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Analisis Fucional - Espacios Normados - 1

Posted on:January 15, 2024

Analisis Funcional - Espacios Normados 1

Definición. 1

Sea VV un espacio métrico sobre K\K, definimos ∣∣⋅∣∣:V→K||·||:V \rightarrow \K norma si cumple:

  • ∥v∥≥0∀v∈V\norm{v} \geq 0 \quad \forall v \in V y v=0v=0 si y solo si ∥v∥=0\norm{v}=0
  • ∥λv∥=∣λ∣∥v∥(∀λ∈K∀v∈V)\norm{\lambda v} = \abs{\lambda}\norm{v} \quad (\forall \lambda \in \K \quad \forall v \in V)
  • ∥v+w∥≤∥v∥+∥w∥(∀v,w∈V)\norm{v + w} \leq \norm{v} + \norm{w} \quad (\forall v,w \in V) Desigualdad triangular

Ejemplos

Sea V=RdV=\R^d y sea v=(v1,...,vd)v=(v_1,...,v_d)

Consideremos el espacio vectorial de polinomios reales

R[x]=f=∑k=0Nckxk R[x]=f = \sum_{k=0}^{N} c_kx^k, donde N∈NN \in \mathbb{N} y ck∈Rc_k \in \mathbb{R}

Podemos definir cualquiera de las siguientes normas (pensando en f∈R[x]f \in R[x] realmente como el vector finito pero infinitamente soportado (c0,c1,...,cn,cn+1,...)∈RN0(c_0, c_1, ..., c_n, c_{n+1}, ... ) \in \R^{\mathbb{N}_0} con ck=0c_k = 0 para k>Nk > N):

También podríamos pensar en los polinomios como funciones continuas en el intervalo [0,1], incorporando así R[x]⊆C1([0,1])⊆C([0,1])R[x] \subseteq C^1([0,1]) \subseteq C([0,1]), de manera que la norma ∥⋅∥∞\|\cdot\|_{\infty} de C([0,1])C([0,1]) también puede ser utilizada.

Lema (métrica asociada). 2

Supongamos que (V,∥⋅∥)(V, \|\cdot\|) es un espacio vectorial normado. Entonces, para todo v,w∈Vv, w \in V, tenemos

∥v∥−∥w∥≤∥v−w∥(2.1)\|v\| - \|w\| \leq \|v - w\| \quad (2.1)

Además, al escribir d(v,w)=∥v−w∥d(v,w) = \|v - w\| para v,w∈Vv, w \in V, se define una métrica dd en VV tal que la función de norma ∥⋅∥:V→R\|\cdot\| : V \to \mathbb{R} es continua con respecto a la topología inducida por la métrica dd.

Demostración. Para cualquier v,w∈Vv, w \in V, tenemos ∥v∥=∥v−w+w∥≤∥v−w∥+∥w∥\|v\| = \|v - w + w\| \leq \|v - w\| + \|w\| y de manera similar, ∥w∥=∥w−v+v∥≤∥v−w∥+∥v∥\|w\| = \|w - v + v\| \leq \|v - w\| + \|v\|, por la Definición 2.1 (la desigualdad triangular y la homogeneidad). Ambas desigualdades juntas dan como resultado (2.1).

Para demostrar que dd es una métrica, debemos verificar las siguientes propiedades definitorias de una métrica:

La norma es continua en v∈Vv \in V si para cada ε>0\varepsilon > 0 existe algún δ>0\delta > 0 tal que d(u,v)<δd(u,v) < \delta implica ∥u∥−∥v∥<ε\|u\| - \|v\| < \varepsilon. Por (2.1), podemos elegir δ=ε\delta = \varepsilon para ver esto.

Bibliografía