內积空间

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李锐博恩 发表于 2021/07/15 07:04:23 2021/07/15
【摘要】 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。 线性空间介绍:         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: 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...

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。

线性空间介绍:

        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:

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。  
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。
3.加法与纯量乘法满足以下条件:
1) α+β=β+α,对任意α,β∈V.
2) α+(β+γ)=(α+β)+γ,对任意α,β,γ∈V.
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.
4) 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.
5) 对P中单位元1,有1α=α(α∈V).
6) 对任意k,l∈P,α∈V有(kl)α=k(lα).
7) 对任意k,l∈P,α∈V有(k+l)α=kα+lα.
8) 对任意k∈P,α,β∈V有k(α+β)=kα+kβ,
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。

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。

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內积空间:


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?

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。

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。

下面列出一些常用的內积:


 的意思是在区间[a,b]上平方可积的全体函数。

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內积空间中的柯西—施瓦兹不等式:


由于 

故上面的Cauchy_Schwarz不等式可以写成:


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。

问题如下:


证明:



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:


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。

废话不多说,直接上图:


就到这里吧,下一篇看看正交分解以及正交投影:正交分解

文章来源: reborn.blog.csdn.net,作者:李锐博恩,版权归原作者所有,如需转载,请联系作者。

原文链接:reborn.blog.csdn.net/article/details/80925262

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