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第5章向量与矩阵范数5.1向量范数则称为向量α的范数。且满足条件:定义5.1
设是数域上的线性空间,如果对于任意的向量1、向量范数公理
定理5.1
向量范数具有下列性质:(1)(2)(3)证明:(1)与(2)显然成立。(3)由范数的三角不等式,可得综合二式即得若以代入上式,可得到例5.1
(1-范数)设为中任一向量,规定,证明:中的一种向量范数,这个范数称为向量的1-范数,记作证明:
(1)当时,则不全为零,所以当时,必有所以(2)
(3)证毕例5.2
(2-范数)设为中任一向量,规定证明:中的一种向量范数,这个范数称为向量的2-范数,记作证明:
(1)当时,则不全为零,所以当时,必有所以(2)
(3)证毕引理5.1
(Hölder不等式)对任意其中例5.3
(p-范数)设为中任一向量,规定证明:中的一种向量范数,这个范数称为向量的p-范数,记作证明:下面只证三角不等式性质故证毕例5.4(
-范数)为中任一向量,规定证明:中的一种向量范数,这个范数称为向量的
-范数,记作证明:下面只证三角不等式性质证毕定理5.2
设
为中任一向量,则证明:当时,结论成立。设,又设则有证毕例5.5
设是中的一种向量范数,给定矩阵,对于中的向量,规定则也是中的一种向量范数。证明:
(1)当时,则所以,由列满秩性所以(2)(3)由范数的三角不等式,可得证毕2、向量范数的等价性定义5.2
若
和是有限维线性空间中任意两种向量范数,如果存在着使得对于一切则称范数
和
是等价的定理5.3
有限维线性空间中任意两种向量范数都等价。证明:取定维线性空间的一个基令则是坐标的连续函数,因为则是坐标的连续函数设
和是有限维线性空间中的任意两种向量范数当时,则结论显然成立。有的连续函数,所以也是坐标的连续函数。考虑单位球面因为是有界闭集,是上的连续函数,在上取得最大值与最小值本节小结01020
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