Avanzado-Práctica 16 - Espacios normados I

Tema: Espacios normados I

Thu-24-10-2024 11:49 profe: - Mauro status: tags: Espacios Normados


Espacios normados\text{Espacios normados}

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

(X,.) es un espacio normado y tambieˊn un espacio vectorial: d(f,g)=f.g\begin{array}{l} \text{$(X, \left\| \:. \right\|)$ es un espacio normado y también un espacio vectorial: $d(f,g)= \left\| f.g \right\|$} \end{array} Ejemplo:Ejemplo:
  1. l={(an)R:Sucesiones acotadas}l^{\infty}=\{ (a_{n})\subseteq \mathbb{R}: \text{Sucesiones acotadas} \}
(an)=supan\lvert |(a_{n})| \rvert_{\infty}=sup|a_{n}|
  1. l2={(an)R:nNan2<}l^{2}=\left\{ (a_{n})\subseteq \mathbb{R} : \sum_{n\in \mathbb{N}} |a_{n}|^{2}<\infty \right\}
(an)nN2=(nNan2)12\left\| ( a_n )_{n \in \mathbb{N} } \right\|_2 =\left( \sum_{n\in N}|a_{n} |^{2} \right)^{ \frac{1}{2}}

Veamos que está todo bien con l2l^{2} ¿Qué significa nan2<\sum_{n}|a_{n}|^{2}<\infty ()(*)

Sea SN=Nan2S_{N}=\sum^N |a_{n}|^{2}. Interpretamos ()(*) como que existe k>0k>0 tal que SNkNNS_{N}\leq k\quad\forall N\in \mathbb{N} Pensando (SN)NN(S_{N})_{N\in \mathbb{N}} como sucesión no decrece. Además es acotada por kk.

nNan2=n=1an2=supN{SN}=limNSN=limNn=1Nan2\sum_{n\in \mathbb{N}} |a_{n}|^{2}=\sum_{n=1}^{\infty} |a_{n}|^{2}=sup_{N}\{ S_{N} \}=\lim_{ N \to \infty } S_{N}=\lim_{ N \to \infty }\sum_{n=1}^{N}|a_{n}|^{2}

--> 8:06 Y la norma es la raíz cuadrada de este límite

La suma en el espacio vectorial es sumar coordenada a coordenada. Vamos que la suma es cerrada y que la norma cumple la desigualdad triangular. Afirmamos , dados a,bl2a,b\in l^{2}:

N:n=1Nan+bn2(an2+bn2)2\forall N:\sum_{n=1}^{N} |a_{n}+b_{n}|^{2}\leq (||a_{n}||_{2}+||b_{n}||_{2})^{2}

Fijemos NNN\in \mathbb{N}.

(a1+b1,a2+b2,,aN+bN)RN(a_{1}+b_{1},a_{2}+b_{2},\dots,a_{N}+b_{N})\in \mathbb{R}^N

La norma 2 en RN\mathbb{R}^N y en l2l^{2} son cosas distintas. Notar que hacemos un abuso de notación.

Veamos la norma 2||\:||_{2} en RN\mathbb{R}^N:

n=1Nan+bn2=(a1+b1,,aN+bN)2(a1,,aN)2+(b1,,bN)=\sqrt{ \sum_{n=1}^{N} |a_{n}+b_{n}|^{2} }=||(a_{1}+b_{1},\dots ,a_{N}+b_{N})||_{2}\leq ||(a_{1},\dots,a_{N})||_{2}+||(b_{1},\dots,b_{N})||= =n=1Nan2+n=1Nbn2a2+b2Como queriamos=\sqrt{ \sum_{n=1}^{N} |a_{n}|^{2} }+\sqrt{ \sum_{n=1}^{N} |b_{n}|^{2} }\leq ||a||_{2}+||b||_{2}\quad \text{Como queriamos}

-->Para que hicimos esto? : 22:00

Tarea: ver que α.al2(αR)\alpha.a\in l^{2}(\alpha \in \mathbb{R}) y que α.a2=α.a2\lvert \lvert \alpha .a \rvert \rvert_{2}=|\alpha|.\lvert \lvert a \rvert \rvert_{2} Además notemos que tenemos elemento neutro aditivo e inverso.

\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square
T:C([0,1])Rlinealff(0)\begin{array}{c} T:C([0,1])\to \mathbb{R}\quad lineal \\ \quad \quad f\mapsto f(0) \end{array}

y pensemos a C([0,1])C([0,1]) con la .1||\:.||_{1}. Probar que no es acotado.

Podemos resolverlo además con que es continua y entnces acotado. Pero no es la resolución que teniamos en mente.

Agarremos (fn)nC([0,1])(f_{n})_{n}\subseteq C([0,1]) en B(0,1)\overline{B}(0,1) y veamos que (T(fn))nN(T(f_{n}))_{n\in \mathbb{N}} crece indefinidamente.

-->33:00

Definamos

fn(x)={nx=02n2n2xx<1n0ccf_{n}(x)=\begin{cases} n & x=0 \\ 2n-2n^{2}x & x< \frac{1}{n} \\ 0 & cc \end{cases}

fnf_{n} es continua (lo es a trozos y se pega bien). Está en el espacio. Resta calcular fn1||f_{n}||_{1} y (T(fn))n(T(f_{n}))_{n}. Empecemos por lo último.

T(fn)=fn(0)=2nT(f_{n})=f_{n}(0)=2n

que no está acotado. Además

fn1=01fn(x)dx=f(x)=0x>1n01/n2n2n2xdx=(2nxn2x201/n=21=1||f_{n}||_{1}=\int_{0}^1 |f_{n}(x)| \, dx \underset{f(x)=0\:\forall x> \frac{1}{n}}{=}\int_{0}^{ 1/n} 2n-2n^{2}x \, dx =(2nx-n^{2}x^{2}|_{0}^{ 1/n}=2-1=1

Recordar la def. de acotado: Si existe k>0T(x)<kxx<1k>0\:|\:|T(x)|<k\quad\forall x\:|\:||x||<1 Entonces definimos

T=supxx1{T(x)}||T||=sup_{x\:|\: ||x||\leq 1}\{ |T(x)| \}

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Dado CVC\subseteq V espacio vectorial normado. Decimos que CC es convexo si

t.x+(1t).yCx,yC,t[0,1]t.x+(1-t).y\in C\quad \forall x,y\in C,t \in[0,1]

Tarea: Si C0C_{0} es convexo entonces CC también.


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