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习题 2.12

设 和 为赋范空间, 设 为 与 的笛卡儿乘积, 若 , 在 上定义 求证:

(1) 上面定义的 为 上的范数;

(2) 若 , 则 与 为等价范数, 且均与上题定义的范数 - 等价.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

解答

(1) 证明 是 上的范数。

设 ,定义

需要验证范数的三条公理:

  • 非负性:显然 。

  • 正定性:若 ,则 ,故 ,从而 , ;反之,若 ,则 。

  • 齐次性:对任意标量 ,

  • 三角不等式:任取 ,记 由 中范数的三角不等式, 于是 对非负实数 ,应用 上的 Minkowski 不等式()可得 因此 即三角不等式成立。

综上, 是 上的范数。

(2) 证明范数等价性。

首先,由上题(或通常定义)记

步骤 1: 与 等价。
设 , ,则 显然 两边开 次方即得 故 因此 与 等价。

步骤 2:对任意 , 与 等价。
由 (1) 知 和 均与 等价,而等价关系具有传递性,故 与 等价。

亦可直接给出显式不等式。利用有限维空间 上 -范数的经典比较关系:对 ,有 应用于 , ,若 ,则 若 ,则 因此总存在正常数 (依赖于 )使得 即两范数等价。

综上,结论得证。