Een banachruimte is een volledige genormeerde ruimte. Voorbeelden: elke eindigdimensionale genormeerde ruimte (Stelling 5.13); (C([a,b]),∥⋅∥∞) (Stelling 4.9); en Lc(E,F) zodra F een banachruimte is (met hetzelfde bewijspatroon als voor continue functies). Geen voorbeeld: (C([0,1]),∥⋅∥1) (Oefening 5.7).
Voorbeelden
Voorbeeld 5.20(De operatornorm van de integratie)
Zij op (C([0,1]),∥⋅∥∞) de afbeelding T(f)(x)=∫0xf(t)dt (een endomorfisme: T(f) is continu). Volg Methode 5.9. Bovengrens:
∣T(f)(x)∣≤∫0x∣f∣≤x∥f∥∞≤∥f∥∞,
dus ∣∣∣T∣∣∣≤1. Getuige: f≡1 geeft T(f)(x)=x en ∥T(f)∥∞=1=∥f∥∞: aangenomen, dus ∣∣∣T∣∣∣=1. Maar merk op dat T2=21=∣∣∣T∣∣∣2: inderdaad voldoet T2(f)(x)=∫0x(x−t)f(t)dt aan T2(f)(x)≤2x2∥f∥∞, opnieuw aangenomen in f≡1; en in het algemeen is ∣∣∣Tn∣∣∣=n!1 — de submultiplicatieve grens ∣∣∣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) met een willekeurige submultiplicatieve norm (∣∣∣AB∣∣∣≤∣∣∣A∣∣∣∣∣∣B∣∣∣) is een banachruimte (eindige dimensie). Dan convergeert voor elke A de reeks
eA=k=0∑∞k!Ak
absoluut (Ak/k!≤∣∣∣A∣∣∣k/k!, sommeerbaar): zij is dus welgedefinieerd. Hoofdstuk 16 buit haar systematisch uit.