Inégalité de Hilbert

L'inégalité de Hilbert est une inégalité classique en analyse, Elle remonte à un article du mathématicien allemand David Hilbert de 1888 et donne une majoration de certaines sommes doubles de nombres réels positifs. L'inégalité de Hilbert a été raffinée, généralisée et modifiée par de nombreux auteurs. Enfin, Hermann Weyl — par exemple dans sa thèse de habilitation Singuläre Integralgleichungen mit besonderer Berücksichtigung des Fourierschen Integraltheorems de 1908 — et en particulier Godfrey Harold Hardy ont effectué des recherches approfondies.

Énoncés

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Suite de nombres réels

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Un premier énoncé concerne des suites de nombres réels positifs. Il est le suivant[1] :

Hilbert (1) — Soient   des nombres réels positifs ; alors

 

De fait, Hilbert a prouvé cette formule avec un facteur   ; le facteur   est dû à son élève Issai Schur. Le facteur   a été lui-même remplacé par   dans un article de H. Frazer[2] de 1946. D. V. Widder a donné la précision supplémentaire[3] :

Hilbert (1') — 

 

Suite double

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Une deuxième série d'énoncés concerne des suites doubles ; voici la formulation donnée dans l'Encyclopædia of Mathematics[4] :

Hilbert (2) — On a :

 

avec  .

Fu Cheng Hsiang[5] a démontré l'inégalité suivante[1] pour des suite de nombres réels positifs :

Hilbert (2') — 

 


Suite de nombres complexes

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Une deuxième série d'énoncés concerne des suites de nombres complexes. L'inégalité de Hilbert est la suivante, d'après Steele[6] :

Hilbert (3) — Soit   un suite de nombres complexes : si la suite est infinie, on la supose de carré sommable ( ). Alors

 

Pour une suite double, on a :

Hilbert (3') — Soient   des nombres complexes. Alors

 

Variante

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Une variante avec les sommes remplacées par des intégrales :

Hilbert (4) — Soient   deux fonctions non identiquement nulles, et soient   des nombres réels avec  . Alors

 

Bibliographie

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  • Dragoslav S. Mitrinović, Analytic inequalities : In cooperation with Petar Vasić, Springer, coll. « Die Grundlehren der mathematischen Wissenschaften in Einzeldarstellungen mit besonderer Berücksichtigung der Anwendungsgebiete » (no 165), , vi + 400 (ISBN 3-540-62903-3, MR 0018226, zbMATH 0199.38101, lire en ligne)
  • J. Michael Steele, The Cauchy-Schwarz master class: an introduction to the art of mathematical inequalities, Cambridge University Press, coll. « MAA problem books », (ISBN 978-0-521-83775-0)
  • Waadallah Tawfeeq Sulaiman, « Hardy-Hilbert's integral inequalities via homogeneous functions and some other generalizations », Acta et Commentationes Universitatis Tartuensis de Mathematica, vol. 11,‎ , p. 23–32 (MR 2391968)
  • David Vernon Widder, « An Inequality Related to One of Hilbert’s », Journal of the London Mathematical Society, vol. 4,‎ , p. 194–198 (MR 1575045, lire en ligne)
  • Bicheng Yang et Qiang Chen, « A new extension of Hardy-Hilbert's inequality in the whole plane », Journal of Function Spaces,‎ , article no 9197476 8 pages (MR 3548430)

Notes et références

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