En matemáticas , la desigualdad de Remez , descubierta por el matemático soviético Evgeny Yakovlevich Remez (Remez 1936), da un límite a las normas sup de ciertos polinomios, límite que se alcanza con los polinomios de Chebyshev .
La desigualdad
Sea σ un número positivo fijo arbitrario. Defina la clase de polinomios π n ( σ ) como aquellos polinomios p de n ésimo grado para los cuales
![{\displaystyle |p(x)|\leq 1}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
en algún conjunto de medidas ≥ 2 contenidas en el intervalo cerrado [−1, 1+ σ ]. Entonces la desigualdad de Remez establece que
![{\displaystyle \sup _{p\in \pi _{n}(\sigma )}\left\|p\right\|_{\infty }=\left\|T_{n}\right\|_{ \infty }}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
donde T n ( x ) es el polinomio de Chebyshev de grado n , y la norma suprema se toma en el intervalo [−1, 1+ σ ].
Observe que T n aumenta en , por lo tanto ![{\displaystyle [1,+\infty]}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \|T_{n}\|_{\infty }=T_{n}(1+\sigma).}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
El Ri, combinado con una estimación de los polinomios de Chebyshev, implica el siguiente corolario: Si J ⊂ R es un intervalo finito y E ⊂ J es un conjunto arbitrario mensurable, entonces
para cualquier polinomio p de grado n .
Extensiones: lema de Nazarov-Turán
Se han demostrado desigualdades similares a ( ⁎ ) para diferentes clases de funciones y se conocen como desigualdades de tipo Remez. Un ejemplo importante es la desigualdad de Nazarov para sumas exponenciales (Nazarov 1993):
- La desigualdad de Nazarov . Dejar
![{\displaystyle p(x)=\sum _ {k=1}^{n}a_ {k}e^{\lambda _ {k}x}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- sea una suma exponencial (con λ k ∈ C arbitraria ), y sea J ⊂ R un intervalo finito, E ⊂ J , un conjunto arbitrario medible. Entonces
![{\displaystyle \max _{x\in J}|p(x)|\leq e^{\max _{k}|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}\left ({\frac {C\,\,{\textrm {mes}}J}{{\textrm {mes}}E}}\right)^{n-1}\sup _{x\in E}|p (x)|~,}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- donde C > 0 es una constante numérica.
En el caso especial en el que λ k es imaginario puro y entero, y el subconjunto E es en sí mismo un intervalo, la desigualdad fue demostrada por Pál Turán y se conoce como lema de Turán.
Esta desigualdad también se extiende de la siguiente manera![{\displaystyle L^{p}(\mathbb {T} ),\ 0\leq p\leq 2}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \|p\|_{L^{p}(\mathbb {T} )}\leq e^{A(n-1){\textrm {mes}}(\mathbb {T} \setminus E )}\|p\|_{L^{p}(E)}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
para algunos A >0 independiente de p , E y n . Cuando
![{\displaystyle \mathrm {mes} E<1-{\frac {\log n}{n}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
se cumple una desigualdad similar para p > 2. Para p =∞ hay una extensión a los polinomios multidimensionales.
Prueba: la aplicación del lema de Nazarov a conduce a![{\displaystyle E=E_{\lambda }=\{x\,:\ |p(x)|\leq \lambda \},\ \lambda >0}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \max _{x\in J}|p(x)|\leq e^{\max _{k}|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}\left ({\frac {C\,\,{\textrm {mes}}J}{{\textrm {mes}}E_{\lambda }}}\right)^{n-1}\sup _ {x\in E_{\lambda }}|p(x)|\leq e^{\max _{k}|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}\left({\frac {C \,\,{\textrm {mes}}J}{{\textrm {mes}}E_{\lambda }}}\right)^{n-1}\lambda }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
de este modo
![{\displaystyle {\textrm {mes}}E_{\lambda }\leq C\,\,{\textrm {mes}}J\left({\frac {\lambda e^{\max _{k}|\ Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}}{\max _{x\in J}|p(x)|}}\right)^{\frac {1}{n-1 }}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Ahora arregle un conjunto y elija tal que , es decir![{\displaystyle E}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle\lambda}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle {\textrm {mes}}E_{\lambda }\leq {\tfrac {1}{2}}{\textrm {mes}}E}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \lambda =\left({\frac {{\textrm {mes}}E}{2C\mathrm {mes} J}}\right)^{n-1}e^{-\max _{k) }|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}\max _{x\in J}|p(x)|}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Tenga en cuenta que esto implica:
![{\displaystyle {\textrm {mes}}E\setminus E_{\lambda }\geq {\tfrac {1}{2}}{\textrm {mes}}E.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \forall x\in E\setminus E_{\lambda }:|p(x)|>\lambda .}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Ahora
![{\displaystyle {\begin{aligned}\int _{x\in E}|p(x)|^{p}\,{\mbox{d}}x&\geq \int _{x\in E\setminus E_{\lambda }}|p(x)|^{p}\,{\mbox{d}}x\\[6pt]&\geq \lambda ^{p}{\frac {1}{2}} {\textrm {mes}}E\\[6pt]&={\frac {1}{2}}{\textrm {mes}}E\left({\frac {{\textrm {mes}}E}{ 2C\mathrm {mes} J}}\right)^{p(n-1)}e^{-p\max _{k}|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J }\max _{x\in J}|p(x)|^{p}\\[6pt]&\geq {\frac {1}{2}}{\frac {{\textrm {mes}}E }{{\textrm {mes}}J}}\left({\frac {{\textrm {mes}}E}{2C\mathrm {mes} J}}\right)^{p(n-1)} e^{-p\max _{k}|\Re \lambda _{k}|\,\mathrm {mes} J}\int _{x\in J}|p(x)|^{p}\ ,{\mbox{d}}x,\end{aligned}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
lo que completa la prueba.
Desigualdad de Pólya
Uno de los corolarios del Ri es la desigualdad de Pólya , que fue probada por George Pólya (Pólya 1928), y establece que la medida de Lebesgue de un conjunto de subniveles de un polinomio p de grado n está acotado en términos del coeficiente principal LC( p ) de la siguiente manera:
![{\displaystyle {\textrm {mes}}\left\{x\in \mathbb {R} :\left|P(x)\right|\leq a\right\}\leq 4\left({\frac { a}{2\mathrm {LC} (p)}}\right)^{1/n},\quad a>0~.}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Referencias
- Remez, EJ (1936). "Sur une propriété des polynômes de Tchebyscheff". Com. Inst. Ciencia. Jarkov . 13 : 93–95.
- Bojanov, B. (mayo de 1993). "Prueba elemental de la desigualdad de Remez". El Mensual Matemático Estadounidense . 100 (5). Asociación Matemática de América: 483–485. doi :10.2307/2324304. JSTOR 2324304.
- Fontes-Merz, N. (2006). "Una versión multidimensional del lema de Turan". Revista de teoría de la aproximación . 140 (1): 27–30. doi : 10.1016/j.jat.2005.11.012 .
- Nazarov, F. (1993). "Estimaciones locales para polinomios exponenciales y sus aplicaciones a desigualdades del tipo principio de incertidumbre". Álgebra y Análisis . 5 (4): 3–66.
- Nazarov, F. (2000). "Versión completa del lema de Turan para polinomios trigonométricos en la circunferencia unitaria". Análisis complejo, operadores y temas relacionados . 113 : 239–246. doi :10.1007/978-3-0348-8378-8_20. ISBN 978-3-0348-9541-5.
- Pólya, G. (1928). "Beitrag zur Verallgemeinerung des Verzerrungssatzes auf mehrfach zusammenhängende Gebiete". Sitzungsberichte Akad. Berlín : 280–282.