Matemáticas · Glosario

¿Qué es Normas equivalentes?

Definición 5.3 Matemáticas universitarias — Grado 2 · Capítulo 5 — Espacios vectoriales normados

Dos normas N1,N2N_1, N_2 sobre EE son equivalentes cuando existen constantes c,C>0c, C > 0 con

cN1N2CN1.c\,N_1 \leq N_2 \leq C\, N_1 .

Dos normas equivalentes tienen los mismos abiertos, las mismas sucesiones convergentes y de Cauchy, y los mismos subconjuntos compactos y completos: el mismo análisis.

Las bolas unidad de las tres normas clásicas de ℝ2, encajadas tal como dictan las desigualdades del : bola más pequeña, norma más grande. La redondez importa: los lados planos del rombo y del cuadrado son exactamente los fallos de convexidad estricta que se explotan en el problema de fin de semana del  y en el de este capítulo (pregunta 4).
Las bolas unidad de las tres normas clásicas de R2\R^2, encajadas tal como dictan las desigualdades del Ejemplo 5.5: bola más pequeña, norma más grande. La redondez importa: los lados planos del rombo y del cuadrado son exactamente los fallos de convexidad estricta que se explotan en el problema de fin de semana del Capítulo 8 y en el de este capítulo (pregunta 4).

Ejemplos

Ejemplo 5.4 (No equivalencia en dimensión infinita)

Sobre C([0,1])C(\intcc{0}{1}) se cumple siempre f1f\norm f_1 \leq \norm f_\infty, pero no hay ninguna cota recíproca: fn(x)=xnf_n(x) = x^n tiene fn=1\norm{f_n}_\infty = 1 y fn1=1n+10\norm{f_n}_1 = \frac{1}{n+1} \to 0. Así pues, fn0f_n \to 0 para 1\norm\cdot_1 pero no para \norm\cdot_\infty: las dos normas discrepan sobre la propia noción de convergencia.

Ejemplo 5.5 (Constantes explícitas en dimensión nn)

Sobre KnK^n, las tres normas clásicas son equivalentes con constantes óptimas:

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

donde la cota central x1nx2\norm x_1 \leq \sqrt n\norm x_2 procede de Cauchy–Schwarz contra el vector de unos. Vectores extremales: e1e_1 convierte las dos primeras desigualdades en igualdades, y (1,1,,1)(1, 1, \dots, 1) las dos últimas. La dimensión nn aparece visiblemente en las constantes: es la semilla cuantitativa del fracaso en dimensión infinita, pues cuando nn \to \infty no sobrevive ninguna constante uniforme, que es exactamente lo que exhibe el Ejemplo 5.4 sobre espacios de funciones.

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