1. 引言
柯西不等式是一类著名不等式 [1] [2],在实数域或复数域上的内积空间 
 ,
 ,
  为Cauchy-Schwarz不等式最基本形式。此不等式在数学领域中有着广泛的应用,是区别于均值不等式的另一类重要不等式。通过变形可以推广出很多形式,从而应用在不同领域中。本文主要介绍了Cauchy-Schwarz不等式的离散形式与积分形式,并给出了几种具有代表性的证明方法,以便于对柯西不等式更好的理解。
2. Cauchy不等式的定理证明
2.1. 柯西不等式的离散形式
定理1 [3]:对 
 ,有 
 。等号成立的充要是, 
 ,
 ,即当 
  时等号成立。
引理1 [2] [4] 设矩阵 
 ,
 ,令 
 ,
 ,则 
  等于 
  中所需要的 
  阶子式与 
  中对应同阶子式乘积和。
证法1 令矩阵 
 ,
 ,则 
 。
故 
 ,由引理 
 。
故 
 。
证法2 [5] 构造二次函数
令
 
其中 
 。
又 
  
 
  恒成立
即 
 ,当且仅当 
  时等号成立。
引理2 在规定的欧式空间中,对 
  两个向量,回顾两个性质:
1) 令 
 ,
 ,有 
 。
2) 在一个欧式空间里,对 
  向量 
  有不等式 
 ,等号成立当且仅当 
  线性相关。
证法3 通过欧式空间,取 
 ,
  则 
 ,
 ,
 ,根据引理 
  可得 
  等号成立当且仅当 
  线性相关。
2.2. 柯西不等式的积分形式
定理2 [6] [7] (Cauchy-Schwarz不等式)设在 
  上的实可积函数,则 
  (当且仅当 
  线性相关时等号成立)。
证法1 
  都在 
  上可积,利用积分定义将 
  区间 
  等分
令 
 ,由定积分的性质 
 ,
 ,在 
  上均可积
 
 
 
由Cauchy-Schwarz不等式离散形式 
 
得 
  并由极限的保号性证明成立即
 。
证法2(判别式法)
对 
 ,有 
 
即
 
 
即 
  证明成立。
证法3 利用定积分的性质
令 
 ,即 
 
  即 
  其中 
 
  取积分
 
化简得 
  因此 
 
由 
 ,
 
代入得 
 
因此 
 。
3. Cauchy-Schwarz不等式其他推广及应用
定理3 [8] 将不等式 
  改写成行列式的形式 
 ,再设另一函数 
 ,
  在 
  上可积,那么 
 。
证明 对 
 ,有
 
可以看到 
  的二次型为半正定二次型,从而系数矩阵行列式为
 。
引理3 [9] [10] 
 。 
 。有 
 ,
 ,且 
 。
定理4
1) 在欧式空间 
 ,若 
 ,
 ,则 
 ,当且仅当线性相关时等号成立。
2) 设概率空间 
  中, 
  随机变量 
 ,
 。有 
 ,当且仅当 
  时,等号成立, 
  为任意常数。
证明 1) 设 
 。令 
  是一个实数,作向量 
 ,不论 
  取何值一定有
 
即 
 
取 
  代入(1)式得
 
 
证明成立。
2) 当 
  时, 
 ,故 
  不等式成立;当 
  时,令 
 ,其中 
  大于等于0,于是 
 ,即 
 ,证明成立。
定理5 [11] 对 
 ,
 ,有 
 ,
 。
证明 当 
  时,结论成立。设 
  不全为0, 
  也不全为零,由引理3,得
 
因此结论成立。