第十九讲 范数理论及其应用
第十九讲 范数理论及其应用 1
一、向量范数 范数可以看作长度概念的推广，主要用于逼近的程度。 1.向量范数定义：设V为数域K上的向量空间，若对于V的任一向量 x,对应一个实值函数，并满足以下三个条件： (1)非负性x20,等号当且仅当x=0时成立； (2)齐次性 lax=lalk,a∈k,x∈V; (3)三角不等式x+ysx+y,x,y∈V。 测称x为V中向量x的范数，简称为向量范数。 例1.X∈C",它可表示成x=[552…5],5:∈C, 2
一、向量范数 范数可以看作长度概念的推广，主要用于逼近的程度。 1. 向量范数定义：设 V 为数域 K 上的向量空间，若对于 V 的任一向量 x，对应一个实值函数 x ，并满足以下三个条件： （1）非负性 x 0 ≥ ，等号当且仅当 x=0 时成立； （2）齐次性 α = α α∈ ∈ x x , k, x V; （3）三角不等式 x y x y ,x,y V +≤ + ∈ 。 则称 x 为 V 中向量 x 的范数，简称为向量范数。 例 1. n x C∈ ，它可表示成 [ ] T 12 n x =ξ ξ ξ ，ξ ∈i C， 2
(2 就是一种范数 证明：D准数隆L-(②0， 当且仅当5=0(1=1,2，…，)时，即x=0时，x2=0 (ii)齐次性 ✉-（②-%（空r-al (i)y=[nn2…n]',n∈C x+y=[5+n52+n2…5n+n] k+y5=∑5+n 3
1 n 2 2 2 i i 1 x ∆ = = ξ ∑ 就是一种范数 证明：（i）非负性 1 n 2 2 2 i i 1 x 0 = =ξ ≥ ∑ ， 当且仅当ξ= = i 0 i 1, 2, , n ( )时，即 x＝0 时， 2 x ＝0 （ii）齐次性 1 1 n n 2 2 2 2 2 2 i i i 1 i 1 x x = = α = αξ = α ξ = α ∑ ∑ （iii） [ ] T 12 n y =η η η ，η ∈i C [ ] T 112 2 n n x y + = ξ +η ξ +η ξ +η n 2 2 2 i i i 1 x y = + = ξ +η ∑ 3
5+n=l5'+m+2Re(n)s5+n+25ml k+y6≤s+5+22lnl x,+y)=6+y6+2✉，ly 根据Holder不等式： 2空[2时：91片1a>0 p q M-(②s(②n≥2sml 小k+yL≤x+lyg 2.两类向量范数 4
( ) 222 2 2 i i i i ii i i i i ξ +η = ξ + η + ξη ≤ ξ + η + ξ η 2Re 2 n 222 222 i i i 1 xy x y 2 = + ≤ + + ξη ∑ ( ) 2 2 2 2 2 2 2 22 x y x y 2x y + =++ 根据 Hölder 不等式： 1 1 n nn p q p q ii i i i 1 i 1 i 1 ab a b = = = ≤ ∑∑∑ ， i i 1 1 p,q 1, 1,a , b 0 p q > += > 1 1 nn n 2 2 2 2 2 2 i i i i i 1 i 1 i 1 x y = = = = ξ η ≥ ξη ∑∑ ∑ ∴ 222 xy x y +≤ + 2. 两类向量范数 4
(1),=(" 推广到小L=(Ax,A为厄米正定矩阵（椭圆范数） 当A=W=diag[w1w2…wn],w,>0 m.=它 加权范数 2)-(② (p≥1)，称为向量的p-范数或1n范数。 证明：，显然满足非负性和齐次性 y=[nn,…n] N-(②rl-[②nryk+以-（②+n 5
（1） ( ) 1 H 2 2 x xx = 推广到 ( ) 1 H 2 A x x Ax = ，A 为厄米正定矩阵（椭圆范数） 当A W diag w w w = = [ 12 n ]，w 0 i > 1 n 2 2 w i i i 1 x w= = ξ ∑ 加权范数 （2） 1 n p p p i i 1 x = = ξ ∑ （p≥1）,称为向量的 p-范数或 pl 范数。 证明： p x 显然满足非负性和齐次性 [ ] T 12 n y =η η η 1 n p p p i i 1 x = = ξ ∑ ， 1 n p p p i i 1 y = = η ∑ ， 1 n p p p i i i 1 x y = + = ξ +η ∑ 5