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

 

Nechť    označuje skalární součin dvou vektorů z nějakého lineárního vektorového prostoru. Pak platí

 

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


 

jednoduchým algebraickým výpočtem


Předchozí     Následující