4.5.7 Relace neurčitosti - podrobné odvození
Střední kvadratické fluktuace veličin A a B, reprezentovaných v kvantové mechanice samosdruženými operátory a počítáme ve stavu popsaném normalizovanou vlnovou funkcí pomocí definičních vztahů
a
Zavedeme-li nové samosdružené operátory a můžeme uvedené formule přepsat do tvaru
a
kde a a pro součin středních kvadratických fluktuací psát
Podle Cauchyho-Buňakovského nerovnosti však platí
a tedy též
Vrátíme-li se zpět k vlnové funkci a operátorům a je možno poslední formuli přepsat do tvaru
a dále též pomocí komutátoru a antikomutátoru operátorů a užijeme-li
do tvaru
Vzhledem k samosdruženosti operátorů a je ovšem možno ukázat, že je reálné a ryze imaginární číslo. Z trojúhelníkové nerovnosti pro komplexní čísla je proto zřejmé, že platí
a tedy též
Jednoduchým algebraickým výpočtem se snadno přesvědčíme, že
a dospějeme tak ke kýžené formuli
Cauchyho-Buňakovského nerovnost
Důkaz:
Je-li některý z vektorů či nulový, je uvedená nerovnost vzhledem k axiomům skalárního součinu splněna automaticky. Přechází totiž na triviální nerovnost Je proto nezbytné provést důkaz jen pro případ, kdy jsou oba vektory nenulové. Pak ovšem můžeme zavést nový, pomocný vektor
kde
Vzhledem k vlastnostem skalárního součinu vidíme, že platí (hvězdičkou označujeme komplexní sdružení)
Protože však platí i nerovnost