Inequalities comparing \((a+b)^p-a^p-b^p\) and \(a^{p-1}b+ab^{p-1}\) (Q2515080)

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English
Inequalities comparing \((a+b)^p-a^p-b^p\) and \(a^{p-1}b+ab^{p-1}\)
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    Inequalities comparing \((a+b)^p-a^p-b^p\) and \(a^{p-1}b+ab^{p-1}\) (English)
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    10 February 2015
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    Summary: In der Funktionalanalysis oder bei der Untersuchung nichtlinearer partieller Differentialgleichungen spielen oft elementare Ungleichungen im Zusammenhang mit \(p\)-ten Potenzen von Termen eine Rolle. Bekannt ist etwa die Ungleichung von Clarkson. Der Autor der vorliegenden Arbeit geht aus von der Ungleichung \((a+b)^p>a^p+b^p\) für positive Zahlen \(a\), \(b\) und \(p>1\). Für \(0<p<1\) gilt just die umgekehrte Ungleichung. Untersucht wird nun der Defekt \((a+b)^p-a^p-b^p=: F_p(a,b)\). Da \(F_2(a,b)=2ab\) und \(F_3(a,b)=3(a^2b+ab^2)\) gilt, liegt es nahe, \(F_p(a,b)\) durch \(G_p(a,b)=a^{p-1}b+ab^{p-1}\) abzuschätzen. Es stellt sich heraus, dass die bestmöglichen Konstanten \(A_p\) und \(B_p\) in der Ungleichung \(A_pG_p(a,b)\leq F_p(a,b)\leq B_pG_p(a,b)\) in erstaunlich verwickelter Weise von \(p\) abhängen.
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