А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdfOPREDELQET 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]E• ODIN \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 PRIDEM• K 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)) NAZOW•EM 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), PRIWEDEM• OBE]ANNU@ TEOREMU. |
||||||||||||||||||||||||||
n |
|
2. pROSTRANSTWO C00( ) PLOTNO W R1( ) PO NORME k k1. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
pRIWEDEM• DOKAZATELXSTWO 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^EM• UDOWLETWORQ@TSQ TREBOWANIQ (I)-(IV). w \TOM SLU^AE \TO OTOBRAVENIE NAZYWAETSQ SKALQRNYM PROIZWEDENIEM W E . eSLI = R, UNITARNOE PRO- STRANSTWO NAZYWAETSQ WE]ESTWENNYM.
243
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 IDET• O 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^ETOM• P. 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^EM• FUNKCII 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
OPREDELEN• KAK 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 KOSNEMSQ• SWOJSTW 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 EE• POPARNO 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 NAJD•ETSQ 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