希爾伯特空間

2022-01-14 23:14:22 字數 1076 閱讀 6650

歐幾里得空間

,希爾伯特空間,巴拿赫空間或者是拓撲空間都屬於函式空間。函式空間 = 元素 + 規則 ,即乙個函式空間由元素 與元素所滿足的規則 定義,而要明白這些函式空間的定義首先得從距離,範數,內積,完備性等基本概念說起。

定義了範數,是絕對值(形式|a-b|)的延伸,是對向量、函式和矩陣定義的一種距離度量形式,如距離d(a,b)=||a−b||。

距離的集合⟶ 度量空間 +線性結構⟶線性度量空間

這時的內積空間已經有了距離、長度、角度等,有限維的內積空間也就是我們熟悉的歐氏空間。

古希臘數學家歐幾里得建立了距離和角之間聯絡的法則——歐幾里得幾何,由二維平面幾何可擴充套件成三維,再到有限維度抽象幾何空間,稱為歐幾里得空間。其中維度是描述空間內乙個點所需參量的個數——座標數,例如三維空間中的點a=(x1,x2,x3)。

若把人的活動約束在學校,那麼就是學校空間,同理,對點和幾何結構進行各種約束,就構成了不同的數學空間。

至此,在各種約束條件下,有限維度+度量+線性+範數+內積=歐幾里得空間。看似複雜的定義,其實就是一種約束的空間。

當歐幾里德空間不再侷限於有限維,就是希爾伯特空間——無限維度完備線性內積空間。完備指的是,空間中的極限運算衍生的所有可能點都包含於空間本身——柯西序列等價於收斂序列,簡言之,合理即存在。

無限維度的向量(x1,x2,x3...xn)意味著有任意個獨立座標,可以用函式表達,兩個無限維度的向量的內積等價於兩個函式的積分。例如傅利葉變換,一種頻率函式對應乙個座標,時域中每個點都可以在頻域中展開成各種頻率的函式。如此一來,歐幾里得空間就演變成希爾伯特空間。

距離⟶範數⟶內積 

向量空間+範數⟶ 賦範空間+線性結構⟶線性賦範空間+內積運算⟶內積空間+完備性⟶希爾伯特空間

內積空間+有限維⟶歐幾里德空間

賦範空間+完備性⟶巴拿赫空間

希爾伯特空間,數學空間的神秘之

希爾伯特空間

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