基礎:複數與複平面的幾何
三角不等式(triangle inequality)
三角不等式就是規則 |z + w| <= |z| + |w|:兩個複數之和的長度,永遠不超過它們各自長度的和。這名字來自幾何。把 z 與 w 畫成箭頭;首尾相接地把它們相加,便建出一個三角形,其第三邊是 z + w。這不等式不過就是那條人盡皆知的事實——三角形的一邊永遠不會比另兩邊相加更長——從起點到終點的直線是最短的。
等號 |z + w| = |z| + |w| 恰在 z 與 w 指向同一方向時成立(其一是另一的非負實數倍),這時三角形塌成一條直線。還有一個有用的下界,即反向三角不等式:|z - w| >= |z| - |w| 的絕對值。它說大小相差懸殊的兩個數,其差不可能很小——當你需要證明某物與零保持距離時,這便是你會伸手去拿的工具。
別看它樸實,這是整個分析學中最常用的工具之一。它正是讓你能「拆解並界定」的依據——把一個複雜的和或積分,藉著估計它的各個部分來估計——更撐起了複平面中極限與連續的定義本身。圍道積分的 ML 不等式、級數的比較判別法,以及無數收斂的證明,全都倚靠這謙遜的一行。
取 z = 3 + 4i(故 |z| = 5)與 w = -1(故 |w| = 1):z + w = 2 + 4i,其 |z + w| = sqrt(20),約 4.47。確實 4.47 <= 5 + 1 = 6,且 4.47 >= |5 - 1| = 4。兩個界都成立。
箭頭之和:第三邊永不超過另兩邊之和——也永不低於它們之差。
它界定的是「和」的模,而非「積」的模:對乘積,你得到的反而是精確的等式 |z w| = |z| |w|。把加法的界與乘法的等式混為一談,是常見的失誤。
又称
另见