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Desigualdades complicadas en las normas de los vectores (parte 2)

Esta pregunta es una especie de continuación de esta otra pregunta mía Desigualdades complicadas en las normas de los vectores .

Dejemos que $v_0,v_1,w_0,w_1\in \mathbb{R}^2$ sean cuatro vectores no nulos tales que

  • $v_0=(v_{0x},0)$ , $v_1=(v_{1x},0)$ con $v_{0x}>0,v_{1x}>0$
  • $w_0=(w_{0x},w_{0y})$ , $w_1=(w_{1x},w_{1y})$ con $w_{0y}\ge 0,w_{1y}\ge 0$
  • $\displaystyle{\frac{||v_1||}{||v_0||}> 1}$ y $\displaystyle{\frac{||v_1||}{||v_0||}> \max\{\frac{||w_1||}{||w_0||},\frac{||w_0||}{||w_1||}\}}$ y $\displaystyle{\frac{||v_1||}{||v_0||}> \max\{\frac{||v_1+w_1||}{||v_0+w_0||},\frac{||v_0+w_0||}{||v_1+w_1||}\}}$

Definir $$v_t:=((1-t)v_{0x}+t*v_{1x},0),\quad w_t:=(1-t)w_0+t*w_1$$ por cada $t\in [0,1]$ .

¿Es cierto que las dos desigualdades siguientes

$$\frac{||v_{t_1}||}{||v_{t_0}||}\ge \max\{\frac{||w_{t_1}||}{||w_{t_0}||},\frac{||w_{t_0}||}{||w_{t_1}||}\} \quad \textit{and}\quad \frac{||v_{t_1}||}{||v_{t_0}||}\ge \max\{\frac{||v_{t_1}+w_{t_1}||}{||v_{t_0}+w_{t_0}||},\frac{||v_{t_0}+w_{t_0}||}{||w_{t_1}+w_{t_1}||}\}$$

siempre se satisfacen para cada $t_0,t_1\in [0,1]$ , $t_0<t_1$ ?

No encuentro ningún contraejemplo, pero tampoco puedo demostrar la afirmación

3voto

richard Puntos 1

Construimos un contraejemplo como sigue. Pongamos $w_0=(-1,1)$ y $w_1=(1,1)$ . Entonces $$\|w_0\|=\|w_1\|=\sqrt{2},$$ así que $$\frac{\|w_0\|}{\|w_1\|}=\frac{\|w_1\|}{\|w_0\|}=1.$$ Pero $$\|w_{1/2}\|=\| (1/2) w_0+(1/2) w_1\|=\|(0,1)\|=1.$$ Ahora toma números positivos pequeños $\varepsilon$ et $\delta$ y poner $v_{0x}=\varepsilon$ y $v_{1x}=\varepsilon(1+\delta)$ . Esto satisface dos de las desigualdades requeridas. La tercera desigualdad se transforma en

$$(1+\delta)^2>\frac{1+(1+\varepsilon)^2}{1+(1-\varepsilon(1+\delta))^2} $$

lo que equivale a

$$\varepsilon<\frac{\delta}{\sqrt{1+\delta^2}}.$$

Por otro lado, para cada $t_0<t_1\in [0,1]$ ,

$$\frac{||v_{t_1}||}{||v_{t_0}||}=\frac{1+t_1\delta}{1+t_0\delta}\le 1+\delta.$$

Por lo tanto, para un contraejemplo para la primera desigualdad preguntada con $t_1=1/2$ y $t_0=1$ basta con tomar cualquier $\delta<\sqrt{2}-1$ y $\varepsilon<\frac{\delta}{\sqrt{1+\delta^2}}$ .

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