Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is Banachruimte?

Definitie 5.19 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 2 · Hoofdstuk 5 — Genormeerde vectorruimten

Een banachruimte is een volledige genormeerde ruimte. Voorbeelden: elke eindigdimensionale genormeerde ruimte (Stelling 5.13); (C([a,b]),)\bigl(C(\intcc{a}{b}), \norm\cdot_\infty\bigr) (Stelling 4.9); en Lc(E,F)\mathcal{L}_c(E, F) zodra FF een banachruimte is (met hetzelfde bewijspatroon als voor continue functies). Geen voorbeeld: (C([0,1]),1)\bigl(C(\intcc{0}{1}), \norm\cdot_1\bigr) (Oefening 5.7).

Voorbeelden

Voorbeeld 5.20 (De operatornorm van de integratie)

Zij op (C([0,1]),)\bigl(C(\intcc01), \norm\cdot_\infty\bigr) de afbeelding T(f)(x)=0xf(t) ⁣dtT(f)(x) = \int_0^x f(t)\,\dd t (een endomorfisme: T(f)T(f) is continu). Volg Methode 5.9. Bovengrens:

T(f)(x)0xfxff,\abs{T(f)(x)} \leq \int_0^x\abs f \leq x\,\norm f_\infty \leq \norm f_\infty ,

dus T1\vertiii T \leq 1. Getuige: f1f \equiv 1 geeft T(f)(x)=xT(f)(x) = x en T(f)=1=f\norm{T(f)}_\infty = 1 = \norm f_\infty: aangenomen, dus T=1\vertiii T = 1. Maar merk op dat T2=12T2\vertiii{T^2} = \frac12 \neq \vertiii T^2: inderdaad voldoet T2(f)(x)=0x(xt)f(t) ⁣dtT^2(f)(x) = \int_0^x(x - t)f(t)\dd t aan T2(f)(x)x22f\abs{T^2(f)(x)} \leq \frac{x^2}2\norm f_\infty, opnieuw aangenomen in f1f \equiv 1; en in het algemeen is Tn=1n!\vertiii{T^n} = \frac1{n!} — de submultiplicatieve grens Tn=1\vertiii T^n = 1 zit er een faculteit naast. Dit is precies het verschijnsel dat de iteratietruc uit de weekendopgave van Hoofdstuk 4 omzet in globale oplosbaarheid van lineaire differentiaalvergelijkingen.

Voorbeeld 5.22 (De matrixexponentiaal, eerste contact)

De matrixexponentiaal: Mn(K)\mathcal{M}_n(K) met een willekeurige submultiplicatieve norm (ABAB\vertiii{AB} \leq \vertiii A \vertiii B) is een banachruimte (eindige dimensie). Dan convergeert voor elke AA de reeks

eA=k=0Akk!\eu^A = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{A^k}{k!}

absoluut (Ak/k!Ak/k!\vertiii{A^k/k!} \leq \vertiii A^k /k!, sommeerbaar): zij is dus welgedefinieerd. Hoofdstuk 16 buit haar systematisch uit.

Lees in het hoofdstuk →