范数
範數(英語:),是具有“长度”概念的函數。在線性代數、泛函分析及相關的數學領域,是一個函數,其為向量空間內的所有向量賦予非零的正長度或大小。另一方面,半範數(英語:)可以為非零的向量賦予零長度。
舉一個簡單的例子,一個二維度的歐幾里得空間就有歐氏範數。在這個向量空間的元素(譬如:(3,7))常常在笛卡兒座標系統被畫成一個從原點出發的箭號。每一個向量的歐氏範數就是箭號的長度。
定義
假設V是域F上的向量空間;V的半範數是一個函數,满足:
,
- (具有半正定性)
- (具有绝对一次齐次性)
- (满足三角不等式,或称次可加性)
範數是一個半範數加上額外性质:
- 4. ,当且仅当是零向量(正定性)
如果拓撲向量空間的拓撲可以被範數導出,這個拓撲向量空間被稱為賦範向量空間。
例子
欧几里德范数
在n维欧几里德空间上,向量的最符合直觉的长度由以下公式给出
根据勾股定理,它给出了从原点到点之间的(通常意义下的)距离。欧几里德范数是上最常用的范数,但正如下面举出的,上也可以定义其他的范数。然而,以下定义的范数都定义了同一个拓扑结构,因此它们在某种意义上都是等价的。
在一个n维复数空间中,最常见的范数是:
以上两者又可以以向量与其自身的内积的平方根表示:
其中x是一个列向量(),而表示其共轭转置。
以上公式适用于任何内积空间,包括欧式空间和复空间。在欧几里得空间里,内积等价于点积,因此公式可以写成以下形式:
特别地,中所有的欧几里得范数为同一个给定正实数的向量的集合是一个n维球面。
參見
- 內積
- 賦範向量空間
- 矩陣範數
- 曼哈頓距離
- Lp范数
參考文獻
- Bourbaki, Nicolas. . . Springer. 1987. ISBN 3-540-13627-4.
- Prugovečki, Eduard. 2nd. Academic Press. 1981: 20. ISBN 0-12-566060-X.
- Trèves, François. . Academic Press, Inc. 1995: 136–149, 195–201, 240–252, 335–390, 420–433. ISBN 0-486-45352-9.
- Khaleelulla, S. M. . Lecture Notes in Mathematics 936. Springer-Verlag. 1982: 3–5. ISBN 978-3-540-11565-6. Zbl 0482.46002.
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