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第二章度量空间与赋范线性空间
2度量空间与赋范线性空间
度量空间在泛函分析中是最基本的概念。事实上,它是n维欧几里得空间Rn的推广,它为统一处理分析学各分支的重要问题提供了一个共同的基础。它研究的范围非常广泛,包括了在工程技术、物理学、数学中遇到的许多很有用的函数空间。因而,度量空间理论已成为从事科学研究所不可缺少的知识。2.1度量空间的基本概念2.1.1距离(度量)空间的概念
在微积分中,我们研究了定义在实数空间R上的函数,在研究函数的分析性质,如连续性,可微性及可积性中,我们利用了R上现有的距离函数d,即对
x,yR,d(x,yxy。度量是上述距离的一般化:用抽象集合X代替实数集,并在X上引入距离函数,满足距离函数所具备的几条基本性质。
【定义2.1X是一个非空集合,(,XX0,是一个定义在直XX上的二元函数,如果满足如下性质:
1非负性x,yX,(x,y0,(x,y0xy2对称性x,yX,(x,y(y,x
3三角不等式x,y,zX,(x,y(x,z(z,y
则称(x,yX中两个元素xy的距离(或度量)。此时,称X(,成为一个度量空间(或距离空间),记为(X,
注:X中的非空子集A,按照X中的距离(,显然也构成一个度量空间,称为X的子空间。当不致引起混淆时,(X,可简记为X,并且常称X中的元素为点。
2.1离散的距离空间
X是任意非空集合,对X中任意两点x,yX,
(x,y
1xy

0xy
显然,这样定义的(,满足距离的全部条件,我们称(X,是离散的距离空间。这种距离是最粗的。它只能区分X中任意两个元素是否相同,不能区分

应用泛函分析(第二版
元素间的远近程度。
此例说明,在任何非空集合上总可以定义距离,使它成为度量空间。
2.2n维欧几里得空间Rn表示n维向量xx1,x2,L,xn的全体组成的集合,也表示n个实数x1,x2,L,xn组成的数组x1,x2,L,xn的全体形成的集合。对
xx1,x2,L,xnyy1,y2,L,ynRn,定义

(x,y(xiyi22.1
i1下面来证(,满足度量定义中的条件(1~3
由式(2.1)不难验证(,满足条件(12。为证满足条件(3,需利p2时的离散型Minkowski不等式(见1.5节)zz1,z2,L,znRn,则有
2(x,y(xiyi(xizi(ziyii1i1
n
n
1
2
2
n
12

12
(xizi2(ziyi2i1i1(x,z(z,y
n
12
n
12

因此,Rn是一距离空间。(Rn,称为n维欧氏空间。注:若在Rn中规定
1(x,ymaxxiyi2.1ˊ)
1in
(Rn,1也是距离空间(读者自己验证)
2.3所有数列组成的集合S,对an,bnS,定义(,
i1
1anbn
2.2
2n1anbn
那么(,S上的度量。式(2.2)通常称为Fréchet组合。
(,显然满足度量条件1~2我们来证也满足条件3事实上,,

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