規範正交系

設M是內積空間X的一個不含零子集,若M中向量兩兩正交,則稱M為X中的正交系,又若M中向量的範數都為1,則稱M為X中的規範正交系。

簡介

設M是內積空間X的一個不含零子集,若M中向量兩兩正交,則稱M為X中的正交系,又若M中向量的範數都為1,則稱M為X中的規範正交系。

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元素的正交性在內積空間和Hilbert空間中扮演著十分重要的角色。在n維歐氏空間,選定n個相互正交的向量 ,則形成n維空間中的一組正交基,也就是說在空間中建立了一組坐標系,空間中的任何一個元素都可以由這組坐標的線性組合表示出來。

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其中 。

R 為n維歐氏空間,則向量集

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為R 中規範正交系,其中

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基本性質

規範正交系 規範正交系

(1)對正交系M中任意有限個向量 ,有

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事實上,由於M中向量兩兩正交,所以

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(2)正交系M是X中線性無關子集。

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事實上,設 ,而且 ,其中為n個數,則對任何 ,有

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由於 ,因此 ,所以 線性無關,從而說明M是X中線性無關子集。

套用

在傅立葉係數

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設M為內積空間X中的規範正交系,,稱數集

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為向量x關於規範正交系M的傅立葉係數集。

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而稱為x關於e傅立葉係數。

在Bessel不等式

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設是內積空間中的有限或可數規範正交系,則對,有

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在級數

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設是Hilbert空間中的可數規範正交系,則

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(1)級數收斂的充要條件為級數收斂。

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(2)對,級數收斂。

舉例

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在空間 中,定義內積為

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則三角函式系 為 中規範正交系,所以內積空間中規範正交系是正交函式系概念的推廣。

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