Mathématiques · Glossaire

Qu'est-ce que « Normes équivalentes » ?

Définition 5.3 Mathématiques universitaires — Licence 2 · Chapitre 5 — Espaces vectoriels normés

Deux normes N1,N2N_1, N_2 sur EE sont équivalentes lorsqu’il existe des constantes c,C>0c, C > 0 telles que

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

Deux normes équivalentes ont les mêmes ouverts, les mêmes suites convergentes et de Cauchy, les mêmes parties compactes et complètes : la même analyse.

Les boules unités des trois normes classiques de ℝ2, emboîtées comme le dictent les inégalités de l’ : plus la boule est petite, plus la norme est grande. La rotondité compte : les côtés plats du losange et du carré sont exactement les défauts de stricte convexité exploités dans le problème du week-end du  et dans celui de ce chapitre (question 4).
Les boules unités des trois normes classiques de R2\R^2, emboîtées comme le dictent les inégalités de l’Exemple 5.5 : plus la boule est petite, plus la norme est grande. La rotondité compte : les côtés plats du losange et du carré sont exactement les défauts de stricte convexité exploités dans le problème du week-end du Chapitre 8 et dans celui de ce chapitre (question 4).

Exemples

Exemple 5.4 (Non-équivalence en dimension infinie)

Sur C([0,1])C(\intcc{0}{1}) : f1f\norm f_1 \leq \norm f_\infty toujours, mais aucune borne inverse ne tient : fn(x)=xnf_n(x) = x^n vérifie fn=1\norm{f_n}_\infty = 1 et fn1=1n+10\norm{f_n}_1 = \frac{1}{n+1} \to 0. Ainsi fn0f_n \to 0 pour 1\norm\cdot_1 mais pas pour \norm\cdot_\infty : les deux normes sont en désaccord sur la convergence elle-même.

Exemple 5.5 (Constantes explicites en dimension nn)

Sur KnK^n, les trois normes classiques sont équivalentes avec des constantes optimales :

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

la borne médiane x1nx2\norm x_1 \leq \sqrt n\norm x_2 provenant de Cauchy–Schwarz contre le vecteur constant égal à 11. Vecteurs extrémaux : e1e_1 rend les deux premières inégalités des égalités, (1,1,,1)(1, 1, \dots, 1) les deux dernières. La dimension nn figure visiblement dans les constantes — la graine quantitative de l’échec en dimension infinie : lorsque nn \to \infty, aucune constante uniforme ne survit, ce qui est exactement ce que l’Exemple 5.4 exhibe sur les espaces de fonctions.

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