Bernstein-Ungleichung (Analysis)

Die Bernstein-Ungleichungen – benannt nach dem russischen Mathematiker Sergei Natanowitsch Bernstein – geben eine obere Schranke an für die Ableitung von Polynomen in einem abgeschlossenen Intervall. Sie werden gebraucht im Bereich Approximationstheorie.

Trigonometrische Polynome

Bernstein betrachtete im Jahr 1912 trigonometrische Polynome n-ten Grades der Form

mit und

Für diese bewies er – allerdings nur für reine Kosinus-Polynome – die folgende Ungleichung.[1]

Sei ein trigonometrisches Polynom vom Grad kleiner gleich und die erste Ableitung, dann gilt

Die dargestellte Form mit Sinus und Kosinus beschrieb der ungarische Mathematiker Leopold Fejér 1914,[2] auch Edmund Landau erwähnte sie später in einem Brief an Bernstein.[3] Alternative Beweise der Ungleichung zeigen Marcel Riesz 1914[4][5] sowie George Pólya und Gábor Szegő 1925.[6]

Diese Bernstein-Ungleichung ist hilfreich beim Beweis einer Markow-Ungleichung.

Allgemeine Polynome

Die Bernstein-Ungleichung lässt sich verallgemeinern auf allgemeine Polynome in der komplexen Ebene.

Sei ein Polynom vom Grad auf den komplexen Zahlen und die erste Ableitung. Dann gilt auf dem Einheitskreis :

Diese Ungleichung wiederum kann man verallgemeinern auf höhere Ableitungen.

Sei ein Polynom vom Grad auf den komplexen Zahlen, die -te Ableitung. Dann gilt auf dem Einheitskreis :

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ Sergei Natanowitsch Bernstein: Sur l'ordre de la meilleure approximation des fonctions continues par des polynomes. Académie Royale de Belgique, Classe des Sciences, Mémores Collection in 4., ser. II, Vol. 4 (1922). = Russian translation in Communications of the Kharkov Mathematical Society (CKMS) Vol. 13 (1912), 49-194.
  2. ↑ Leopold Fejér: Über konjugierte trigonometrische Reihen. Journal für die reine und angewandte Mathematik, Vol. 144 (1914), S. 48–56 Online (abgerufen am 13. Mai 2014)
  3. ↑ Sergei Natanowitsch Bernstein: Leçons sur les Propriétés Extrémales et la Meilleure Approximation des Fonctions Analytiques d'une Variable Réelle. Gauthier-Villars, Paris 1926.
  4. ↑ Marcel Riesz: Eine trigonometrische Interpolationsformel und einige Ungleichungen für Polynome. Deutsche Mathematiker-Vereinigung, Jahresbericht, Vol. 23 (1914), S. 354–368. Online (abgerufen am 13. Mai 2014)
  5. ↑ Marcel Riesz: Formule d'interpolation pour la dérivée d'un polynome trigonométrique. Comptes Rendus Hebdomaries, Séances de l'Académie des Sciences, Paris, Vol. 158 (1914), S. 1152–1154. Online (abgerufen am 13. Mai 2014)
  6. ↑ George Pólya, Gábor Szegő: Aufgaben und Lehrsätze aus der Analysis. Springer, Berlin 1925.

Literatur

  • Elliot Ward Cheney: Introduction to Approximation Theory. McGraw-Hill Book Company, 1966, Library of Congress Catalog Card Number 65-25916, ISBN 0-07-010757-2, S. 90–91 und 228
  • Clément Frappier: Note on Bernstein's inequality for the third derivative of a polynomial. Journal of Inequalities in Pure and Applied Mathematics, Volume 5, Issue 1, Article 7, 2004 Online (abgerufen am 12. Mai 2014)