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! T+ O2 F3 h: i) l+ `在讲內积空间之前,先提一下线性空间,这是內积空间的基础,也是我们学习任何一门理科所必备的常识。" f, D. c+ f% ]7 i4 F
: ^" [* Z# n0 Z, u/ j& s线性空间介绍:2 x, A5 L0 z4 W% K4 n' s7 l: W
6 k, b" Q. x1 X0 \$ z
向量空间亦称向量空间。它是线性代数的中心内容和基本概念之一。设V是一个非空集合,P是一个域。若:
: y% D4 \) s/ ~0 ^6 L/ k3 [* |4 W1 e' B; } C# ^: p
1.在V中定义了一种运算,称为加法,即对V中任意两个元素α与β都按某一法则对应于V内惟一确定的一个元素α+β,称为α与β的和。 D+ b2 t4 D: o
2.在P与V的元素间定义了一种运算,称为纯量乘法(亦称数量乘法),即对V中任意元素α和P中任意元素k,都按某一法则对应V内惟一确定的一个元素kα,称为k与α的积。
. Y6 r9 F# o. D0 {3.加法与纯量乘法满足以下条件:) c* v5 L; f/ l( V$ w8 i
1) α+β=β+α,对任意α,β∈V.
! m, d- I( x5 G, |2) α+(β+γ)=(α+β)+γ,对任意α,β,γ∈V.( Z- [; O* O5 z/ ]2 S! T
3) 存在一个元素0∈V,对一切α∈V有α+0=α,元素0称为V的零元.
' ?8 q. ]2 \0 C4) 对任一α∈V,都存在β∈V使α+β=0,β称为α的负元素,记为-α.$ q _6 Q3 e( U X, K; k1 g
5) 对P中单位元1,有1α=α(α∈V).: C* B; g* F( }3 m# z
6) 对任意k,l∈P,α∈V有(kl)α=k(lα).
9 P/ Y" J4 G# u" T' Y: L7) 对任意k,l∈P,α∈V有(k+l)α=kα+lα.8 x* ^3 s+ [4 E) p
8) 对任意k∈P,α,β∈V有k(α+β)=kα+kβ," {( @* r5 ^) ?, y, f
则称V为域P上的一个线性空间,或向量空间。V中元素称为向量,V的零元称为零向量,P称为线性空间的基域.当P是实数域时,V称为实线性空间.当P是复数域时,V称为复线性空间。/ o( p& @& j# Y$ {# |; @. \
各个版本大同小异,都是一个意思,这里就选百度百科上的描述吧。1 R# ^6 q0 u" o8 p* B
! a" H' S* ?! ^1 \
————————————————————————————————————————————————————8 y+ A) x. B+ f8 j% L
- S( [7 T7 k' m/ B2 ^0 a+ i
內积空间:
& F- {6 |* m* n. |5 b5 c6 w: ]
, H1 z# f6 O5 J6 ]
% c- N: O$ F7 I% j& Q# l" ^, E5 [& B8 U% c
也就是说在线性空间上装配上內积,线性空间也就成了內积空间了,內积是什么东西?
) A0 Y' e( V- K
# P( d& Q' m7 i& v5 Z內积是一种运算,将线性空间中的两个元素映射成一个元素,即二元映射为一元,且这种运算满足所谓的內积公理,则这种运算才能称为內积。5 O% D) `, J b/ a
. B, u, \+ `- p- u9 {5 P9 |
內积对第二变元具有共轭线性性质,要记住,区分內积对第一变元和第二变元不同的运算规则。2 K4 g% f. E% I
& R8 o1 ^: a1 a下面列出一些常用的內积:" X# y- ]0 s6 T' W$ i
2 N. `, l. P2 z1 ~
4 ]% w- x/ e P: p: d1 |* Z
& [- P6 Q) B/ d3 u
的意思是在区间[a,b]上平方可积的全体函数。' b3 A5 M+ }4 ~; N8 E3 X
7 _5 W& j# z" ~" K1 ^$ ]0 Q0 B
————————————————————————————————————————————————————
( W! y N: Y3 i2 F
$ f: Q5 M; i; i內积空间中的柯西—施瓦兹不等式:
2 s: \6 t; |4 t0 `! q- U
/ p1 E7 x7 T, ~8 d5 _! q
' B e) Y; Y+ l7 @9 V6 ~6 A
% i; j; P% ?; f' O, q q由于
$ R" u0 O i5 m l6 t/ p6 \5 N* t- X8 [
6 \6 q6 W4 E- H7 V5 O% D
故上面的Cauchy_Schwarz不等式可以写成:: c; i" `9 J; J' @. s6 |
' c7 R0 Z( O8 p
) u* T/ N2 q& M4 r- I- l5 n
}0 L7 r7 P' ~( W0 Y" Y* U
介绍这个不等式的目的如下,就是证明由內积诱导(定义)的范数是否满足范数公理,如果满足,这范数可以由內积来诱导。7 n( A8 X' Y Y. E* |0 o
) k3 S) P/ L9 [8 k* R/ y/ G
问题如下:
# S6 R+ ~- L1 F% Y. R: |+ P; X- z7 |
" {7 N+ z9 Z/ g6 b7 O
9 w- A0 ]1 r- S( J; ?) L证明:1 G! ^& V% p; f4 _6 Q F
. h6 C% Q4 J: C
_3 i# w/ Y5 E
7 }6 {) S @! S4 b4 @! b+ c* e% b; ^
. c$ N3 V0 F# u }/ r! P6 a* O
$ {2 A+ @! k) j4 b7 L& u# @既然知道由內积可以诱导范数,那么下面的公式自然不难验证了:6 H5 J1 T8 C6 b! a
* V& P7 A5 z6 M9 C- B2 B/ H) S; v% V- h
0 @3 E7 f U! G! a# o2 n
% }# r; s1 [, Q9 ~左边由內积表示出来,然后经过一系列的化简,即可得到右边的式子。0 e' d' |" e* M# D
$ v b5 K; M' [- E9 a. f
废话不多说,直接上图:
/ p8 A; P: p; q0 K$ F' O$ s
3 a0 m+ I' B5 Z$ r3 {/ @
/ }( m' m+ K6 L, q S1 V6 Q d) r
% N: V. C$ V) N- F. |6 ?
就到这里吧! ~% o" ^: `5 E ]/ o$ v
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