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Banach 空間

大四 · 拓樸

觀念

xy1O‖x‖₁ = 1‖x‖₂ = 1‖x‖∞ = 1

泛函分析把向量空間、範數、完備性合在一起:Banach 空間是完備的賦範空間(1≤p≤∞1\le p\le\infty 的 ℓp\ell^p、LpL^p,配上確界範數的連續函數空間 C[a,b]C[a,b]),Hilbert 空間是完備的內積空間(ℓ2\ell^2、L2L^2),有正交投影與正交基底——Fourier 級數就是 L2L^2 的正交展開。

線性代數的有限維直覺在無窮維多半要修正(單位球不緊緻、線性算子不一定連續),Hahn–Banach、開映射、一致有界三大定理是這門課的支柱。量子力學的態空間、訊號處理、偏微分方程的弱解理論都住在 Hilbert 空間裡。

例題

v=(−4,−4,−7)∈R3v = (-4, -4, -7)\in\mathbb{R}^3。求 ∥v∥∞\|v\|_\infty。

看解法與答案

∥v∥1=∑∣vk∣=15\|v\|_1 = \sum|v_k| = 15;∥v∥2=∑vk2=81=9\|v\|_2 = \sqrt{\sum v_k^2} = \sqrt{81} = 9;∥v∥∞=max⁡∣vk∣=7\|v\|_\infty = \max|v_k| = 7。

所求 ∥v∥∞=7\|v\|_\infty = 7。有限維空間的所有範數都等價(彼此夾得住),所以 Rn\mathbb{R}^n 在任何範數下都完備——無窮維才會出現差別。

答案: 77

用在哪裡

插畫

Banach 空間:情境插畫Banach 空間:例題插畫

學習路徑

先學會

互動練習在本機版

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