¿Cómo se demuestra lo siguiente por Cauchy-Schwarz?

Question

Si

$u(x) \in C([a, b]), u(a) = 0,\; u(x) = \int_{a}^{x}u^{'}(t)dt$

entonces

$\int_{a}^{b} |u|^{2} dx \le \frac{1}{2}(b - a)^{2}\int_{a}^{b}|u^{'}(t)|^{2}dt$

El libro dice que se puede demostrar usando la calidad de Cauchy-Schwarz, pero no lo consigo.

Answer 1

Una larga fila lo demuestra: $$\int_a^b |u(t)|^2 dt=\int_a^b\left|\int_a^t 1\cdot u'(t')dt'\right|^2 dt\le\int_a^b\left[\int_a^t 1^2 dt'\cdot\int_a^t |u'(t')|^2dt'\right] dt\\\le\int_a^b\left[(t-a)\cdot\int_a^b |u'(t')|^2dt'\right] dt=\frac{(b-a)^2}{2}\int_a^b |u'(t')|^2dt'.$$ La primera $\le$ utiliza Cauchy-Schwarz; el segundo sustituye un $\int_a^t dt'$ con $\int_a^b dt'$ .