Jump to content

Полунорма

(Перенаправлено из Seminormed space )

В математике , особенно в функциональном анализе , полунорма — это норма , которая не обязательно должна быть положительно определенной . Полунормы тесно связаны с выпуклыми множествами : каждая полунорма является функционалом Минковского некоторого поглощающего диска и, наоборот, функционал Минковского любого такого множества является полунормой.

Топологическое векторное пространство является локально выпуклым тогда и только тогда, когда его топология индуцирована семейством полунорм.

Определение

[ редактировать ]

Позволять быть векторным пространством над действительными числами или комплексные числа функция Действительнозначная называется полунормой, если она удовлетворяет следующим двум условиям:

  1. Субаддитивность [1] / Неравенство треугольника : для всех
  2. Абсолютная однородность : [1] для всех и все скаляры

Эти два условия подразумевают, что [доказательство 1] и что каждая полунорма также имеет следующее свойство: [доказательство 2]

  1. Неотрицательность : [1] для всех

Некоторые авторы включают неотрицательность в определение «полунормы» (а иногда и «нормы»), хотя в этом нет необходимости, поскольку она следует из двух других свойств.

определению норма По является полунормой, которая также разделяет точки, а это значит, что она обладает следующим дополнительным свойством:

  1. Положительно определенный / Положительный [1] / Разделение точек : всякий раз, когда удовлетворяет затем

А полунормированное пространство — это пара состоящий из векторного пространства и полунорма на Если полунорма также является нормой, то полунормированное пространство называется нормированным пространством .

Поскольку абсолютная однородность подразумевает положительную однородность, каждая полунорма представляет собой тип функции, называемой сублинейной функцией . Карта называется сублинейной функцией, если она субаддитивна и положительно однородна . В отличие от полунормы, сублинейная функция не обязательно неотрицательна. Сублинейные функции часто встречаются в контексте теоремы Хана-Банаха . Действительнозначная функция является полунормой тогда и только тогда, когда это сублинейная и сбалансированная функция .

  • Тривиальная полунорма на что относится к константе карта на индуцирует недискретную топологию на
  • Позволять быть мерой пространства . Для произвольной константы , позволять быть набором всех функций для чего существует и конечен. Можно показать, что является векторным пространством, а функционал является полунормой по . Однако это не всегда является нормой (например, если и является мерой Лебега ), поскольку не всегда подразумевает . Сделать норма, частное замкнутым подпространством функций с . пространство Получившееся , , имеет норму, индуцированную .
  • Если любая линейная форма в векторном пространстве, то ее абсолютное значение определяется является полунормой.
  • функция Сублинейная в реальном векторном пространстве является полунормой тогда и только тогда, когда это симметричная функция , а это означает, что для всех
  • Каждая вещественная сублинейная функция в реальном векторном пространстве вызывает полунорму определяется [2]
  • Любая конечная сумма полунорм является полунормой. Ограничение полунормы (соответственно нормы) на векторное подпространство снова является полунормой (соответственно нормой).
  • Если и являются полунормами (соответственно нормами) на и тогда карта определяется является полунормой (соответственно нормой) на В частности, карты на определяется и обе полунормы на
  • Если и являются полунормами по тогда тоже [3] и где и [4]
  • Пространство полунорм на вообще не является дистрибутивной решеткой по отношению к указанным выше операциям. Например, более , таковы, что пока
  • Если является линейной картой и является полунормой по затем является полунормой по Полунорма будет нормой для тогда и только тогда, когда является инъективным, а ограничение это норма для

Функционалы и полунормы Минковского.

[ редактировать ]

Полунормы в векторном пространстве тесно связаны через функционалы Минковского с подмножествами которые являются выпуклыми , сбалансированными и поглощающими . Учитывая такое подмножество из функционал Минковского является полунормой. Обратно, учитывая полунорму на наборы и являются выпуклыми, уравновешенными и поглощающими, и, кроме того, функционал Минковского этих двух множеств (как и любого множества, лежащего «между ними») равен [5]

Алгебраические свойства

[ редактировать ]

Каждая полунорма является сублинейной функцией и, таким образом, удовлетворяет всем свойствам сублинейной функции , включая выпуклость , и для всех векторов :обратное неравенство треугольника : [2] [6] а также и [2] [6]

Для любого вектора и позитив настоящий [7] и более того, представляет поглощающий диск собой [3]

Если является сублинейной функцией в действительном векторном пространстве. то существует линейный функционал на такой, что [6] и более того, для любого линейного функционала на на тогда и только тогда, когда [6]

Другие свойства полунорм

Каждая полунорма является сбалансированной функцией . Полунорма это норма для тогда и только тогда, когда не содержит нетривиального векторного подпространства.

Если является полунормой по затем является векторным подпространством и для каждого постоянно на множестве и равен [доказательство 3]

Более того, для любого реального [3]

Если это набор, удовлетворяющий затем поглощает и где обозначает функционал Минковского, связанный с (то есть калибр ). [5] В частности, если как указано выше и есть ли полунорма на затем тогда и только тогда, когда [5]

Если является нормированным пространством и затем для всех в интервале [8]

Каждая норма является выпуклой функцией , и, следовательно, найти глобальный максимум целевой функции , основанной на норме , иногда легко.

Связь с другими нормоподобными концепциями

[ редактировать ]

Позволять быть неотрицательной функцией. Следующие действия эквивалентны:

  1. является полунормой.
  2. является выпуклым - полунорма .
  3. является выпуклой сбалансированной G -полунормой . [9]

Если какое-либо из вышеперечисленных условий выполняется, то следующие условия эквивалентны:

  1. это норма;
  2. не содержит нетривиального векторного подпространства. [10]
  3. Существует норма о относительно которого, ограничен.

Если является сублинейной функцией в действительном векторном пространстве. то следующие условия эквивалентны: [6]

  1. линейный функционал ;
  2. ;
  3. ;

Неравенства с полунормами

[ редактировать ]

Если являются полунормами по затем:

  • тогда и только тогда, когда подразумевает [11]
  • Если и таковы, что подразумевает затем для всех [12]
  • Предполагать и являются положительными действительными числами и являются полунормами по такой, что для каждого если затем Затем [10]
  • Если представляет собой векторное пространство над действительными числами и является ненулевым линейным функционалом на затем тогда и только тогда, когда [11]

Если является полунормой по и является линейным функционалом от затем:

  • на тогда и только тогда, когда на (доказательство см. в сноске). [13] [14]
  • на тогда и только тогда, когда [6] [11]
  • Если и таковы, что подразумевает затем для всех [12]

Теорема Хана–Банаха для полунорм

[ редактировать ]

Полунормы предлагают особенно четкую формулировку теоремы Хана – Банаха :

Если является векторным подпространством полунормированного пространства и если является непрерывным линейным функционалом на затем может быть продолжено до непрерывного линейного функционала на имеет ту же норму, что и [15]

Аналогичное свойство расширения справедливо и для полунорм:

Теорема [16] [12]  (Расширение полунорм) Если является векторным подпространством является полунормой по и является полунормой по такой, что тогда существует полунорма на такой, что и

Доказательство : Пусть быть выпуклой оболочкой Затем представляет поглощающий диск собой и поэтому функционал Минковского из является полунормой по Эта полунорма удовлетворяет на и на

Топологии полунормированных пространств.

[ редактировать ]

Псевдометрика и индуцированная топология

[ редактировать ]

Полунорма на порождает топологию, называемую топологией, индуцированной полунормой , через каноническую трансляционно-инвариантную псевдометрику ; Эта топология хаусдорфова тогда и только тогда, когда является метрикой, которая возникает тогда и только тогда, когда это норма . [4] Эта топология делает в локально выпуклое псевдометризуемое топологическое векторное пространство , имеющее ограниченную окрестность начала координат и базис окрестностей в начале координат, состоящий из следующих открытых шаров (или замкнутых шаров) с центром в начале координат: как колеблется в пределах положительных реалов. Каждое полунормированное пространство следует считать наделенным этой топологией, если не указано иное. Топологическое векторное пространство, топология которого индуцирована некоторой полунормой, называется полунормируемым .

Эквивалентно, каждое векторное пространство с полунормой индуцирует фактор векторного пространства где является подпространством состоящий из всех векторов с Затем несет в себе норму, определенную Результирующая топология, возвращенная к это именно топология, индуцированная

Любая топология, индуцированная полунормой, делает локально выпуклая следующим образом. Если является полунормой по и позвонить на съемочную площадку открытый шар радиуса о происхождении ; аналогично закрытый шар радиуса является Набор всех открытых (соответственно закрытых) -шары в начале координат образуют базис окрестности выпуклых сбалансированных множеств, открытых (соответственно закрытых) в -топология на

Более сильные, слабые и эквивалентные полунормы

[ редактировать ]

Понятия более сильных и более слабых полунорм родственны понятиям более сильных и более слабых норм . Если и являются полунормами по тогда мы говорим это сильнее , чем и это слабее , чем если выполняется любое из следующих эквивалентных условий:

  1. Топология на вызванный тоньше, чем топология, индуцированная
  2. Если представляет собой последовательность в затем в подразумевает в [4]
  3. Если это сеть в затем в подразумевает в
  4. ограничен [4]
  5. Если затем для всех [4]
  6. Существует настоящий такой, что на [4]

Полунормы и называются эквивалентными, если они оба слабее (или оба сильнее) друг друга. Это происходит, если они удовлетворяют любому из следующих условий:

  1. Топология на вызванный то же самое, что топология, индуцированная
  2. сильнее, чем и сильнее, чем [4]
  3. Если представляет собой последовательность в затем тогда и только тогда, когда
  4. Существуют положительные действительные числа и такой, что

Нормируемость и полунормируемость

[ редактировать ]

Топологическое векторное пространство (ТВП) называется полунормируемое пространство (соответственно нормируемое пространство ), если его топология индуцирована одной полунормой (соответственно одной нормой). TVS нормируемо тогда и только тогда, когда оно полунормируемо и хаусдорфово, или, что то же самое, тогда и только тогда, когда оно полунормируемо и T 1 (поскольку TVS является хаусдорфовым тогда и только тогда, когда оно является T 1 пространством ). А локально ограниченное топологическое векторное пространство — это топологическое векторное пространство, обладающее ограниченной окрестностью начала координат.

Нормируемость топологических векторных пространств характеризуется критерием нормируемости Колмогорова . ТВС полунормируема тогда и только тогда, когда она имеет выпуклую ограниченную окрестность начала координат. [17] Таким образом, локально выпуклая ТВС полунормируема тогда и только тогда, когда она имеет непустое ограниченное открытое множество. [18] TVS нормируемо тогда и только тогда, когда оно является T 1 пространством и допускает ограниченную выпуклую окрестность начала координат.

Если является хаусдорфовой локально выпуклой TVS, то следующие условия эквивалентны:

  1. это нормально.
  2. является полунормируемым.
  3. имеет ограниченную окрестность начала координат.
  4. Сильный дуал из это нормально. [19]
  5. Сильный дуал из является метризуемым . [19]

Более того, конечномерно тогда и только тогда, когда является нормальным (здесь обозначает наделен топологиейweak- * ).

Произведение бесконечного числа полунормируемых пространств снова полунормируемо тогда и только тогда, когда все эти пространства, кроме конечного числа, тривиальны (т. е. 0-мерны). [18]

Топологические свойства

[ редактировать ]
  • Если это ТВС и является непрерывной полунормой на затем закрытие в равно [3]
  • Закрытие в локально выпуклом пространстве топология которого определяется семейством непрерывных полунорм равно [11]
  • Подмножество в полунормированном пространстве ограничен когда тогда и только тогда, ограничен. [20]
  • Если является полунормированным пространством, то локально выпуклая топология, которая вызывает делает в псевдометризуемую ТВС с канонической псевдометрикой, заданной формулой для всех [21]
  • Произведение бесконечного числа полунормируемых пространств снова полунормируемо тогда и только тогда, когда все эти пространства, кроме конечного числа, тривиальны (т. е. 0-мерны). [18]

Преемственность полунорм

[ редактировать ]

Если является полунормой в топологическом векторном пространстве то следующие условия эквивалентны: [5]

  1. является непрерывным.
  2. является непрерывным в 0; [3]
  3. открыт в ; [3]
  4. является закрытой окрестностью 0 в ; [3]
  5. равномерно непрерывен на ; [3]
  6. Существует непрерывная полунорма на такой, что [3]

В частности, если является полунормированным пространством, то полунорма на непрерывно тогда и только тогда, когда преобладает положительное скалярное кратное [3]

Если это настоящий ТВС, является линейным функционалом от и является непрерывной полунормой (или, в более общем смысле, сублинейной функцией) на затем на подразумевает, что является непрерывным. [6]

Непрерывность линейных карт

[ редактировать ]

Если является отображением полунормированных пространств, тогда пусть [15]

Если является линейным отображением полунормированных пространств, то следующие условия эквивалентны:

  1. является непрерывным;
  2. ; [15]
  3. Существует настоящий такой, что ; [15]
    • В этом случае,

Если является непрерывным, тогда для всех [15]

Пространство всех непрерывных линейных отображений между полунормированными пространствами само по себе является полунормированным пространством относительно полунормы Эта полунорма является нормой, если это норма. [15]

Обобщения

[ редактировать ]

Понятие нормы в композиционных алгебрах не обладает обычными свойствами нормы.

Композиционная алгебра состоит из алгебры над полем инволюция и квадратичная форма что называется «норма». В нескольких случаях является изотропной квадратичной формой, так что имеет хотя бы один нулевой вектор , что противоречит разделению точек, требуемому для обычной нормы, обсуждаемой в этой статье.

Ультрасеминорма . или неархимедова полунорма - это полунорма это также удовлетворяет

Ослабление субаддитивности: квазиполунормы

Карта называется квазиполунормой, если она (абсолютно) однородна и существует некоторая такой, что Наименьшее значение для которого это справедливо, называется множителем

Квазиполунорма, разделяющая точки, называется квазинормой на

Ослабление однородности - -полунормы

Карта называется -семинорма, если она субаддитивна и существует такой, что и для всех и скаляры А -полунорма, разделяющая точки, называется -норма включена

Мы имеем следующую связь между квазиполунормами и -полунормы:

Предположим, что является квазиполунормой в векторном пространстве с множителем Если тогда существует -полунорма на эквивалентно

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]

Доказательства

  1. ^ Если обозначает нулевой вектор в пока обозначим нулевой скаляр, то из абсолютной однородности следует, что
  2. ^ Предположим является полунормой и пусть Тогда из абсолютной однородности следует Неравенство треугольника теперь означает Потому что был произвольным вектором в отсюда следует, что что подразумевает, что (путем вычитания с обеих сторон). Таким образом что подразумевает (путем умножения на ).
  3. ^ Пусть и Осталось показать, что Из неравенства треугольника следует С по желанию.
  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Кубруслый 2011 , с. 200.
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 120–121.
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 116–128.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Виланский, 2013 , стр. 15–21.
  5. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Шефер и Вольф 1999 , с. 40.
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 177–220.
  7. ^ Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 116–128.
  8. ^ Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 107–113.
  9. ^ Шехтер 1996 , с. 691.
  10. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Наричи и Бекенштейн 2011 , с. 149.
  11. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 149–153.
  12. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Виланский, 2013 , стр. 18–21.
  13. ^ Очевидно, если является реальным векторным пространством. Для нетривиального направления предположим, что на и пусть Позволять и быть действительными числами такими, что Затем
  14. ^ Вилански 2013 , с. 20.
  15. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Виланский, 2013 , стр. 21–26.
  16. ^ Наричи и Бекенштейн 2011 , стр. 150.
  17. ^ Виланский 2013 , стр. 50–51.
  18. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 156–175.
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Тревес 2006 , стр. 136–149, 195–201, 240–252, 335–390, 420–433.
  20. ^ Виланский 2013 , стр. 49–50.
  21. ^ Наричи и Бекенштейн 2011 , стр. 115–154.
  • Адаш, Норберт; Эрнст, Бруно; Кейм, Дитер (1978). Топологические векторные пространства: теория без условий выпуклости . Конспект лекций по математике. Том. 639. Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN  978-3-540-08662-8 . OCLC   297140003 .
  • Бербериан, Стерлинг К. (1974). Лекции по функциональному анализу и теории операторов . Тексты для аспирантов по математике. Том. 15. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-0-387-90081-0 . ОСЛК   878109401 .
  • Бурбаки, Николя (1987) [1981]. Топологические векторные пространства: главы 1–5 . Элементы математики . Перевод Эгглстона, Х.Г.; Мадан, Южный Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  3-540-13627-4 . OCLC   17499190 .
  • Конвей, Джон (1990). Курс функционального анализа . Тексты для аспирантов по математике . Том. 96 (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN  978-0-387-97245-9 . OCLC   21195908 .
  • Эдвардс, Роберт Э. (1995). Функциональный анализ: теория и приложения . Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN  978-0-486-68143-6 . ОСЛК   30593138 .
  • Гротендик, Александр (1973). Топологические векторные пространства . Перевод Чалджуба, Орландо. Нью-Йорк: Издательство Gordon and Breach Science. ISBN  978-0-677-30020-7 . OCLC   886098 .
  • Ярхов, Ганс (1981). Локально выпуклые пространства . Штутгарт: Б. Г. Тойбнер. ISBN  978-3-519-02224-4 . ОСЛК   8210342 .
  • Халилулла, С.М. (1982). Контрпримеры в топологических векторных пространствах . Конспект лекций по математике . Том. 936. Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN  978-3-540-11565-6 . OCLC   8588370 .
  • Кете, Готфрид (1983) [1969]. Топологические векторные пространства I. Основные принципы математических наук. Том 159. Перевод Гарлинга, DJH Нью-Йорк: Springer Science & Business Media. ISBN  978-3-642-64988-2 . МР   0248498 . OCLC   840293704 .
  • Кубрусли, Карлос С. (2011). Элементы теории операторов (второе изд.). Бостон: Биркхойзер . ISBN  978-0-8176-4998-2 . OCLC   710154895 .
  • Наричи, Лоуренс; Бекенштейн, Эдвард (2011). Топологические векторные пространства . Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  978-1584888666 . OCLC   144216834 .
  • Пруговечки, Эдуард (1981). Квантовая механика в гильбертовом пространстве (2-е изд.). Академическая пресса. п. 20. ISBN  0-12-566060-Х .
  • Шефер, Хельмут Х .; Вольф, Манфред П. (1999). Топологические векторные пространства . ГТМ . Том. 8 (Второе изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York Выходные данные Springer. ISBN  978-1-4612-7155-0 . OCLC   840278135 .
  • Шехтер, Эрик (1996). Справочник по анализу и его основам . Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN  978-0-12-622760-4 . OCLC   175294365 .
  • Шварц, Чарльз (1992). Введение в функциональный анализ . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN  978-0-8247-8643-4 . ОСЛК   24909067 .
  • Тревес, Франсуа (2006) [1967]. Топологические векторные пространства, распределения и ядра . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN  978-0-486-45352-1 . OCLC   853623322 .
  • Вилански, Альберт (2013). Современные методы в топологических векторных пространствах . Минеола, Нью-Йорк: ISBN Dover Publications, Inc.  978-0-486-49353-4 . OCLC   849801114 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f6a1655ef9e3a49c9c89b374ac2060d4__1718291460
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f6/d4/f6a1655ef9e3a49c9c89b374ac2060d4.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Seminorm - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)