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* r: P9 P, |: ~% e! ~0 Z+ b: ~6 J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。
1 o) _# ^+ c5 k4 q
0 s! S$ Y4 E h/ _3 ~线性空间介绍:9 X$ q# Y. C$ W! @1 }6 E* D
7 s: `/ m! Z$ `. p% \
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:$ G; T7 p1 ~: u9 ~
. I% b1 t+ [1 m* F
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。
. B( G- j9 E) |/ |/ j9 ]: H2.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。
& x2 x' F% a- V' e7 A8 f& M3.加法与纯量乘法满足以下条件:
# z+ f# f% H/ G: L: M1) α+β=β+α,对任意α,β∈V.4 L- y( ^; G, }+ R% _
2) α+(β+γ)=(α+β)+γ,对任意α,β,γ∈V.
/ b# N) Z( J% M) \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.
7 J' ?! L8 d* K+ q& X4) 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.2 R3 q9 f, K" D0 ]
5) 对P中单位元1,有1α=α(α∈V).; G2 P3 ^; b. \8 a. P
6) 对任意k,l∈P,α∈V有(kl)α=k(lα).& ]1 m8 N1 U; n) T4 O% H
7) 对任意k,l∈P,α∈V有(k+l)α=kα+lα.: _) N4 } `8 h& i, N S
8) 对任意k∈P,α,β∈V有k(α+β)=kα+kβ,$ n2 d V- A/ |- 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。
/ Q3 m8 [5 }: G2 x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。8 Y, v: M; r+ @- y- ?1 k( ]
3 e* Y, r2 ^( F/ F" G
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# V+ T& |$ N& \+ J5 {/ w) p, B4 M) W% h! J" _# E
內积空间:
/ k/ E9 v) v" A4 n' @3 s! O8 |* X, k D
' M$ m; [7 R8 Y" W+ L
( f* |2 g+ Z% Y/ _# o' e+ n
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?
8 O1 O1 [2 R/ H$ ?' u S) f% g0 F1 Q% z8 {' H
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。/ r5 A, c' L) M9 _ \. G& q. l% m
6 V. y7 E+ g+ ?( U6 o% v: e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。: h- j! d- [. R2 O
3 [' H) p c2 [7 z6 z下面列出一些常用的內积:4 {) ^* n5 ]' t8 q
3 L/ u' M7 Q6 s
9 J7 Z1 O3 Z0 {8 z8 X/ \( S3 g
2 o8 J. ^9 J% l
的意思是在区间[a,b]上平方可积的全体函数。7 _5 c0 G( \& O0 W9 V7 |' a
2 y3 X+ h; Z8 P2 y- [" s% Z————————————————————————————————————————————————————! h1 s% a; j: I- G6 U. `
6 Q; N( V1 U* d8 @* J. @/ `內积空间中的柯西—施瓦兹不等式:
. b! ]3 N/ e- r* U% b
3 J2 }" Z, ]) T2 z, b* f! h
5 S0 _3 I `$ n+ }, H$ `2 R" e' L/ j
由于
1 n: n- Z' d8 I9 h5 b6 s7 q4 ~& z/ y$ }2 I
故上面的Cauchy_Schwarz不等式可以写成:. _4 {! a" Z/ d& B
Z" S9 X6 A1 O* Q2 A- G& l
: {' D5 h- H: O$ L) _% s/ ^; U
. r' Q" U+ G4 t, D5 z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。* E2 c# \6 ~, W- b( _ `+ _4 {9 r9 q
+ s5 ^4 n* s, j, q' D问题如下:
' r3 _9 ~3 b4 D$ Y7 d7 r
7 h/ v, m8 n3 z/ h
% w7 [% V! K9 z# C) b/ v( C0 {" J7 @: |" L8 m3 J
证明:
% F! ? |, c {& m3 |7 @% v: ?1 [3 q
( c F! \7 p3 ~% r; B8 N2 }
! }- ?4 O4 r& [# E
]. K" w! i: S9 [0 z9 A) V, H
2 d0 g. v/ ~2 s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:3 F; {/ m0 |6 M" L+ p. [
2 \+ Q; k' v% q$ ~
, B. q6 R" }! j- n, n7 i" J) Y' |
! S$ ]5 A% W' R0 s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。. e {- v) d) P8 v0 S# y7 j
0 V& T' z% Z1 c0 l
废话不多说,直接上图:
5 Z6 M8 w' ?' r1 P. P
% c7 I. H% ]; Y2 P3 g9 y3 f4 }0 o
( v/ n7 L7 } o) D" W- F, Q
8 x5 Q1 a- @/ M: _/ H& c; m9 `就到这里吧
0 @1 y r. g& U |
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