n和b1,b2,,b n,都有(11)惠更斯不等式Huygens Inequality若p1,p2,…,p n和a1,a2,…,a n和b1,b2,,b n都是正实数,且p1 + p2 + … + p n = 1,则(12)麦克劳林不等式Mac Laurin’s Inequality对任意正实数x1,x2,…,x n,都有S1≥S2≥…≥S n其中…<<…<αα + β(13)明考夫斯基不等式 Minkowski ’s Inequality 对任意实数a 1,a 2,…,a n ,b 1,b 2,…,b n ,以及任意实数r ≥1,有≤(14)幂均值不等式 Power Mean Inequality设正实数a 1 + a 2 + … + a n = 1,则对于正数x 1,x 2,…,x n ,定义M -∞ = min{x 1,x 2,…,x n }M ∞ = max{x 1,x 2,…,x n }……其中t 是非0实数,则有M -∞≤M s ≤M t ≤M ∞其中s ≤t(15)均方根不等式 Root Mean Square Inequality设a 1,a 2,… ,a n 为非负实数,有… … 当且仅当a 1 = a 2 = … = a n ,b 1 = b 2 = … = b n 时等号取到 均方根又称为平方平均数(16)舒尔不等式 Schur ’s Inequality对任意正数x ,y ,z 以及r >0,若存在关系x r ( x y ) ( x z ) + y r ( y z ) ( y x ) + z r ( z x ) ( z y )≥0 通常情况下为r = 1,则有以下结论成立x 3 + y 3 + z 3 + 3xyz ≥xy ( x + y ) + yz ( y + z ) + zx ( z + x ) xyz ≥ ( x + y z ) ( y + z x ) ( z + x y )若x + y + z = 1,则xy + yz + zx ≤1+9xyz 4(17) Suranyi ’s Inequality对任意非负实数a 1,a 2,… ,a n ,都有(18) Turkevici ’s Inequality对任意正实数x ,y ,z ,t ,都有x 4+ y 4 + z 4 + 2xyzt ≥ x 2y 2 + y 2z 2 + z 2t 2 + t 2x 2 + x 2z 2 + y 2t 2(19)加权形式的均值不等式Weighted AM - GM Inequality 对任意非负实数a1,a2,…,a n,以及w1,w2,…,w n,且w1 + w2 + … + w n = 1 都有……当且仅当a1 = a2 = … = a n,b1 = b2 = … = b n时等号取到。
高级微观经济学讲义(清华 白重恩) Notes6-04
1 1 1 ( , , ) 2 4 4
但是,心理学家的测试认为这样的等同可能会有问题,例如下面这样一个复合彩票
1 1 1 ( , ,0) = L1′ 2 2 2 1 1 1 ′ ( ,0, ) = L2 2 2 2
equivalent to ( ,
1 1 1 , ) 2 4 4
但消费者对这两种复合彩票的认识可能不同。 注意:本章后面假定 Consequentialist view,即只注重结果,认为上述等同成立。
2
X1 (1,0,0)
2004 年秋季
高级微观经济学
L = p1 x1 + p2 x2 + px3
其中,Pi≥0
p1 + p 2 + p3 = 1
定义 2:复合彩票(compound lottery) 若 L1……,LK 是简单彩票,α 1, ,α k 是得到相应简单彩票的概率, 为复合彩票。
∑α
∑p
i =1
N
i
=1 , x N }和相应的概率 {P1 , , p N }。
定义 1: 简单彩票 (Simple lottery) 定义为可能的结果 {x1 , Given X , the set of all lotteries ∆ = {( p1 ,..., pn ) pi ≥ 0 &
∑p
.
i
Î contradiction [2]下面证无差异曲线是平行的。 Choose L1 ~ L2 on one of the indifference line
∃α1 , L4 = α1L3 + (1 − α1 ) L2 ~ α1L3 + (1 − α1 ) L1 = L6 ≠ L5
不等式
琴生不等式、均值不等式、对值不等式、权方和不等式、赫尔德不等式、贝努利不等式琴生不等式琴生(Jensen)不等式:(注意前提、等号成立条件)设f(x)为凸函数,则f[(x1+x2+……+xn)/n]<=[f(x1)+f(x2)+……+f (xn)]/n(下凸);f[(x1+x2+……+xn)/n]>=[f(x1)+f(x2)+……+f (xn)]/n(上凸),称为琴生不等式(幂平均)。
加权形式为:f[(a1x1+a2x2+……+anxn)]<=a1f(x1)+a2f(x2) +……+anf(xn)(下凸);f[(a1x1+a2x2+……+anxn)]>=a1f (x1)+a2f(x2)+……+anf(xn)(上凸),其中ai>=0(i=1,2,……,n),且a1+a2+……+an=1.凸函数的概念:【定义】如果函数f(x)满足对定义域上任意两个数x 1,x2都有(f(x1)+f(x2))/2>=f((x1+x2)/2),那么f(x)为凹函数,或下凸函数。
【定义】如果函数f(x)满足对定义域上任意两个数x 1,x2都有(f(x1)+f(x2))/2<=f((x1+x2)/2),那么f(x)为凸函数,或上凸函数。
同样,如果不等式中等号只有x1=x2时才成立,我们分别称它们为严格的凹凸函数琴生不等式,对于任意的凸函数f(x)以及其定义域上n个数x1,x 2,...,xn,那么都有(f(x1)+f(x2)+...+f(xn))/n>=f((x1 +x2+...+xn)/n)对于任意的凹函数f(x)以及其定义域上n个数x1,x 2,...,xn,那么都有(f(x1)+f(x2)+...+f(xn))/n<=f((x1 +x2+...+xn)/n)如果上面凹凸是严格的,那么不等式的等号只有x1= x2=...=xn才成立现在我们看看如何证明琴生不等式,下面只对凸函数加以证明。
jensen不等式
jensen不等式1. Jensen不等式回顾优化理论中的⼀些概念。
设f是定义域为实数的函数,如果对于所有的实数x,,那么f是凸函数。
当x是向量时,如果其hessian矩阵H是半正定的(),那么f是凸函数。
如果或者,那么称f是严格凸函数。
Jensen不等式表述如下:如果f是凸函数,X是随机变量,那么特别地,如果f是严格凸函数,那么当且仅当,也就是说X是常量。
这⾥我们将简写为。
如果⽤图表⽰会很清晰:图中,实线f是凸函数,X是随机变量,有0.5的概率是a,有0.5的概率是b。
(就像掷硬币⼀样)。
X的期望值就是a和b的中值了,图中可以看到成⽴。
当f是(严格)凹函数当且仅当-f是(严格)凸函数。
Jensen不等式应⽤于凹函数时,不等号⽅向反向,也就是。
先验概率与后验概率事情还没有发⽣,要求这件事情发⽣的可能性的⼤⼩,是先验概率.事情已经发⽣,要求这件事情发⽣的原因是由某个因素引起的可能性的⼤⼩,是后验概率. ⼀、先验概率是指根据以往经验和分析得到的概率,如全概率公式,它往往作为“由因求果”问题中的“因”出现。
后验概率是指在得到“结果”的信息后重新修正的概率,如贝叶斯公式中的,是“执果寻因”问题中的“因”。
先验概率与后验概率有不可分割的联系,后验概率的计算要以先验概率为基础。
⼆、A prior probability is a marginal probability, interpreted as a description of what is known about a variable in the absence of some evidence. The posterior probability is then the conditional probability of the variable taking the evidence into account. The posterior probability is computed from the prior and the likelihood function via Bayes' theorem.三、先验概率与后验概率通俗释义事情有N种发⽣的可能,我们不能控制结果的发⽣,或者影响结果的机理是我们不知道或是太复杂超过我们的运算能⼒。
基本不等式知识点
基本不等式知识点1. 算术-几何平均不等式(AM-GM不等式)- 表述:对于所有非负实数 \(a_1, a_2, ..., a_n\),算术平均数总是大于或等于几何平均数。
- 数学表达:\(\frac{a_1 + a_2 + ... + a_n}{n} \geq\sqrt[n]{a_1 \cdot a_2 \cdot ... \cdot a_n}\)。
- 等号成立条件:当且仅当所有 \(a_i\) 相等时,等号成立。
2. 柯西-施瓦茨不等式(Cauchy-Schwarz不等式)- 表述:对于所有实数序列 \(a_1, a_2, ..., a_n\) 和 \(b_1,b_2, ..., b_n\),两序列对应元素乘积的和的平方不超过各自平方和的乘积。
- 数学表达:\((a_1b_1 + a_2b_2 + ... + a_nb_n)^2 \leq(a_1^2 + a_2^2 + ... + a_n^2)(b_1^2 + b_2^2 + ... + b_n^2)\)。
- 等号成立条件:当且仅当 \(a_i = \lambda b_i\) 对所有 \(i\) 成立时,等号成立,其中 \(\lambda\) 是一个常数。
3. 詹森不等式(Jensen's Inequality)- 表述:如果 \(\phi\) 是一个实数上的凸函数,对于任意实数序列 \(x_1, x_2, ..., x_n\),算术平均数的函数值总是小于或等于这些数的函数值的算术平均数。
- 数学表达:\(\phi\left(\frac{x_1 + x_2 + ... +x_n}{n}\right) \leq \frac{1}{n}\phi(x_1) +\frac{1}{n}\phi(x_2) + ... + \frac{1}{n}\phi(x_n)\)。
- 等号成立条件:当且仅当 \(x_1 = x_2 = ... = x_n\) 时,等号成立。
jeson inequality 积分形式
jeson inequality 积分形式
詹森不等式是以丹麦数学家约翰·詹森(Johan Jensen)的名字命名的。
它给出了积分的凸函数值和凸函数的积分值之间的关系。
其积分形式在1859年被布尼亚克夫斯基提出,而积分形式的现代证明则由施瓦兹于1888年给出。
假设$X$是一个实值随机变量,$g$是一个凸函数。
詹森不等式的积分形式可以表示为:$\int_{\Omega}g(X)\,d\mu\leq g(\int_{\Omega}Xd\mu)$,其中$\mu$是概率测度。
这个不等式表示,如果$g$是凸函数,那么$g(X)$的期望值不大于$g(\int_{\Omega}Xd\mu)$。
詹森不等式在数学、统计学和经济学等领域中都有广泛的应用。
它可以用于证明不等式、估计随机变量的期望值,以及设计优化算法等。
不等式之母——Jensen不等式
ap + bq pq
臆-
1 p
lnap- 1 q
lnbq=-lna-lnb=-ln(ab)袁于是得证遥
(芋)Y oung 不等式的积分形式院设 y=f(x)是[0,肄)
上严格单调增加的连续函数袁且 f(0)=0袁记它的反
摘 要院Jensen 不等式是一个特别重要而且应用广泛的不等式袁 本文展示了诸多著名不等式与 Jensen 不等式的内在联系遥
关键词院Jensen 不等式曰H 觟lder 不等式曰C auchy 不等式曰M inkow ski不等式曰Y oung 不等式曰Liapounov 不等式
中图分类号院O 122.3 文献标识码院A 文章编号院1673-260X 渊2021冤07-0005-04
1 引言 Jensen 不等式是一个极其重要的不等式遥 它在
凸分析尧概率论尧运筹学尧物理学以及现代金融理论 等众多领域都有广泛应用遥 而且袁尽管 Jensen 不等 式与很多不等式形式不同袁 但却存在着缜密地联 系曰 许多著名不等式都可以统一在 Jensen 不等式 之中遥 这里将一些著名不等式与 Jensen 不等式的
渊5冤
证 由于 f(x)是区间 I上的凹函数袁则对于坌x0
沂I袁有 f(x)逸f(x0)+f忆(x0)(x-x0)遥 取 x=X 袁x0=E (X ),则有
f(X )逸f(E (X ))+f忆(E (X ))(X -E (X ))袁两端同时取数学期
望即得式渊5冤遥
4 Jensen 不等式的关联不等式
上
上
n
臆 梢
梢
k=1
梢
n
上 上 上 上
移梢
p(xk)
梢 梢 梢
移p(xk)
jensen 期望
第六部分附录1附录A 希腊字母1附录B 连续复合2 B.1 利率的语言2B.2 对数和指数函数3改变利率4上升和下降的对称性5问题5附录C JENSEN不等式6 C.1 例:指数函数7 C.2 有关E(e x)的一个重要事实8 C.3 例:一个看涨期权的价格8 C.4 Jensen不等式的证明9问题10第六部分附录附录A 希腊字母在一般地书写衍生产品和数学时使用希腊文字是经常的。
在这本书中重要的概念是用希腊文字作为名字的期权的特征,诸如“delta”和“gamma”。
表A-1呈现了完全的希腊字母,既包括小写也包括大写形式。
某些文字很像它们的罗马副本。
不是所有这些符号都将用于本书中。
附录B 连续复合在这本书中,我们既使用有效的年度的利率,也使用连续复合利率。
这些是对于表达同样的思想的简单的不同惯例:如果你今天投资1美元,1年后你将拥有多少?一种简单的、不含糊的回答这个问题的方法是使用零息票债券。
如果你投资1美元于在时刻T有满期回收1美元、代价为P(0, T)的零息票债券,那么在时刻T你将有1/P(0, T)美元。
然而,使用利率而不是零息票债券价格来回答这个问题是更常用的。
利率度量一个投资升值的比率,但是有无数的方法来报利率。
连续复合证明是提供了一个特别简单的报价惯例,尽管起先它似乎不那么简单。
因为在实践中期权定价公式和其它金融公式使用连续复合,重要的是用它是舒适的。
你可能认为连续复合在现实世界中不多用,因此,当研究衍生产品时使用它不是那么重要。
如果你询问对你的新车的连续复合贷款利率,真实的情况是一个汽车交易商很可能给你一个白眼。
然而,连续复合的确具有好处,并且几乎所有利率报价惯例都是复杂的,有些甚至是过分复杂的,这常常是不受青睐的。
(如果你怀疑这一点,阅读附录7.A,特别是方程(7.15)。
)B.1 利率的语言我们从定义开始。
有两个术语是在说到利率时我们将经常使用的:有效的年度利率 如果r 被报价为一个有效的年度利率(effective annual rate ),这意味着如果你投资1美元,n 年后你将有(1 + r )n 。
Jensen不等式
凸函數、Jensen 不等式與Legendre 變換一、前言凸函數的出現絕非偶然,在古典力學中的動能,就是最自然直接的凸函數,其他如熵(entropy)……等皆是,當然從幾何的角度而言就是拋物線。
近代分析由於受凸分析研究所得之進展的影響,使得在非線性分析,非線性微分方程皆有長足之進展與突破,其中較重要的就是逐漸將非線性 (nonlinearity)視為一個體,而非只是線性化 (linearization) 而已。
凸函數是如此地美麗且重要,而一般教科書只是提個定義然後定理之後便是習題。
對於這樣的數學,我們實在不滿足地無法忍受,畢竟數學要教導我們聰明並學習如何去思考。
因此本文秉持此原則,將著重於幾何與物理直觀,並與一些相關聯的領域作一些對應,以思索在我們前面的那些數學巨人是如何思考問題。
二、凸函數我們從凸函數之定義開始定義:f為一定義在區間上之一實值函數 (real-valuedfunction)若對任意的, ,f滿足下式則稱f為一凸函數 (convex function)。
圖一其幾何意義為連接(a,f(a)),(b,f(b))兩點的弦,永遠在弧y=f(x)之上(圖一)。
利用分點公式我們可將(1)式表為下列之形式:由(2)式可得即圖二其幾何意義從圖形上之斜率可知。
我們的主要目的在於如何將(1)式推廣至一般情形。
首先同時也是自然而然地(在數學上 2 與n是沒有差別的)將(1)式推廣至n個點x1,…,x n。
(可用歸納法)其中, , ,。
有時候我們(有目的地)令則(4)式可改寫為這就是 Jensen 不等式之一形式。
若取特殊的p i,例如:則(6)式可表為典型的凸函數有底下的類型:在尚未做進一步推廣前,Jensen 不等式最直接的應用就是幾何平均與算數平均之關係;讀者可自行練習例題 1:(幾何-算數平均)試證(a)(b)三、Jensen 不等式的意義我們感興趣的問題是關於 Jensen 不等式(6)式或(7)式之幾何意義與物理意義,首先介紹質量中心:假設平面上有n個點且它們皆有相同之質量,其位置向量為,,則質量中心之位置向量為或這意思是從點到各點之向量彼此互相抵消。
凸函数几个等价定义
本科生毕业论文题目凸函数的几个等价定义系别班级姓名学号答辩时间年月学院目录摘要 (4)1凸函数的定义 (6)2凸函数的等价定义和性质 (6)2.1凸函数的等价定义 (6)2.2凸函数的性质 (7)3凸函数等价定义和性质的应用举例 (10)3.1一些集合上的凸函数举例 (10)3.2运用凸函数等价定义证明不等式 (11)总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)凸函数的几个等价定义摘要凸函数是一类重要的函数,它的概念最早见于Jensen在1905年的著述中。
它在纯粹数学和应用数学的众多领域中具有广泛的应用,现已成为数学规划、对策论、数理经济学、变分学和最优控制等学科的理论基础和有力工具。
为了理论上的突破,加强它们在实践中的应用,产生了广义凸函数。
本文主要归纳了凸函数的几个常见定义和性质以及它们在不等式证明等几个方面的应用。
关键词:凸函数;等价性;不等式Several equivalent of convex function definedAbstractConvex function is a kind of important function, it is the concept of the earliest Jensen in 1905 in the works. It in pure mathematics and applied mathematics of many fields has wide application, it has become the mathematical programming, the game theory and mathematical economics, variational learn and optimal control subjects such as theoretical basis and powerful tools. In order to theoretical breakthrough, strengthen them in practical application, produced the generalized convex function. This paper mainly summarizes the convex function of several common definition and characteristics and their inequation and so on several aspects in the application. [Key wards]Convex functions; Equivalence; Inequality.凸函数是一种性质特殊的函数,在许多数学分支中,经常可以看到有关的应用,例如在数学分析、函数论、泛函分析、最优化理论等当中。
jensen不等式的理解
jensen不等式的理解Jensen不等式是数学中的一个重要不等式,它在函数凸性的研究中具有重要的应用价值。
本文将从凸函数、Jensen不等式的定义和推导以及其在实际问题中的应用等方面进行阐述。
一、凸函数的定义和性质在了解Jensen不等式之前,我们首先需要了解凸函数的概念。
在实数域上,给定函数f(x),如果对于任意的x1和x2以及0≤λ≤1,都有f(λx1+(1-λ)x2)≤λf(x1)+(1-λ)f(x2),那么我们称函数f(x)是凸函数。
凸函数的图像呈现凸状,也就是说,函数曲线上任意两点之间的连线位于曲线的上方或者与曲线相切。
凸函数具有以下性质:1. 凸函数的上确界和下确界都是函数的值域的端点;2. 凸函数的导函数是递增的;3. 凸函数的和、积、复合仍然是凸函数。
二、 Jensen不等式的定义和推导Jensen不等式是由丹麦数学家Johan Jensen于1906年提出的,它描述了凸函数在随机变量上的平均值与函数值之间的关系。
设X 是一个随机变量,f(x)是定义在X的取值范围上的凸函数,那么对于任意的X的取值x1,x2,...,xn以及对应的概率p1,p2,...,pn,Jensen不等式可以表述为:f(p1x1+p2x2+...+pnxn) ≤ p1f(x1) + p2f(x2) + ... + pnf(xn)其中,p1+p2+...+pn=1且pi≥0。
Jensen不等式的推导可以通过数学归纳法进行证明。
当n=2时,根据凸函数的定义,我们有:f(p1x1+(1-p1)x2) ≤ p1f(x1) + (1-p1)f(x2)将上式中的p1替换为λ,(1-p1)替换为(1-λ),则有:f(λx1+(1-λ)x2) ≤ λf(x1) + (1-λ)f(x2)这与Jensen不等式的定义完全一致。
因此,Jensen不等式成立。
三、 Jensen不等式的应用Jensen不等式在数学和实际问题中有着广泛的应用。
机械工程英语J
机械工程英语J部分J display && J型显示J-K flip-flop && J-K触发器J-carry system && J载波系统J-head engine && 顶置气门J-integral && J积分(在断裂力学中围绕裂缝顶端的一个围线积分)JAMA && (Japanese Automobile Manufacturers Association) 日本汽车制造商协会JCB && (JC Banford construction vehicle (mainly European use)) (主要在欧洲使用的)班福特建筑车辆JIC && (Joint Industry Committee(US)) (美)合营工业委员会JPI && Japanese Petroleum Institute日本石油学会JV type, 4 cylinders in-line, petrol engine && JV型直列4缸汽油发动机Jack star && 星铁Jackson alloy && 铜锌锡合金(Zn 30%Sn 5% 余为Cu) Jacob alloy && 铜硅锰合金(Cu 94.9%Mn l。
1%)Jacobi alloy && 雅可比合金(Sn 85%,Sb 10%,Ca 5%;或Pb 85%,Sn 5%,Sb 10%;或Pb 63%,Sn 27%,Sb lO%) Jacobi matrix && 雅可比矩阵,牙嵌式联轴器Jacobi's integral && 雅可比积分Jacobi's polynomials && 雅可比多项式Jacobi's theorem && 雅可比定理Jacobian matrices && 雅可比矩阵,导数矩阵Jacobsite && 锰铁尖晶石Jacquard loom && 提花织机Jacquets method && 雅克特电解抛光法Jae metal && 铜镍合金(Ca 30%,Ni 70%)Jaeger blower && 耶格鼓风机Jahn-Teller effect && 扬-特勒效应(晶体结构中形成长短键) Jake brake && 发动机制动Jalten && 锰铜低合金钢(C 0.25%,Mn 1.5%,Si 0.25%,Cu 0.4%)Janning method && 贾宁磨损检测法Janus && 双向天线Japanese Industrial Standard && 日本工业标准Japanese blue gold && 日本兰金(Ca 90%~99%,Au 1%~10%)Japanese tung oil && 日本桐油Japanese wood oil && 日本桐油Jaray car && 贾雷型汽车Jeantaud steering && 简托德转向Jeep dolly && 带牵引座的牵引台车Jena glass && 耶拿玻璃(一种抗热,抗震玻璃)Jensen's inequality && 约翰逊不等式Jersey fireclay brick && 杰尔西耐火砖(美国硅质耐火材料) Jersey stone && 杰尔西石(一种瓷石)Johnson gauge block && ①约翰逊规块②块规,量规Johnson noise && 约翰逊噪声,热噪声Johnson's bronze && 约翰逊青铜(一种轴承合金,Cu 90%,Zn 9.5%,Sn O.5%)Joint Photographic Expert Group && 联合图像专家组[JPEG] Jominy curve && 顶端淬火曲线Jominy test && 顶端淬火试验(测试淬透性)Jordan canonical form && 约尔丹标准型Jordan canonical matrix && 约尔丹标准形矩阵Jordan decomposition && 约尔丹分解Jordan form && 约尔丹(形)式Jordan sunshine recorder && 暗筒日照计,乔唐日照计Jorminy distance && 顶端淬火距离Josephson effect && 约瑟夫森效应Josephson effect device && 约瑟夫森效应器件Josephson tunnel effect && 约瑟夫森隧道效应Josephson tunneling && 约瑟夫逊隧道效应Joule && 焦耳Joule effect && 焦耳效应Joule equivalent && 焦耳当量Joule heat && 焦耳热Just-In-Time && 适时制[JIT]end-quench test && 顶端淬火试验(测试淬透性)jack && ①千斤顶②起重机③传导装置④插口,塞孔,插座jack hammer drill && 手持式风钻jack lamp && 安全灯jack rabbit start && 滑转起步jack switch && 插座开关jack-up && 举起jacket && ①套,护套②保护层(屯缆)③水色布(胶管)④被覆,外壳jacket heating && 夹套加热jacketing && ①套式加热②套式冷却jacking && 举起jacking bracket && 顶车点jacking point && 顶车点jacking stress && 张拉控制应力,张拉应力jackknife && 折叠现象jackmanizing && 深渗碳处理,深层渗碳jackscrew && 螺旋千斤顶jackshaft && ①转轴②套轴jacquard && 提花机jam && ①压紧②抑制,阻塞③停止,咬住,卡住,挤位④干扰⑤堵塞,故障jam nut && 保险螺母,防松螺母,锁紧螺母,安全螺母,锁定螺母jam switch && 门控灯开关jam to signal && 噪声信号比jam weld && 对头焊,塞焊jamb switch && 门控灯开关jammer && 干扰机(雷达的)jammer adapter && 干扰附加器jamming && 人为干扰jamming transmitter && 干扰发射机jamproof && 抗干扰的jar && ①瓶,电瓶③缸④震动,冲击jar mill && 罐磨机,小球磨jar ramming machine && 震实造型机jargons && 黄锆石jarlite && 黄钾铁矾jarring && 震动jarring machine && 冲击机,震动机jaw && ①爪②虎钳,钳口③滑块,凸轮④销,键jaw clutch && 爪形离合器,颚式离合器jaw crusher && 颚式破碎机jaw of spanner && 扳手钳口jaw of the vice && 虎钳口jaw positive-contact coupling && 牙嵌式联轴器jaw vice && 虎钳jeep && 吉普车,越野汽车jel && 凝胶jell && ①使凝固,固结②定形③胶囊jerk && ①急拉,急推②急扭,急撞③急跳④突条跳动,突振⑤冲击⑥跃度jerk diagram && 跃度曲线,跃度jerk pump && 柴油机喷油泵jerk sensor && 加速度传感器jerk transducer && 加速度传感器jerking table && 振摇台jet && ①喷口,喷嘴②喷注,喷射,喷流,射流③喷射器④喷气发动机jet aeroplane && 喷气飞机jet aircrafts && 喷气式飞机jet alloy && 火箭合金jet amplifier && 射流放大器jet bit && 喷射式钻头jet blower && 喷气鼓风机,喷射送风机jet bomber && 喷气式轰炸机jet burner && 喷射烧嘴,喷射火口jet coal && 长焰煤jet compressor && 喷射压气机jet condenser && 喷射凝汽机jet cutting shearer && 高压射流采煤机jet drier && 喷气式干燥机jet drilling && 喷射钻jet dryer && 喷射干燥器jet dyeing machine && 喷射染色机jet dynamics && 射流动力学jet electro-plating && 喷射电镀jet engine && 喷气发动机jet engine thrust && 喷气发动机推力jet enriching valve && 加速阀量孔jet etch && 喷腐蚀jet flow && 射流流动jet fuel && 喷气式发动机燃料jet gas turbine && 喷气式燃气轮机jet ignition system && 喷射点火系统jet impact mill && 喷射冲击式磨机jet lift dredger && 喷射式挖泥船jet loom && 喷射织机jet lubrication && 喷射润滑jet mill && 气流磨碎机,喷射磨碎机jet motor && 喷气发动机,火箭发动机jet mould && 喷射塑模jet moulding && 喷射模塑jet noise && 喷流噪声,空气动力噪声jet nozzle && 喷射口,喷嘴,尾喷管,喷射管jet orifice separator && 喷嘴分离器jet particle && 喷射粒子jet plating && 喷镀jet propelled aeroplane && 喷气式飞机jet propelled carriage && 喷气推进牵引车jet propelled carrier && 喷气拖车,喷气式运载工具jet propeller && 喷气推进器jet propulsion engine && 喷气推进发动器jet propulsion fuel && 喷气发动机燃料jet propulsion laboratory && 喷气推进实验室jet recorder && 喷射式记录仪jet starter && 喷气启动机jet stream && 喷流,喷管流动jet swelling effect && 射流膨胀效应,喷口膨胀效应jet thrust && 喷气推力jet transition point && 射流转变点jet tray && 喷射板jet vane && 燃气舵jet-assisted-takeoff engine && 起飞助推器jet-engine compressor && 喷气发动机(的)压气机jet-flame mill && 火焰钻机jet-piece machine && 热力穿孔机jetting && 喷流jettisonable cockpit && 弹射座舱jib && 挺杆,臂,吊臂,臂架,吊杆jib crane && 臂架起重机,悬臂起重机jib hoist && 臂式起重机jib-type ditcher && 转臂式挖沟机jib-type loader && 转臂式装载机jig && ①夹具,夹紧②钻模③样板④开幅卷染机jig and fixture && 机床夹具jig and welding fixture && 焊接胎夹具jig borer && 坐标镗床jig boring machine && 坐标镗床,座标镗床,冶具搪孔机jig bush && 钻套jig dyeing machine && 卷染机jig grinder && 坐标磨床,jig grinding machine && 坐标磨床,冶具磨床jig saw && 线锯jig welding && ①接触焊②器械焊接,模焊接jigger && 辘轳车,卷染机jiggering wheel && 拉坯盘车,辘轳车jigs && 钻模jitter && 图像跳动jittered pulse recurrence frequency && 跳动的脉冲重复频率job && 作业job control block && 作业控制块job control language && 作业控制语言job control macro-order && 作业控制宏指令job control program && 作业控制程序job control statement && 作业控制语句job flow chart && 作业流程图job library && 作业库job lot production && 单件生产job management && 作业管理job processing control program && 作业处理,控制程序job shop task type production && 车间任务型生产job stream && 作业流job-lot control && 分批控制job-oriented terminal && 面向作业的终端job-shop automation && 车间自动化job-work && 单件生产jockey && ①导轮②膜,薄膜,振动膜③连接装置jockey pot && 活动坩埚jockey pulley && ①导轮,托轮②张紧轮,支持轮jockey roller && 支持轮jockey wheel && 导轮,支持轮(皮带或链条的)jog && ①割阶②粗糙面,凹凸部③慢进刀jog density && 割阶密度jogged dislocation && 割阶位错jogged screw dislocation && 割阶螺型位错jogging && ①冲动状态(电动机反复启动的状态)②产生割阶,割阶的(材料)joggle && 榫接,啮合,定缝销钉joggled butt joint && 啮合对接joggled lap joint && 啮合搭接joggling && 摇动加工joggling die && 镦粗模jogs on dislocation && 位错上割阶join && ①接合,接连②接合处,接缝③连接,并集,合并join by fusion && 熔接,熔焊join operation && 联合运算joining && 连接,接合,接头joining-up differentially && 差接joining-up in parallel && 并接joining-up in series && 串接joint && ①接合,连接②关节,联轴节③结点,接头④接缝,焊接⑤节点,结点,节理⑥连接器joint access && 连接入口joint action && 接合作用joint bar && 鱼尾板joint binding tape && 接缝黏结纸带joint buildup sequence && 焊道熔敷顺序joint cutter && 锯缝机joint displacement && 节点位移joint distribution && 联合分布joint distribution function && 联合分布函数joint ergodic random process && 联合遍历随机过程joint estimates && 联合估计joint gate && 分型面浇口joint glue && 胶接胶,接合胶,装配胶joint line && 结合线joint pin && 连接销joint point && 连接点joint preparation && ①接头制备②备料joint probability && 联合概率joint probability density && 联合概率密度joint probability function && 联合概率函数joint process && 联产过程joint product casting && 联产品成本计算joint products && 联产品joint random variable && 联合随机变数joint runner && 填缝浇口joint sawer && 锯缝机joint seal && 密接,封缝joint stationary random process && 联合平稳随机过程joint trunk exchange && 连接长途电话局joint weld && 焊接接头,焊缝joint-welding sequence && 接头焊接顺序(指多层焊时焊层或焊道的焊接次序)jointed manipulator && 关节型操作器jointer && ①联结件②电缆焊接工jointing && ①填料②接合,连接,接缝,焊接③垫片jointless structure && 无缝结构jointless tracks && 无缝线路轨道joist && ①工字钢②搁栅③托梁joist shears && 型钢剪切机joist steel && 梁钢jolleying && 辘轳成型,旋压成形jolt && 震摇,震实jolt moulding machine && 震动造型机,震实制型机jolt rock-over pattern draw machine && 翻台震实式造型机jolt roll-over draw machine && 翻箱震实造型机jolt squeeze && 震压jolt squeeze moulding machine && 震压造型机jolt squeeze turnover pattern draw machine && 回转震压造型机jolt table && 震动台jolt toughness && 震击韧性jolt-packing && 震动填料jolt-ram turnover pattern draw machine && 旋转起模震实造型机jolt-ramming machine && 震动捣打机jolter && 震实制型机jolting mechanism && 震击机构jounce && 动行程journal && ①数据通信系统应用记录②轴颈journal axis && 轴颈中心线journal bearing && 轴颈轴承journal box && 轴(颈)箱,轴颈轴承journal brass && 轴颈铜衬journal bronze && 轴颈青铜,减摩青铜journal centre && 轴颈中心journal friction && 轴颈摩擦joy stick && 操纵杆joystick control && 操纵杆judder && ①抖动②离合器颤振juggernaut && 重型商用汽车jump && 跳变,跃迁,转移jump address && 转移地址jump address field && 转移地址字段jump coupling && 万向接头jump face && 接合面,连接面jump frequency && 跳变频率,跃迁频率jump function && ①跳跃函数,跃变函数②阶跃波形jump instruction && 跳转指令,转移指令jump instruction operand && 转移指令操作数jump joint && 对接jump lead && 跳线跨接jump phenomenon && 跳跃现像jump routine && 跳转程序jump start && 跳线跨接起动jump test && 锻粗试验,顶锻试验jump weld tube && 对缝焊管jumper cable && 跳线跨接jumping trace routine && 转移跟踪程序jumping-up && 镦粗junction && ①接头②结合③连接(点)④结⑤焊缝,焊点junction battery && 结电池junction box && ①接线盒,套管②联轴器junction breakdown && 结击穿junction capacitance && 结电容junction capacitor && 结电容器junction circuit && 连结电路junction class && 端的类型junction class of thermocouple && 热电偶的端的类型junction current && 连接电流,中继电流,结电流junction depth && 结深junction diode && 面结型二极管junction electroluminescence && (半导体)结场致发光junction factor && 结的因子junction isolation && 结绝缘junction laser && 结型激光器junction luminescent device && 结构发光器件junction perfection factor && 结的完美因子junction phenomena && 结现像junction photodiode && 结型光电二极管junction phototransistor && 结型光敏晶体管junction point && 联结点junction pole && 分线杆junction station && 汇结站junction style && 端的形式junction style of thermocouple && 热电偶的端的形式junction temperature && 结温junction transistor && 结型晶体管junction transposition && 接线换位junction type zinc oxide varstor && 结型氧化锌电压敏电阻器junction voltage && 结电压junction-gate field-effect transition && 结栅场效应晶体管junction-type field effect transistor && 结型场效应晶体管juncture && ①接缝②连接,接合,焊接③接合点接头justification && 对正,对正方式justify && 对正,调整jute insulated cable && 黄麻绝缘电缆juxtaposition && ①并列,并置②接近,邻近③交叉重叠法juxtaposition twin && 并置双晶。
代数函数的jensen不等式的加细与推广
代数函数的jensen不等式的加细与推广Jensen不等式是数学和统计学中发挥重要作用的数学定理,它以一个有限个变量构成的累积函数形式,对这些变量的累积函数的期望进行有限的界定及求解。
下面就Jensen不等式的加细与推广作一进一步的讨论:一、 Jensen不等式的加细1、基本的Jensen不等式:即假设函数f(x)是连续可微函数,而X是一个有限个变量构成的随机变量,那么对任意可行赋值θ,有:E(f(X))≥f(E(X)),这就是基本的Jensen不等式。
2、海森堡不等式:假设fx(x1, x2, ..., xn)在[αi, βi]下是一个凸函数,Then, for any arbitrary set of values θ1, θ2, ..., θn, there is:E[f(X)]≥f[E(X1), E(X2), ..., E(Xn)],这就是海森堡不等式。
3、勒贝格不等式:前提条件是函数f(x)是可微的,对任意可行赋值θ,有:E[f(X)]≥E(g(X)),其中g(X)=E{f(X′) |X=θ} ,这就是提出了勒贝格不等式。
4、贝叶斯不等式:前提条件是f(x)是可微的,对任意可行赋值θ,有:E[f(X)]≥E{g(X)|X=θ},其中g(x)是贝叶斯可合并的,这就是贝叶斯不等式。
二、Jensen不等式的推广1、统计不等式:假设f(x)是连续可微函数,而X是一个有限个变量构成的随机变量,那么对任意可行赋值θ,有:E[f(X)]≤f[E(X1), E(X2), ..., E(Xn)],这称为统计不等式。
2、博弈论不等式:博弈论中,假设f(x)是一个单局博弈积分函数,X是一个等概率随机策略,则Frame‐Stewart不等式规定:E[f(X)]≤f[E(X1), E(X2), ..., E(Xn)],这称为博弈论不等式。
3、期望函数不等式:期望函数不等式指的是在一个期望函数的类中,存在某种非负函数f,有:E[f(X)]≤f(E(X)),这就是期望函数不等式。
Jensen不等式
第10页,共13页。
推广到n维空间
例如设z = f ( x , y )为一向上凹之曲面,则(7)式可推广为
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Jensen不等式
在区间[ a , b ]我们可以取分割点 由(6)式知
再取极限 n ,我们就有积分形式的Jensen不等式。
第12页,共13页。
ห้องสมุดไป่ตู้
Jensen不等式一
若p满足
Jensen不等式
,且f为一凸函数,则
更一般情形则将区间[ a , b ]代换为任意可测集合A (
)
Jensen不等式二
Jensen不等式三
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则(6)式可表为
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几何意义与物理意义
质量中心: 或
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几何意义与物理意义
图3
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图4
几何意义与物理意义
质量中心
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几何意义与物理意义
图5
质量中心落在阴影区域H内部
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几何意义与物理意义
通过 (x1, f (x1)), (xn , f (xn ))两点之弦方程式为
凸函数的定义
图1
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凸函数的定义
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凸函数的定义
图2
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凸函数性质的推广—Jensen不等式
将(1)式推广至一般情形。
其中 , ,
,
,令
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凸函数性质的推广—Jensen不等式
则(4)式可改写为
这就是Jensen不等式之一形式。
若取特殊的 pi ,例如:
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1. Introduction If f is a continuous, real function on some interval I in R, we can use spectral theory to define an operator function f : B(H)I → B(H)sa sa − where f ( x) = f (λ) dEx (λ). (1)
2
FRANK HANSEN & GERT K. PEDERSEN
as an operator function on B(pH)I sa . Put differently, we demand that pF (y + z ) = F (y + z )p and that it is independent of z . Thus, pF (y + z ) = pF (y + s(1 − p)) for some, hence any scalar s in I . (Davis tacitly assumes that 0 ∈ I and takes s = 0.) A continuous function f : I − → R is said to be operator convex if f (λx + (1 − λ)y ) ≤ λf (x) + (1 − λ)f (y ) (3)
JENSEN’S OPERATOR INEQUALITY
arXiv:math/0204049v1 [math.OA] 3 Apr 2002
Frank Hansen & Gert K. Pedersen 2nd April, 2002
Abstract. We establish what we consider to be the definitive versions of Jensen’s operator inequality and Jensen’s trace inequality for real functions defined on an interval. This is accomplished by the introduction of genuine non-commutative convex combinations of operators, as opposed to the contractions considered in earlier versions of the theory, [9] & [3]. As a consequence, we no longer need to impose conditions on the interval of definition. We show how this relates to the pinching inequality of Davis [4], and how Jensen’s trace inequality generalizes to C ∗ −algebras.
Here B(H)I sa denotes the convex set of self-adjoint operators on the Hilbert space H with spectra in I , and Ex denotes the spectral measure of x. Admittedly it is somewhat dangerous to use the same symbol for the two rather different functions, but the usage is sanctified by time. Whenever necessary we shall try to distinguish between the two by referring either to the function f or to the operator function f . As pointed out by C. Davis in [4] a general operator function F : B(H)I → B(H) sa − arises from a spectral function, i.e. F (x) = f (x), if and only if for every unitary u F (u∗ xu) = u∗ F (x)u and F y 0 0 z = F (y ) 0 0 F (z ) (2)
for every operator x = y + z that decomposes in block form by multiplication by a projection p in its commutant. (N.b. we do not demand that p and 1 − p are equivalent.) There is a slight ambiguity in this statement – easily compensated for by its versatility – since by F(y) we really mean F evaluated at y , but now regarded
for each λ in [0, 1] and every pair of self-adjoint operators x, y on an infinite dimensional Hilbert space H with spectra in I . The function is said to be matrix convex of order n if the same conditions are satisfied for operators on a Hilbert space of finite dimension n. It is well known, cf. [2, Lemma 2.2] that a function is operator convex if and only if it is matrix convex of arbitrary orders. Just because the function f is convex there is no guarantee that the operator function f is convex. In fact, as shown by Bendat and Sherman in [2], f is operator convex on the interval ] − 1, 1[ if and only if it has a (unique) representation
n n
f
k=1
a∗ k xk a k
≤
k=1
a∗ k f ( xk ) a k .
(5)
This result was found in embryonic form by the first author in [6], and used by the two of us to give a review of L¨ owner’s and Bendat-Sherman’s theory of operator monotone and operator convex functions in [9]. With hindsight we must admit that we unfortunately proved and used the contractive form f (a∗ xa) ≤ a∗ f (x)a for a∗ a ≤ 1, this being the seemingly most attractive version at the time. However, this necessitated the further conditions that 0 ∈ I and f (0) ≤ 0, conditions that have haunted the theory since then. The Jensen inequality for a normal trace on a von Neumann algebra, now for an arbitrary convex function f , was found by Brown and Kosaki in [3], still in the contractive version. It is the aim of the present paper to rectify our omissions and prove the full Jensen inequality, both with and without a trace. This is accomplished by a refinement of previous techniques and by applying some new ideas that also make the presentation more streamlined and easier to follow.
1
β f (t) = β0 + β1 t + 1 2 2