Нера́венство Йе́нсена — неравенство, связанное с понятием выпуклой функции.

Формулировки

Сумматорный вариант неравенства Пусть функция является выпуклой на некотором интервале и числа (веса) таковы, что и Тогда каковы бы ни были числа из , выполняется неравенство, известное под названием неравенства Йенсена:

или

Замечания: Если функция вогнута (выпукла вверх), то знак в неравенстве меняется на противоположный. Сам Иоган Йенсен исходил из более частного условия, отвечающего случаю :

Для непрерывных функций оно эквивалентно выпуклости.

Сумматорное неравенство Йенсена было известно еще Гёльдеру.

Геометрическая интерпретация Точка является выпуклой комбинацией точек плоскости, лежащих на графике функции . Из определения выпуклой функции следует, что выпуклая оболочка этого множества точек лежит над графиком функции , а это и означает, что .

Интегральная формулировка Пусть  — выпуклая функция,  — вероятностная мера, а функции и интегрируемы. Тогда

Для случая меры Лебега это неравенство имеет вид

Вероятностная формулировка Пусть  — вероятностное пространство, и  — определённая на нём случайная величина. Пусть также  — выпуклая (вниз) борелевская функция. Тогда если , то

где означает математическое ожидание.

Неравенство Йенсена для условного математического ожидания Пусть в дополнение к предположениям, перечисленным выше,  — под-σ-алгебра событий. Тогда

где обозначает условное математическое ожидание относительно σ-алгебры .

Частные случаи

Неравенство Гёльдера Пусть  — положительные числа, , причём . Тогда

Неравенство о среднем арифметическом, геометрическом и гармоническом Пусть (вогнутая функция). Имеем:

или

Потенцируя, получаем неравенство

В частности, при получаем неравенство Коши (среднее геометрическое не превосходит среднего арифметического):

Неравенство между средним гармоническим и средним геометрическим Пусть (выпуклая функция). Имеем:

Положив

и потенцируя, получаем:

(среднее гармоническое не превосходит среднего геометрического).

Неравенство между средним гармоническим и средним арифметическим Пусть (выпуклая функция). Имеем:

В частности при получаем, что среднее гармоническое не превосходит среднего арифметического:

См. также Неравенство Юнга Неравенство Минковского Неравенство Гюйгенса Неравенство Гёльдера

Примечания

Литература

Йенсена Категория:Теория вероятностей Йенсена Йенсена Йенсена Категория:Выпуклый анализ