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¿Cómo integrarse por partes con dos integrales?

Tengo un problema que he estado tratando de integrar el uso de las piezas, pero estoy un poco atascado. Tenemos que $x \geq 0$ y asumen $f$ es una función suave (así que no tenemos problemas en $0$) y compacto, en algunos intervalo de $f \in C^{[a,b]}(R_{+})$,$0<a<b<\infty$.

La ecuación es la siguiente:

\begin{align} \|(Bf(x))\|_{L^2_{(R_+)}} & =\left(\int_0^\infty \left\lvert\frac{1}{x} \ \int_0^x f(t) \, dt\right\rvert^2 \ dx\right)^{1/2} \\ &\leq\left(\int_0^\infty \left\lvert\frac{1}{x}\right\rvert^{2} \ \left\lvert \int_0^x f(t) \, dt\right\rvert^2 \ dx\right)^{1/2} \\ &=\left(\int_0^\infty \frac{d}{dx} \left\lvert\dfrac{-1}{x}\right\rvert \ \left\lvert \int_0^x f(t) \ dt\right\rvert^2 \ dx\right)^{1/2} \\ &\leq \left(\int_0^\infty \frac{d}{dx}\left\lvert\dfrac{-1}{x}\right\rvert \ \int_0^x \left\lvert f(t) \right\rvert^{2} \ dt \ dx\right)^{1/2} \end{align}

Ahora para solucionar esto he tratado de establecimiento $dv=\dfrac{d}{dx} \dfrac{-1}{x} dt$ $v=\dfrac{d}{dx}\dfrac{-1}{x}$ ( $x \geq 0$ , lo podemos dejar los valores absolutos), con $u=|f(t)|^{2}$$du=2\lvert f(t) \rvert dt$.

Mi otro intento fue mi $dv=\dfrac{d}{dx}\dfrac{-1}{x} dx$ $v=\dfrac{-1}{x}$ (dx cancelar cuando integramos dv/dx) y la configuración de $u=\int_0^x \lvert f(t) \rvert^2 dt$$du=2f(x)\int_0^x \lvert f(t) \rvert \ dt \ dx$. Este fue tratar de resolver la integral completo a la vez. Este fue el más prometedor de los dos pero no puedo obtener una respuesta que no parecen divergir/ser ilimitado.

Por favor alguien puede decirme donde estoy mal? ¿Qué debería ser la configuración de mi $u, du, v$ & $dv$ piezas como?

El resultado final es para probar que esto es acotado, pero con el del Titular de la desigualdad y la densidad de los argumentos de esta parte debe ser fácil. Este paso intermedio sólo estoy atascado en. Gracias por cualquier ayuda!

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PS

Define$$\int_{0}^{\infty}\dfrac{d}{dx}\lvert\dfrac{1}{x}\rvert \ \int_{0}^{x}\lvert f(t) \rvert^{2} \ dt \ dx$. ¿Sabes qué es$K(x)=\int_{0}^{x}\lvert f(t) \rvert^{2} \ dt $ correcto? (¡Aunque no es obligatorio!)

PS

Si sabes$K'(x)$ Encuentra$$\int_0^\infty{d\over dx}\left(|{1\over x}|K(x)\right)dx=\int_0^\infty d\left(|{1\over x}|K(x)\right)=\left[{K(x)\over |x|}\right]_0^\infty$ y has terminado, ¡creo!

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