n次元数ベクトル空間におけるsupノルムと距離空間  :  トピック一覧 

・定義:ベクトルのノルムノルム空間単位ベクトルノルムから定められる距離 
・性質:ノルム空間と距離空間単位ベクトル化 
※計量実ベクトル空間関連ページ:内積・計量実ベクトル空間の定義/内積の性質/正規直交系・正規直交基底の定義/直交系・直交基底と内積/直交系・正規直交系の性質/正規直交基底の存在と構成/計量同型写像/直交補空間 

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定義:実n次元数ベクトル空間におけるsupノルム   

  [神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.2.3例3.2.1(p.121-2);砂田『行列と行列式』§7.1(pp.241-2);
   松坂『集合・位相入門』§5-B例2(p.278);]
(舞台設定)
 
R実数体R  
 
Rnn次元数ベクトル空間  
 
vn次元数ベクトル
       具体的に書くと、
v1, v2, , vnRとして、v=( v1, v2, , vn )n  
(本題)
1. 任意のn次元数ベクトルv=( v1, v2, , vn )n にたいして、
  ‖
v = sup { v1, v2,,vn   
  ないし、
  ‖
v = max { v1, v2,,vn     
 と定義する。
2. 上記の‖vは、次の性質をもち、n次元数ベクトル空間におけるノルムの定義を満たす。
 
(1) 非負性 任意のxnにたいして、‖x≧0 であって、      
                   ‖
x=0となるのはx零ベクトルである場合のみに限る。
          
論理記号で表すと、(xn) ( ( x≧0 ) かつ (x=x=) ) 
              あるいは、
(xn) ( ( x≧0 ) かつ (xx>) )  
 
(2) 線形性 任意のxn任意の実数aにたいして、‖ax=ax  
          
論理記号で表すと、(xn) (aR) (ax=ax ) 
 
(3) 三角不等式 任意のx,ynにたいして、‖xy≦‖x+‖y 
              ※ただし、不等式左辺の
n次元数ベクトル空間に定義されたベクトル和、
                      不等式右辺の+は、
実数の足し算。 
          
論理記号で表すと、(x,yn) ( xy≦‖x+‖y ) 
3. 上記の‖vを、supノルムと呼ぶ。
4. supノルムノルムとして指定してやることによって、
 
ノルム空間 n , )を設定することができる。  


トピック一覧:ノルム空間 
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定義:supノルムから定められる距離 

 [神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.2.3(p.123);松坂『集合・位相入門』§5-A(p.277);
  矢野『距離空間と位相構造』1.1.1距離関数(p.5);志賀『固有値問題30講』8講(p.61);] 
(舞台設定)
R実数体R  
Rnn次元数ベクトル空間 
x, yn次元数ベクトル
   具体的に書くと、x1, x2, , xnRとして、x=( x1, x2, , xn )n  
           
y1, y2, , ynRとして、y=( y1, y2, , yn )n  
xn次元数ベクトル空間Rnにおけるsupノルム   
(本題)
n次元数ベクトル空間Rnに属す任意のn次元数ベクトルx, yに対し、
    
d(x, y)=xy    
 とおくと、
d(x, y)は、Rnにおけるx, y間の距離の定義を満たす。
   ∵
ノルムから定められた距離一般は距離の定義を満たす()。
    
d(x, y) は、ノルムから定められた距離の定義を満たす(∵supノルムノルムの定義を満たす)。
    したがって、
d1(x, y) は、距離の定義を満たす。  
d(x, y)=xy を、supノルムから定められる距離という。
d(x, y)= sup { x1y1, x2y2, , xnyn  となる。
  なぜなら、
  
d(x, y)=xy =( x1, x2, , xn )( y1, y2, , yn ) 
     =
( x1, x2, , xn )( y1, y2, , yn )  ∵逆ベクトルの定義 
     =
( x1y1, x2y2, , xnyn )  ∵ベクトル和の定義 
     =
sup { x1y1, x2y2, , xnyn  ∵supノルムの定義 


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定理:ノルム空間と距離空間  

[神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.2.3(p.123);松坂『集合・位相入門』§5-A(p.277);
 矢野『距離空間と位相構造』1.1.1距離関数(p.5);志賀『固有値問題30講』8講(p.63);]    

(舞台設定)
R実数体R  
Rnn次元数ベクトル空間  
x, yn次元数ベクトル
   具体的に書くと、x1, x2, , xnRとして、x=( x1, x2, , xn )n  
           
y1, y2, , ynRとして、y=( y1, y2, , yn )n  
xRnにおけるsupノルム 
n , ):supノルムノルムとして指定した、ノルム空間   

(本題)
n次元数ベクトル空間Rnノルムとしてsupノルム ‖ ‖ が指定され、
 ノルム空間n , )が設定されているならば、  
 n次元数ベクトル空間Rnの距離を、「supノルムから定められる距離dによって定義することによって、 
 距離空間Rn,d )を設定することができる。
 つまり、
 「supノルムから定められる距離dによって、
  ノルム空間Rn,‖ ‖)はいつでも距離空間Rn,d と見なせる。
 

(reference)

日本数学会編集『岩波数学辞典(第三版)』 岩波書店、1985年、項目317バナッハ空間(pp.922-):ノルムとノルム空間の解説が含まれている;項目341ヒルベルト空間B.(pp.1006-7):内積の定義が含まれている.
線形代数のテキスト
ホフマン・クンツェ『線形代数学I』培風館、1976年。
永田雅宜『理系のための線形代数の基礎』紀伊国屋書店、1986年、4.1内積(p.114);。
佐武一郎『線形代数学(第44版)』裳華房、1987年、Vベクトル空間§6ベクトル空間の公理化(p.117)。
志賀浩二『数学30講シリーズ:線形代数30講』朝倉書店、1988年。
藤原毅夫『理工系の基礎数学2:線形代数』岩波書店、1996年。
斎藤正彦『線形代数入門』東京大学出版会、1966年、4章§6計量線形空間(p.120)。
砂田利一『現代数学への入門:行列と行列式』2003年、§7.1-(a)内積 (pp.238-9).
解析学のテキスト
杉浦光夫『解析入門I』東京大学出版会、1987年、I章§4(pp.33-38)。
位相空間・距離空間についてのテキスト
松坂和夫『集合・位相入門』岩波書店、1968年、§5ノルム空間、Banach空間(pp.275-288)。
矢野公一『距離空間と位相構造』共立出版、1997年、1.1.1距離関数(p.5)。
数理経済学のテキスト
神谷和也・浦井憲『経済学のための数学入門』東京大学出版会、1996年、§3.2.3(p.124)。