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对任何$\mathbf x\inℝ^n$,定义
\[\|\mathbf x\|_p\coloneqq\left(\sum_{i=1}^n|x_i|^p\right)^{\frac 1 p}\]
MSE - Are all the $ℓ^p$ metrics topologically equivalent for positive integer values of $p$?
由这帖知,$‖⋅‖_p(1≤p<∞)$与$‖⋅‖_∞$等价,因为
\[\lVert x \rVert_\infty \leq \lVert x \rVert_p \leq n^{\frac 1 p}\lVert x \rVert_\infty\tag1\]
对任意$\mathbf x∈ℝ^n$成立. 范数的等价有传递性, 可以得出$‖⋅‖_p(1≤p<∞)$与$‖⋅‖_q(1≤q<∞)$等价.
具体来说, 在“范数的等价有传递性”的证明中, 利用(1)导出了不等式:
\[\lVert x \rVert_p \leq n^{\frac 1 p}\lVert x \rVert_\infty\le n^{\frac 1 p}\lVert x\rVert_q\tag2\]
与
\[n^{-\frac 1 q}\lVert x \rVert_q \leq \lVert x \rVert_\infty\le \lVert x\rVert_p\tag3\]
因此,对$1\le p,q<∞$,存在常数$c,C$使得
$$c\| \mathbf x \|_q \leq \| \mathbf x \|_p \leq C\| \mathbf x \|_q$$
对任意$\mathbf x∈ℝ^n$成立.(由(2),$c=n^{-\frac1q}$满足不等式.由(3),$C=n^{\frac1p}$满足不等式.)
问题:对固定的$p,q$,求$c,C$的最佳值.
$c$的最佳值是1. 对于$\mathbf x=(1,0,0,⋯,0)$可以取等. 又叫 范数不等式.
$C$的最佳值是$n^{\frac1p-\frac1q}$. 对于$\mathbf x=(1,1,1,⋯,1)$可以取等. 又叫 幂平均不等式. |
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