不等式陈述(实向量情形):对任意 u,v∈Rn,
∣u⋅v∣≤∥u∥∥v∥.
证明:考虑关于实数 t 的二次函数
ϕ(t)=∥u−tv∥2=(u−tv)⋅(u−tv)=∥u∥2−2t(u⋅v)+t2∥v∥2.
由于平方范数恒非负,对所有 t 都有 ϕ(t)≥0。因此该二次式判别式不大于 0:
Δ=4(u⋅v)2−4∥u∥2∥v∥2≤0.
即
(u⋅v)2≤∥u∥2∥v∥2⇒∣u⋅v∣≤∥u∥∥v∥.
证毕。
英文解析
Inequality statement (real vector case): For any u,v∈Rn,
∣u⋅v∣≤∥u∥∥v∥.
Proof: Consider the quadratic function for the real number t
ϕ(t)=∥u−tv∥2=(u−tv)⋅(u−tv)=∥u∥2−2t(u⋅v)+t2∥v∥2.
All t have ϕ(t)≥0 due to the constant nonnegative square norm. Therefore, the quadratic discriminant is not greater than 0:
Δ=4(u⋅v)2−4∥u∥2∥v∥2≤0.
so
(u⋅v)2≤∥u∥2∥v∥2⇒∣u⋅v∣≤∥u∥∥v∥.
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