Anar al contingut

Espai prehilbertiano

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Plantilla:Espai matemàtic 3 En matemàtiques, un espai prehilbertiano o espai prehilbert és un espai vectorial proveït d'un producte escalar. Més concretament, és un parell (V,⟨⋅|⋅⟩), a on V és un espai vectorial sobre un cos 𝕂 i ⟨⋅|⋅⟩ és un producte escalar en V.

L'espai prehilbertiano és un tipo d'espai mètric en la mètrica induïda per la norma que com vorem pot definir-se a partir del producte escalar.

Un espai prehilbertiano que ademés siga un espai complet, es dirà que és un espai de Hilbert o hilbertiano. Si és de dimensió finita es dirà que és espai euclídeo.

Una condició necessària per a que un espai prehilbertiano siga un espai de Hilbert és que el cos base 𝕂 siga ℝ o ℂ, aixina cap espai prehilbertiano sobre ℚ pot ser un espai de Hilbert.

Definicions

Formalment, un espai prehilbertiano és un espai vectorial V sobre un cos K (Pot ser ℝ o ℂ), el qual posseïx una operació definida en la següent funció:

⟨⋅,⋅⟩:V×V→𝐊

cridada producte escalar, que satisfà certs axioma:

∀x,y∈V, ⟨x,y⟩=⟨y,x⟩‾.
Note's que si K=ℝ, la propietat de hermítica és la simetria ordinària:
⟨x,y⟩=⟨y,x⟩.
Esta condició implica que ⟨x,x⟩∈ℝ para tot x∈V, perque ⟨x,x⟩=⟨x,x⟩‾.
∀a∈K, ∀x,y∈V, ⟨ax,y⟩=a⟨x,y⟩.
∀x,y,z∈V, ⟨x+y,z⟩=⟨x,z⟩+⟨y,z⟩.
Combinant esta propietat en la de ser hermítica:
∀b∈K, ∀x,y∈V, ⟨x,by⟩=b‾⟨x,y⟩.
∀x,y,z∈V, ⟨x,y+z⟩=⟨x,y⟩+⟨x,z⟩.
En el cas de que el cos siga ℝ esta propietat implica que el producte escalar és bilineal.
∀x∈V, ⟨x,x⟩≥0. (Té sentit, ya que ⟨x,x⟩∈ℝ para tot x∈V.)
Ademés, l'únic vector que en fer el producte escalar en ell mateixa és zero, és el vector nul, és dir:
⟨x,x⟩=0⇔x=0.

Normes en espais prehilbertianos

En els espais en producte escalar es definix una norma

‖x‖=⟨x,x⟩.

La norma està ben definida, per ser sempre el producte escalar d'un vector per sí mateixa un número real major o igual que zero. En espais euclídeos definix la "llongitut" del vector x. Ademés es tracta d'una norma per complir les condicions:

  • ‖x‖ és sempre positiva i val zero si i solament si x val zero.
‖r⋅x‖=|r|⋅‖x‖.
‖x+y‖≤‖x‖+‖y‖.


Usant els axioma ya mencionats podem demostrar les següents teoremes:

|⟨x,y⟩|≤‖x‖⋅‖y‖
l'igualtat es complix si i solament si x i i són linealment depenents
Esta és una de la més importants desigualtats en la matemàtica. També és coneguda en la lliteratura matemàtic russa com la desigualtat Cauchy-Bunyakowski-Schwarz
La prova d'esta teorema i les seues aplicacions poden trobar-se en l'artícul sobre la desigualtat de Cauchy-Schwarz
‖x+y‖2+‖x−y‖2=2‖x‖2+2‖y‖2.
‖x‖2+‖y‖2=‖x+y‖2.
Estes últimes dos identitats només requerixen expressar la definión de la norma en térmens del producte intern, fer les operacions i usar els axioma de norma.
Una fàcil generalisació de la teorema pitagórico que pot ser provada per inducció és la següent:

Si x1, ..., xn són vectores ortogonals, o siga, <xj, xk> = 0 per a tot j, k distint, llavors

∑i=1n‖xi‖2=‖∑i=1nxi‖2.

Vore també