الرياضيات · المسرد

ما معنى معيار؟

تعريف 5.1 الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 5 — الفضاءات المتجهية المعيارية

المعيار على EE تطبيق  ⁣:ER+\norm{\,\cdot\,} \colon E \to \R_+ يحقق، من أجل كل x,yEx, y \in E وλK\lambda \in K:

x=0    x=0,λx=λx,x+yx+y.\norm x = 0 \iff x = 0, \qquad \norm{\lambda x} = \abs\lambda\,\norm x, \qquad \norm{x + y} \leq \norm x + \norm y .

عندئذٍ يكون d(x,y)=xyd(x, y) = \norm{x - y} مسافة، وينطبق كل ما في الفصل 4. وتجعل متراجحة المثلث المعكوسة xyxy\bigl|\norm x - \norm y\bigr| \leq \norm{x - y} المعيارَ نفسه ليبشيتزيًا بالثابت 11؛ والجمع والضرب السلّمي متصلان (بالتقديرات (x+y)(x+y)xx+yy\norm{(x + y) - (x' + y')} \leq \norm{x - x'} + \norm{y - y'}، وغيرها).

أمثلة

مثال 5.2

على KnK^n:

x1=ixi,x2=(ixi2)1/2,x=maxixi\norm{x}_1 = \sum_i \abs{x_i}, \qquad \norm{x}_2 = \Bigl(\sum_i \abs{x_i}^2\Bigr)^{1/2}, \qquad \norm{x}_\infty = \max_i \abs{x_i}

2\norm\cdot_2 معيار بمتراجحة كوشي–شوارتز، مجلد السنة الأولى). وعلى C([a,b])C(\intcc{a}{b}):

f=supf,f1=abf,f2=(abf2)1/2,\norm f_\infty = \sup \abs f, \qquad \norm f_1 = \int_a^b \abs f, \qquad \norm f_2 = \Bigl(\int_a^b \abs f^2\Bigr)^{1/2},

والأخيران معياران بفضل الإيجابية التامة للتكامل ومتراجحة كوشي–شوارتز التكاملية (مجلد السنة الأولى). وعلى المصفوفات: أي معيار على Mn(K)Kn2\mathcal M_n(K) \simeq K^{n^2}؛ ومعايير المؤثرات أدناه هي المهمة بنيويًا.

مثال 5.4 (عدم التكافؤ في البعد غير المنتهي)

على C([0,1])C(\intcc{0}{1}): f1f\norm f_1 \leq \norm f_\infty دائمًا، لكن لا يصحّ أي حدّ معاكس: فالدالة fn(x)=xnf_n(x) = x^n لها fn=1\norm{f_n}_\infty = 1 وfn1=1n+10\norm{f_n}_1 = \frac{1}{n+1} \to 0. ومنه fn0f_n \to 0 من أجل 1\norm\cdot_1 لا من أجل \norm\cdot_\infty: فالمعياران يختلفان في التقارب نفسه.

مثال 5.5 (ثوابت صريحة في البعد nn)

على KnK^n تتكافأ المعايير الكلاسيكية الثلاثة بثوابت مثلى:

xx2x1nx2nx,\norm x_\infty \leq \norm x_2 \leq \norm x_1 \leq \sqrt n\,\norm x_2 \leq n\,\norm x_\infty ,

والحدّ الأوسط x1nx2\norm x_1 \leq \sqrt n\norm x_2 آتٍ من متراجحة كوشي–شوارتز في مقابل المتجهة ذات الواحدات. والمتجهات الحدّية: e1e_1 تجعل المتراجحتين الأوليين مساواتين، و(1,1,,1)(1, 1, \dots, 1) تجعل الأخيرتين كذلك. ويظهر البعد nn بوضوح في الثوابت — وهو البذرة الكمّية للفشل في البعد غير المنتهي: فحين nn \to \infty لا يبقى أي ثابت منتظم، وهذا بالضبط ما يُبرزه المثال 5.4 على فضاءات الدوال.

اقرأ في الفصل ←