It is well known that the traditional Jensen inequality is proved by lower bounding the given convex function, $f(x)$, by the tangential affine function that passes through the point $(E\{X\},f(E\{X\}))$, where $E\{X\}$ is the expectation of the random variable $X$. While this tangential affine function yields the tightest lower bound among all lower bounds induced by affine functions that are tangential to $f$, it turns out that when the function $f$ is just part of a more complicated expression whose expectation is to be bounded, the tightest lower bound might belong to a tangential affine function that passes through a point different than $(E\{X\},f(E\{X\}))$. In this paper, we take advantage of this observation, by optimizing the point of tangency with regard to the specific given expression, in a variety of cases, and thereby derive several families of inequalities, henceforth referred to as ``Jensen-like'' inequalities, which are new to the best knowledge of the author. The degree of tightness and the potential usefulness of these inequalities is demonstrated in several application examples related to information theory.


翻译:已知传统的Jensen不等式通过将凸函数 $f(x)$ 下界限制在过点 $(E\{X\},f(E\{X\}))$ 的切线函数上来证明,其中$E\{X\}$是随机变量$X$的期望。虽然这条切线函数是所有切于 $f$ 的切线函数中最紧的下界,但是当函数 $f$ 只是一组更复杂表达式的一部分时,最紧的下界可能属于一个沿着$x$轴上一点不同于$(E\{X\},f(E\{X\}))$的切线函数。在本文中,我们利用这一观察结果,在多种情况下通过优化切点来导出一些不等式,称为“类Jensen不等式”,这对作者来说是全新的。这些不等式的紧密程度和潜在的实用性在几个与信息论相关的应用示例中得到了证明。

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