Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

OPREDELQET NORMU W X= . oTMETIM, ^TO OTOBRAVENIE k k OPREDELENO KORREKTNO, TO ESTX k (x)k NE ZAWISIT OT WYBORA PREDSTAWITELQ x IZ(x). dEJSTWITELXNO, PUSTX z | E]EODIN \LEMENT MNOVESTWA (x). tOGDA kx , zk = 0 I SLEDOWATELXNO,

kxk

= kx , z + zk kx , zk + kzk = kzk;

kzk

= kz , x + xk kz , xk + kxk = kxk:

oTOBRAVENIE k k UDOWLETWORQET TREBOWANI@ 148.1 (I): k (x)k = 0 ) kxk = 0 ) (x) = ( ):

sWOJSTWA (II) I (III) TAKVE, O^EWIDNO, WYPOLNQ@TSQ.

2. pROILL@STRIRUEM IZLOVENNU@ SHEMU NA HARAKTERNOM PRIMERE. pUSTX | NEWYROVDENNYJ J-IZMERIMYJ KOMPAKT W Rn. eSTESTWENNO RAS- PROSTRANITX NORMU k k1 (SM. 149.5) S PROSTRANSTWA C ( ) NA WEKTORNOE PROSTRANSTWO FUNKCIJ ABSOL@TNO INTEGRIRUEMYH PO rIMANU, WOZMOVNO, W NESOBSTWENNOM SMYSLE. oDNAKO NA \TOM WEKTORNOM PROSTRANSTWE FUNK- CIQ k k1 UVE NE QWLQETSQ NORMOJ. pRIMENQQ PROCEDURU FAKTORIZACII, MY PRIDEMK NORMIROWANNOMU PROSTRANSTWU (BUDEM OBOZNA^ATX EGO R1( )), \LEMENTAMI KOTOROGO QWLQ@TSQ KLASSY FUNKCIJ, ABSOL@TNO INTEGRIRU- EMYH PO rIMANU. pRI \TOM ESLI DWE FUNKCII f I g PRINADLEVAT ODNOMU

KLASSU

,

TO

Z jf(x),g(x)j dx = 0.

w ^ASTNOSTI

,

NULEM PROSTRANSTWA

R1( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TAKIH, ^TO Z j (x)j dx = 0: dO-

QWLQETSQ KLASS WSEH FUNKCIJ : ! C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1( )

PUSKAQ WOLXNOSTX, MY BUDEM GOWORITX OB \LEMENTAH PROSTRANSTWA

KAK O FUNKCIQH, POMNQ, ^TO NA DELE MY OPERIRUEM S PREDSTAWITELQMI

KLASSOW FUNKCIJ.

 

 

 

 

 

 

 

3. bOLEE OB]IM OBRAZOM, PUSTX | LOKALXNO J -IZMERIMOE PODMNO-

VESTWO

Rn I

R1 ( ) |

NORMIROWANNOE PROSTRANSTWO FUNKCIJ TO^NEE

,

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

KLASSOW FUNKCIJ), ABSOL@TNO INTEGRIRUEMYH PO rIMANU, WOZMOVNO W NE- SOBSTWENNOM SMYSLE, S NORMOJ kfk1 Z jf (x)j dx.

4. u P R A V N E N I E. pUSTX | LOKALXNO J-IZMERIMOE PODMNOVESTWO Rn I FUNKCIQ ABSOL@TNO INTEGRIRUEMA NA . tOGDA SLEDU@]IE USLOWIQ

\KWIWALENTNY: (i) (x) = 0 P.W., (ii) Z j (x)j dx = 0.

241

x151. tEOREMA O PLOTNOSTI

mY DOKAVEM WAVNU@ W TEHNI^ESKOM OTNO[ENII TEOREMU, POKAZYWA@-

]U@, ^TO PRI RAS[IRENII ESTESTWENNOJ OBLASTI OPREDELENIQ NORMY k k1

S PROSTRANSTWA

C( )

NA

R1 ( )

ISHODNOE PROSTRANSTWO OSTAETSQ PLOTNYM

W R1 ( ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

pUSTX

(

 

LOKALXNO

J -IZMERIMO. nOSITELEM

 

FUNKCII

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

f

 

! C (OBOZNA^AETSQ supp(f)) NAZOWEM ZAMYKANIE W

 

R

MNOVESTWA

f

x

2

 

j

f (x) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

g

 

 

C00( )

 

PROSTRANSTWO NEPRERYWNYH

 

FUNKCIJ

 

 

 

oBOZNA^IM

^EREZ

 

 

f

 

 

2

C( ), NOSITELI KOTORYH KOMPAKTNY I LEVAT W (WNUTRENNOSTI

). qSNO, ^TO C00( ) C0( ), GDE C0 ( ) OPREDELENO W 149.7. pRIWLEKAQ

TOPOLOGI^ESKOE PONQTIE PLOTNOSTI (95.5), PRIWEDEMOBE]ANNU@ TEOREMU.

n

 

2. pROSTRANSTWO C00( ) PLOTNO W R1( ) PO NORME k k1.

 

 

 

 

 

pRIWEDEMDOKAZATELXSTWO W GEOMETRI^ESKI NAGLQDNOM ^ASTNOM SLU^AE

= 1; = R, INTEGRAL

Z,1+1jf (x)j dx IMEET OSOBENNOSTI LI[X W TO^KAH

1

(DOKAZATELXSTWO OB]EGO SLU^AQ, PO SRAWNENI@ S RAZBIRAEMYM, NE WY-

ZYWAET ZATRUDNENIJ). iTAK, MY DOLVNY DLQ PROIZWOLXNOGO " > 0 SUMETX

PODOBRATX FUNKCI@ ' 2 C00 ( ) TAK, ^TOBY

Z,1+1jf(x) , '(x)j dx < ".

 

 

 

 

sNA^ALA WYBEREM N > 0 TAK, ^TOBY Z

jf(x)jdx < "=3 (\TO WOZMOVNO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jxj N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W SILU SHODIMOSTI INTEGRALA

Z,1+1jf (x)j dx). pOLOVIM g

 

[,N;N]

f ,

GDE [,N;N]

| HARAKTERISTI^ESKAQ FUNKCIQ OTREZKA [

N; N ] (SM. 1.10).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

fUNKCIQ g INTEGRIRUEMA PO rIMANU NA OTREZKE [,N; N ] I, SLEDOWATELXNO,

SU]ESTWUET RAZLOVENIE

(,N = x0 < x1 < : : : < xn = N )

TAKOE

,

^TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(x)dx

 

 

mi (xi

xi

1 ) < "=3; mi =

 

inf

 

g(x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jZ,N

 

, Xi=1

 

 

,

j

 

xi,1 x xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

pOLOVIM h =

mi [x

 

;x

] I ZAMETIM (rIS. 23), ^TO SU]ESTWUET '

 

 

 

 

 

 

 

 

iP=1

 

i,1

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C00( ) SO SWOJSTWOM Z,N j'(x), h(x)j dx < "=3; supp(') [,N; N]. fUNK-

242

CIQ ' ISKOMAQ:

Z

+

1jf (x)

 

'(x)j dx = Z ,

N

N

+

1

 

 

,

 

+ Z

N + ZN

 

 

,1

 

 

Z

,1

N,

 

 

 

 

 

 

 

=

 

jf (x)j dx + Z,N jf(x) , '(x)j dx

 

 

 

 

jxj N

N

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

3 + Z,N jg(x) , h(x)j dx + Z,N j'(x) , h(x)j dx < ":

>

x152. uNITARNYE PROSTRANSTWA

1. nA WEKTORNYE PROSTRANSTWA PERENOSITSQ PONQTIE SKALQRNOGO PRO- IZWEDENIQ W C n. nAPOMNIM (SM. 62.5), ^TO SKALQRNYM PROIZWEDENIEM WEK-

TOROW u = (u1; : : : ; un); v = (v1; : : : ; vn) IZ C n NAZYWAETSQ ^ISLO

h

u; v

i

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uivi . oTMETIM OSNOWNYE SWOJSTWA \TOGO SKALQRNOGO PROIZWEDENIQ:

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

hu; vi | LINEJNAQ FORMA PO u I ANTILINEJNAQ PO v, TO ESTX

 

 

(I)

 

 

 

 

 

h 1u1 + 2u2; vi =

 

1hu1; vi +

 

2hu2; vi;

 

 

 

 

 

 

hu; 1v1 + 2v2i =

 

1hu; v1i +

 

2hu; v2i

( i 2 C );

 

 

 

(II) hu; vi = hv; ui;

(III) hu; ui 0,

(IV) hu; ui = 0 ) u = .

uKAZANNYE SWOJSTWA BERUTSQ W KA^ESTWE POSTULATOW SKALQRNOGO PROIZWE- DENIQ W OB]EM SLU^AE.

2. wEKTORNOE PROSTRANSTWO E NAD POLEM (= C ILI R) NAZYWAETSQ UNI- TARNYM PROSTRANSTWOM, ESLI OPREDELENO OTOBRAVENIE h ; i : E E !, SOPOSTAWLQ@]EE KAVDOJ PARE fu; vg 2 E E SKALQR hu; vi 2 , PRI^EMUDOWLETWORQ@TSQ TREBOWANIQ (I)-(IV). w \TOM SLU^AE \TO OTOBRAVENIE NAZYWAETSQ SKALQRNYM PROIZWEDENIEM W E . eSLI = R, UNITARNOE PRO- STRANSTWO NAZYWAETSQ WE]ESTWENNYM.

243

(u 2 E):

3. wSQKOE UNITARNOE PROSTRANSTWO E QWLQETSQ NORMIROWANNYM OT- NOSITELXNO NORMY, INDUCIROWANNOJ SKALQRNYM PROIZWEDENIEM:

( ) kuk qhu; ui

~TOBY DOKAZATX \TO UTWERVDENIE, USTANOWIM SNA^ALA NERAWENSTWO kO[I- bUNQKOWSKOGO DLQ UNITARNOGO PROSTRANSTWA:

4.jhu; vij kuk kvk.

pUSTX hu; vi 6= 0 (INA^E UTWERVDENIE O^EWIDNO). tOGDA PRI 2 R S ISPOLXZOWANIEM SWOJSTWA (I) IMEEM

0

hv; ui

u + v

 

2 = 2

 

v

 

2

+ 2 u; v

 

+

 

u

 

2:

 

 

 

 

 

kjhu; vij

k

 

 

 

k

 

k

 

jh

ij

 

k

 

k

 

 

 

 

 

iZ NEOTRICATELXNOSTI TREH^LENA PEREMENNOJ W PRAWOJ ^ASTI \TOGO NE-

RAWENSTWA SLEDUET,^TO DISKRIMINANT TREH^LENA NEPOLOVITELEN:

 

u; v

2

 

kuk2kvk2 0, ^TO I TREBOWALOSX.

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jh

 

ij

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. z A M E ^ A N I E. pRI DOKAZATELXSTWE P. 4 SWOJSTWO (IV) NE ISPOLX- ZOWALOSX.

6. dOKAZATELXSTWO P. 3. w PROWERKE NUVDAETSQ LI[X SWOJSTWO 148.1 (III). s U^ETOM P. 4 IMEEM

ku + vk

2

 

2

 

=

kuk2

 

 

 

kuk

 

 

=

(kuk

+hu; vi + hv; ui + kvk2 = kuk2 + 2Rehu; vi + kvk2

+2jhu;2vij + kvk2 kuk2 + 2kukkvk + kvk2

+kvk) :

7.z A M E ^ A N I E. eSLI FORMA hu; vi OBLADAET SWOJSTWAMI (I) | (III), TO RAWENSTWO ( ) OPREDELQET POLUNORMU W E.

8.w DALXNEJ[EM, GOWORQ O TOPOLOGI^ESKIH SWOJSTWAH UNITARNOGO PRO-

STRANSTWA, MY WSEGDA IMEEM W WIDU, ^TO RE^X IDETO TOPOLOGII, OPREDE-

LQEMOJ NORMOJ ( ). oTMETIM, W ^ASTNOSTI, ^TO SKALQRNOE PROIZWEDENIE QWLQETSQ NEPRERYWNOJ FUNKCIEJ SWOIH PEREMENNYH: ESLI un ! u; vn ! v,

TO hun; vni ! hu; vi.

tAK KAK un ! u, SU]ESTWUET KONSTANTA C > 0 TAKAQ, ^TO kunk C (n 2 N). sLEDOWATELXNO, S U^ETOMP. 4 IMEEM

jhu; vi , hun; vnij

= jhu; vi , hun; vi + hun; vi , hun ; vnij

 

 

jhu , un; vij + jhun; v , vnij

 

 

 

 

 

 

kun , uk kvk + kunk kv , vnk ! 0 (n ! 1):

 

>

 

 

244

u P R A V N E N I Q. 9. pUSTX Rn | NEWYROVDENNYJ J -IZMERIMYJ KOMPAKT. rAWENSTWO hf; gi Z f (x)g(x)dx (f; g 2 C ( )) OPREDELQET SKA-

LQRNOE PROIZWEDENIE W C( ).

10.pOKAZATX, ^TO W UNITARNOM PROSTRANSTWE

(i)DLQ POPARNO ORTOGONALXNYH WEKTOROW f1; : : : ; fn :

nn

k

X

fik

2

=

X

kfik

2

TEOREMA pIFAGORA

),

i=1

 

i=1

 

(

(ii) [RAWENSTWO PARALLELOGRAMMA] DLQ L@BYH WEKTOROW f; g:

kf + gk2 + kf , gk2 = 2(kfk2 + kgk2 );

(iii)W NERAWENSTWE P. 4 IMEET MESTO RAWENSTWO TTOGDA u I v LINEJNO ZAWISIMY,

(iv)RAWENSTWO ku + vk = kuk + kvk WYPOLNQETSQ TTOGDA u = v; 0 (ESLI v 6= ).

x153. pROSTRANSTWO R2 ( )

1. pUSTX ( Rn ) | LOKALXNO J-IZMERIMO. rASSMOTRIM MNOVESTWO WSEH FUNKCIJ f : ! C , OBLADA@]IH SWOJSTWOM: INTEGRAL Z f (x) dx

IMEET NE BOLEE KONE^NOGO ^ISLA OSOBENNOSTEJ, A INTEGRAL Z jf (x)j2 dx SHO-

DITSQ KAK NESOBSTWENNYJ INTEGRAL rIMANA. iZ NERAWENSTWA jf (x)g(x)j 12[jf (x)j2 +jg(x)j2] SLEDUET, ^TO DLQ DWUH FUNKCIJ f I g IZ DANNOGO KLAS-

SA SHODITSQ INTEGRAL Z f(x)g(x)dx, I POTOMU \TOMU VE KLASSU FUNKCIJ

PRINADLEVIT f +g. tAKIM OBRAZOM, RASSMATRIWAEMYJ KLASS FUNKCIJ QW- LQETSQ WEKTORNYM PROSTRANSTWOM OTNOSITELXNO OBY^NYH OPERACIJ SLO- VENIQ FUNKCIJ I UMNOVENIQ IH NA SKALQR. rAWENSTWO

( ) hf; gi Z f (x)g(x) dx

245

OPREDELQET NA \TOM WEKTORNOM PROSTRANSTWE FORMU, OBLADA@]U@, O^E- WIDNO, SWOJSTWAMI (I) | (III), I W SILU 152.5 IMEET MESTO INTEGRALXNOE NERAWENSTWO kO[I-bUNQKOWSKOGO

 

 

 

Z

f (x)

 

dx [Z jf(x)j2 dx]1=2[Z jg(x)j2 dx]1=2,

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

g(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A TAKVE INTEGRALXNOE NERAWENSTWO {WARCA (SM. 152.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. [Z

[f(x) + g(x)]2 dx]1=2

[Z

jf (x)j2 dx]1=2 + [Z jg(x)j2dx]1=2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. fAKTORIZUQ (METODOM x150) NA[E WEKTORNOE PROSTRANSTWO PO PO-

LUNORME

kfk2 [Z

jf(x)j

2

 

1=2

,

PRIDEM K NORMIROWANNOMU PROSTRANST

-

 

 

 

 

 

 

dx]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WU

R2( ), \LEMENTY KOTOROGO | KLASSY FUNKCIJ RASSMOTRENNOGO WY[E

WEKTORNOGO PROSTRANSTWA. pRI^EMFUNKCII f I g PRINADLEVAT ODNOMU

KLASSU TTOGDA

Z jf(x) , g(x)j2dx = 0. dOPUSKAQ WOLXNOSTX, MY BUDEM GO-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2 ( ) | UNITARNOE

WORITX O KLASSAH FUNKCIJ KAK O FUNKCIQH. iTAK,

PROSTRANSTWO SO SKALQRNYM PROIZWEDENIEM ( ).

 

 

 

 

 

 

R2( )

 

5.

z A M E ^ A N I E

.

eSLI

 

OGRANI^ENO I

 

IZMERIMO

,

TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J -

 

 

 

 

R1 ( ) f 2 R2 ( ), I DLQ f 2 R2( ) (SM. P. 2):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) dx =

 

 

f(x)

 

(x) dx

[ f(x) 2 dx]1=2 m( )1=2 < +

 

:

 

 

Z j

 

 

j

 

 

Z

j

 

 

 

 

j

 

 

Z j

j

 

 

 

 

 

 

 

1g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dLQ PROSTRANSTWA

R2( ) TAKVE SPRAWEDLIWA TEOREMA O PLOTNOSTI,

ANALOGI^NAQ DOKAZANNOJ W x151.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. pUSTX ( Rn ) LOKALXNO J-IZMERIMO. tOGDA PROSTRANSTWO C00( )

PLOTNO W R2( ) PO NORME k k2.

 

 

 

 

 

 

Z jf(x)j

2

 

 

 

 

pUSTX

f 2 R2 ( ),

I DLQ OPREDELENNOSTI INTEGRAL

dx

IME

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ET EDINSTWENNU@ OSOBENNOSTX W TO^KE

1. pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO I

N > 0 TAKOWO,

^TO nBZN ( ) jf (x)j2 dx < "2=2: nE OGRANI^IWAQ OB]NOSTI,

MOVNO S^ITATX, ^TO N \ BN ( ) NEWYROVDENO. tAK KAK ZN jf (x)j2dx

246

OPREDELENKAK INTEGRAL rIMANA, SU]ESTWUET K = supx2 N jf (x)j. w SILU

P. 5 I 151.2 SU]ESTWUET ' 2 C00 ( N ) TAKAQ, ^TO ZN jf (x) , '(x)jdx < 4"K2 . pRI \TOM (S U^ETOM SPOSOBA POSTROENIQ FUNKCII ' W 151.2) MOVNO S^I-

TATX, ^TO supx2 N j'(x)j K, TAK ^TO jf(x) , '(x)j 2K (x 2 N ).

pO\TOMU

 

 

 

 

 

 

 

Z jf (x) ,

'(x)j2dx 2K Z jf(x) , '(x)jdx <

"2

 

 

 

2 :

 

 

 

N

N

 

 

 

 

 

 

nAKONEC,

 

 

 

 

 

 

 

kf , 'k2 = [Z jf(x) , '(x)j2 dx]1=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= [Z

jf(x) , '(x)j2 dx +

Z

jf(x)j2dx]1=2

":

 

>

 

 

N

nBN ( )

 

 

 

 

 

x154. gILXBERTOWO PROSTRANSTWO. pROSTRANSTWO `2

1.uNITARNOE PROSTRANSTWO, POLNOE OTNOSITELXNO NORMY, INDUCIRO- WANNOJ SKALQRNYM PROIZWEDENIEM, NAZYWAETSQ GILXBERTOWYM PROSTRAN- STWOM (ILI PROSTRANSTWOM gILXBERTA).

|TO O^ENX WAVNYJ DLQ ANALIZA KLASS PROSTRANSTW, DETALXNO IZU^A- EMYJ POZDNEE. zDESX MY TOLXKO W NEBOLX[OJ STEPENI KOSNEMSQSWOJSTW GILXBERTOWYH PROSTRANSTW.

2.p R I M E R [GILXBERTOWO PROSTRANSTWO `2]. |TO PROSTRANSTWO UVE WWODILOSX (SM. 92.8). nAPOMNIM, ^TO \LEMENTAMI \TOGO PROSTRANSTWA QW-

LQ@TSQ KOMPLEKSNYE POSLEDOWATELXNOSTI u = (u1; u2; : : :), DLQ KOTORYH

1

i

2

< +1. oTNOSITELXNO OBY^NYH OPERACIJ SLOVENIQ I UMNOVENIQ

i=1 ju j

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

u; v

1 uivi (u; v

2

NA SKALQR | \TO WEKTORNOE PROSTRANSTWO, A FORMA

2

 

 

 

 

2

 

 

i iP=1

` )

OPREDELQET W `

SKALQRNOE PROIZWEDENIE. pOKAVEM, ^TO UNITARNOE

PROSTRANSTWO `2 QWLQETSQ POLNYM OTNOSITELXNO INDUCIROWANNOJ NORMY

u

= [ 1

ui

2 ]1=2.

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

i=1 j

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

247

 

2

 

2

 

 

pUSTX uk = (u1k; uk2; : : :) (k

 

N) | FUNDAMENTALXNAQ POSLEDOWATELX-

NOSTX IZ ` , TO ESTX

 

 

 

(1)

kuk , usk2 =

1 juki , usi j2 ! 0 (k; s ! 1):

 

 

X

 

 

 

 

i=1

 

 

sLEDOWATELXNO, DLQ KAVDOGO FIKSIROWANNOGO i ^ISLOWAQ POSLEDOWATELX-

NOSTX (ui )k2N FUNDAMENTALXNA I POTOMU SHODITSQ. pUSTX ui lim ui .

k k k

~TOBY ZAWER[ITX DOKAZATELXSTWO POLNOTY, NUVNO USTANOWITX:

(2)

 

 

 

 

u = (u1; u2; : : :) 2 `2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

kuk , uk ! 0 (k ! 1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w SILU (1) DLQ L@BOGO " > 0 SU]ESTWUET k0 TAKOE, ^TO

 

kuk+p , ukk <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

" (k > k0; p 2 N), TO ESTX PRI L@BOM FIKSIROWANNOM N

 

 

i=1 juki +p ,uki j2

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kuk+p , ukk2 < "2

. uSTREMLQQ p K 1, IMEEM i=1 jui , uki j2P "2

(k > k0 ).

 

 

 

 

 

 

2

 

P

ui

,

 

kj

2

 

"2

0

 

 

 

 

 

 

 

iP=1 j

 

iZ PROIZWOLXNOSTI N TEPERX ZAKL@^AEM, ^TO 1

 

ui

 

(k > k ),

 

,

2

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TO ESTX u = (u

 

uk ) + uk

 

` , I (2) USTANOWLENO. oTS@DA VE DLQ L@BOGO

k > k0 ku , ukk

 

 

TAK ^TO

 

TAKVE IMEET MESTO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< " ,

(3)

. >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x155. oRTONORMIROWANNYE SISTEMY WEKTOROW

1. s POMO]X@ SKALQRNOGO PROIZWEDENIQ ESTESTWENNO WWODITSQ PONQ- TIE ORTOGONALXNOSTI: WEKTORY u; v W UNITARNOM PROSTRANSTWE E NAZYWA- @TSQ ORTOGONALXNYMI, ESLI hu; vi = 0. bOLEE OB]IM OBRAZOM, SISTEMA WEKTOROW (ej )j2J NAZYWAETSQ ORTOGONALXNOJ, ESLI WEKTORY EEPOPARNO OR- TOGONALXNY. eSLI, KROME TOGO, kejk = 1 (j 2 J), TO SISTEMA NAZYWAETSQ

ORTONORMIROWANNOJ.

pUSTX (ej )j2J | ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA W UNITARNOM PROSTRAN- STWE E I u 2 E PROIZWOLEN. ~ISLA hu; eji NAZYWA@TSQ KO\FFICIENTAMI fURXE WEKTORA u OTNOSITELXNO SISTEMY (ej )j2J . sLEDU@]EE SWOJSTWO PO- KAZYWAET, ^TO KO\FFICIENTY fURXE REALIZU@T NAILU^[EE PRIBLIVENIE \LEMENTA LINEJNYMI KOMBINACIQMI DANNOJ ORTONORMIROWANNOJ SISTE- MY.

248

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kuk , j jhu; ejij ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OTKUDA SLEDUET TREBUEMOE.

 

>

 

 

].

w USLOWIQH P. 2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. [nERAWENSTWO pARSEWALQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. pUSTX u

2 E I (ej)j2J

| ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA. tOGDA DLQ

L@BOGO KONE^NOGO PODMNOVESTWA J :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

k

u

,

 

j ej

k

=

k

u

,

 

 

 

 

h

u; ej

i

ej

k

= [ u

2

,

 

 

 

jh

u; ej

ij

2

]1=2:

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

dLQ PROIZWOLXNYH j (j 2 ) IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

u

 

 

 

jej

k

2

 

=

 

u

 

2

 

 

 

 

 

 

[ j

h

u; ej

i

+ j

u; ej

i

] +

j

j

2

 

, jP2

 

 

 

 

k k2

 

, jP2

 

 

 

 

 

 

2 h

 

 

 

 

jP2 j2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= kuk

 

 

 

+ j

2

j j

 

, hu; ejij

, j

2

jhu; ejij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

2

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

jhu; ejij2 kuk2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|TO NEPOSREDSTWENNOE SLEDSTWIE P. 2.

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u P R A V N E N I Q. 4. wSQKAQ ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA LINEJNO NEZAWISIMA.

5.w USLOWIQH P. 2 ^ISLA hu; eji 6= 0 NE BOLEE ^EM DLQ S^ETNOGO• SEMEJSTWA INDEKSOW j. fuKAZANIE: WOSPOLXZUJTESX NERAWENSTWOM pARSEWALQ.g

6.pUSTX (ej )j2J | ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA W UNITARNOM PROSTRANSTWE E. kAVDOMU WEKTORU u 2 E SOPOSTAWIM RQD P hu; ejiej. bUDEMj2J

S^ITATX PO OPREDELENI@, ^TO W FORMALXNOJ SUMME j

 

Jhu; ejiej PRISUT-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

h

 

i 6

 

2

 

 

 

STWU@T LI[X TE SLAGAEMYE

 

U KOTORYH

 

 

w SILU P

 

TAKIH

,

 

u; ej

 

= 0.

 

. 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SLAGAEMYH NE BOLEE, ^EM S^ETNOE

^ISLO, TAK ^TO DEJSTWITELXNO MY IMEEM

DELO S OBY^NYM RQDOM W NORMIROWANNOM PROSTRANSTWE. |TOT RQD NAZY-

WAETSQ RQDOM fURXE \LEMENTA u

PO SISTEME (ej )j

2

J . nAJDEM USLOWIQ, PRI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KOTORYH RQD fURXE \LEMENTA SHODITSQ K \TOMU \LEMENTU PO NORME. bUDEM

NAZYWATX PODMNOVESTWO NORMIROWANNOGO PROSTRANSTWA E POLNYM,

ESLI

EGO LINEJNAQ OBOLO^KA PLOTNA W E.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. pUSTX (ej )j2J | ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA W UNITARNOM PROSTRANSTWE E. tOGDA SLEDU@]IE USLOWIQ \KWIWALENTNY:

249

 

(A) SISTEMA (ej)j2J POLNA W E;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B) RQD fURXE PROIZWOLXNOGO \LEMENTA u 2 E SHODITSQ K u:

 

 

 

 

 

 

 

u = j

2

Jhu; ejiej ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(W) hu; vi

= j

2

Jhu; ejihv eji DLQ L@BYH u; v 2 E;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

kuk

2

= j

 

J jhu; ejij

2

DLQ L@BOGO

u 2

RAWENSTWO pARSEWALQ

 

 

 

 

( )

 

2

 

 

 

E [

 

 

 

 

 

 

 

 

 

].

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(A)

) (B). pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO. pOKAVEM, ^TO NAJDETSQ KONE^NOE

PODMNOVESTWO J TAKOE, ^TO DLQ L@BOGO KONE^NOGO 0

 

:

ku ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\TO I ESTX SHODIMOSTX RQDA

 

 

Jhu; ejiej

K

u).

w SILU

j

2

0hu; ejiejk < " (

 

 

 

 

 

 

j

2

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

SU]ESTWUET KONE^NOE

 

 

P

(j 2

) TAKIE, ^TO

POLNOTY (ej)j2J

J I j

2 C

ku,j

 

j ejk < ".

tOGDA DLQ L@BOGO KONE^NOGO

0

 

 

S U^ETOM P

. 2

IMEEM

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ku , P hu; ejiejk = minku , P jejk

j2 0 j j2 0

ku , P jejk < ":

j2

minku , P j ejk

j j2

(B) ) (W). pERENUMERUEM NATURALXNYM INDEKSOM k (PROIZWOLXNYM

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

n

 

i 6

 

 

 

 

h

 

 

i 6

OBRAZOM) WSE INDEKSY j

J , DLQ KOTORYH

 

u; ej

 

= 0; LIBO

 

v; ej

 

= 0 (SM.

P. 5). tOGDA u = lim

kP=1h

u; ek

i

ek ;

v

 

= lim

kP=1h

v; ek

i

ek . iSPOLXZUQ 152.8,

IMEEM

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

u; v

i

=

lim n

 

u; ek

i

ek;

lim n

 

v; es

i

es

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h n

k=1h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

s=1h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

 

 

 

 

 

 

ih

 

 

 

ih

 

 

 

 

i

 

 

 

 

n

 

n

 

 

ih

 

 

i

 

 

 

 

s;k=1h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1h

 

 

 

 

 

 

=

lim

P

 

 

u; ek

 

 

 

v es

 

 

ek; es

 

= lim

P

u; ek

 

 

v; ek

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

k=1hu; ekihv; eki

= j Jhu; ejihv; eji:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oTMETIM, ^TO SUMMA W PRAWOJ ^ASTI NA SAMOM DELE NE ZAWISIT OT PO- RQDKA SLEDOWANIQ SLAGAEMYH, TAK ^TO RQD W PRAWOJ ^ASTI (W) SHODITSQ ABSOL@TNO.

(W) ) (G). pOLOVIM W (W) v = u.

250