Э-э, не так всё простенько. Чтоб доказать, потребуется теоремка Вейерштрассика хоть в каком вариантике.
Да, воистину, чего-то мне тоже сейчас без нее не удалось нижнюю оценку получить.
g-a-m-m-a, кстати, в Вашем случае упомянутая теорема следует хотя бы из того, что можно матрицу

привести к диагональному виду и посмотреть на максимальное и минимальное собственное значение.
патологически эквивалентны
Тоже верно

. А вообще нас так и учили: "в топологии много патологой" [по сравнению с метрическими пространствами, скажем].