กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 17 นาที

ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น

ใน พีชคณิตเชิงเส้น ฟังก์ชัน ย่อยเชิงเส้น (หรือ ฟังก์ชันนั ล ซึ่งมักใช้ใน วิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน ) หรือที่เรียกว่า ค วาซี-เซมินอร์ม บน ปริภูมิเวกเตอร์ คือ ฟังก์ชัน ค่า จริง...

ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น

ในพีชคณิตเชิงเส้นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น (หรือฟังก์ชันนัล ซึ่งมักใช้ในวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน ) หรือที่เรียกว่า ควาซี-เซมินอร์มบนปริภูมิเวกเตอร์คือฟังก์ชันค่าจริงที่มีคุณสมบัติบางอย่างของเซมินอร์มแต่ต่างจากเซมินอร์มตรงที่ ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นไม่จำเป็นต้องมี ค่า เป็นลบและไม่จำเป็นต้องเป็นฟังก์ชันเอกพันธุ์สัมบูรณ์เซมินอร์มเองก็เป็นนามธรรมของแนวคิดที่รู้จักกันดีกว่าอย่างนอร์มโดยที่เซมินอร์มมีคุณสมบัติกำหนดทั้งหมดของนอร์มยกเว้นว่าไม่จำเป็นต้องแปลงเวกเตอร์ที่ไม่เป็นศูนย์ไปเป็นค่าที่ไม่เป็นศูนย์

ในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน บางครั้งมีการใช้ ชื่อฟังก์ชัน Banachซึ่งสะท้อนให้เห็นว่ามักใช้กันมากที่สุดเมื่อนำทฤษฎีบทHahn–Banach มาใช้ในรูปแบบทั่วไป แนวคิดของฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นได้รับการแนะนำโดยStefan Banachเมื่อเขาพิสูจน์ทฤษฎีบทHahn-Banach [ 1 ]

ใน สาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์ยังมีแนวคิดที่แตกต่างออกไปอีกอย่างหนึ่งซึ่งจะอธิบายต่อไปนี้ ที่มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า "ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น"

คำจำกัดความ

ให้เป็นปริมาณเวกเตอร์เหนือฟิลด์โดยที่เป็นจำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อน ฟังก์ชัน เรียกว่าซับลิเนียร์หากมีคุณสมบัติสองประการนี้: [ 1 ]

  1. ความเป็นเนื้อเดียวกันเชิงบวก [ 2 ] นั่นคือสำหรับทุก และ
  2. การบวกย่อย[ 2 ]ซึ่งก็คือสำหรับ

ฟังก์ชันหนึ่งถูกเรียกว่าบวก[ 3 ]หรือไม่เป็นลบหากสำหรับทั้งหมดแม้ว่าผู้เขียนบางคน [ 4 ]จะกำหนดใน แง่บวก หมายถึงเมื่อใดก็ตามที่คำจำกัดความเหล่านี้ไม่เท่ากัน มันคือฟังก์ชันสมมาตรถ้าสำหรับทุก ๆ ฟังก์ชันสมมาตรย่อยบวกทุกฟังก์ชันจะต้องไม่เป็นลบเสมอ [พิสูจน์ 1 ] ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงเป็นฟังก์ชันก็ต่อเมื่อเป็นเซมินอร์มฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงหรือเชิงซ้อนเป็นเซมินอร์มก็ต่อเมื่อเป็นฟังก์ชันสมดุลหรือเทียบเท่ากับ ก็ต่อเมื่อสเกลาร์ทุกตัวและ

เซตของฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นทั้งหมดบนที่แสดงด้วยสามารถเรียงลำดับบางส่วนได้โดยการประกาศว่าก็ต่อเมื่อสำหรับทุก ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นเรียกว่าน้อยที่สุดถ้าเป็นองค์ประกอบน้อยที่สุดของภายใต้ลำดับนี้ ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นจะน้อยที่สุดก็ต่อเมื่อเป็นฟังก์ชันเชิงเส้น จริง [ 1 ]

ตัวอย่างและเงื่อนไขที่เพียงพอ

นอร์มเซมินอร์ม และฟังก์ชันเชิงเส้นจริง ทุกตัวเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น ฟังก์ชันเอกลักษณ์บนเป็นตัวอย่างของฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น (อันที่จริง มันเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นด้วยซ้ำ) ที่ไม่ใช่ทั้งบวกและเซมินอร์ม เช่นเดียวกับการปฏิเสธของแผนที่นี้[ 5 ] โดย ทั่วไปแล้ว สำหรับจำนวนจริงใดๆแผนที่

เป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนและยิ่งไปกว่านั้น ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นทุกฟังก์ชันมีรูปแบบนี้ กล่าวคือ ถ้าและแล้วและ

ถ้าและเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงแล้ว แผนที่ ก็เป็น ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น เช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว ถ้าเป็นชุดฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นที่ไม่ว่างเปล่าบนปริภูมิเวกเตอร์จริงและถ้า สำหรับทุกแล้วก็เป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบน[ 5 ]

ฟังก์ชันที่มีคุณสมบัติsubadditive , convexและสอดคล้องกับเงื่อนไขจะเป็นฟังก์ชัน positively homogeneous ด้วย (เงื่อนไขหลังนี้เป็นเงื่อนไขที่จำเป็น ดังตัวอย่างของon แสดงให้เห็น) ถ้าเป็นฟังก์ชัน positively homogeneous มันจะเป็นฟังก์ชัน convex ก็ต่อเมื่อมันเป็นฟังก์ชัน subadditive ดังนั้น เมื่อสมมติว่าคุณสมบัติสองข้อใดๆ ในบรรดาคุณสมบัติ subadditive, convexity และ positive homogeneity จะบ่งบอกถึงคุณสมบัติข้อที่สาม

คุณสมบัติ

ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นทุกฟังก์ชันเป็นฟังก์ชันนูน : สำหรับ

ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์แล้ว[พิสูจน์ 2 ] [ 3 ] สำหรับทุกซึ่งหมายความว่าอย่างน้อยหนึ่งในและจะต้องไม่เป็นลบ นั่นคือ สำหรับทุก[ 3 ] ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริง แผนที่ที่กำหนดโดยเป็นเซมินอร์ม[ 3 ]

คุณสมบัติย่อยของการรับประกันว่าสำหรับเวกเตอร์ทั้งหมด[ 1 ] [พิสูจน์ 3 ] ดังนั้นถ้าสมมาตรด้วยอสมการสามเหลี่ยมกลับด้านจะใช้ได้กับเวกเตอร์ทั้งหมด

การกำหนดคุณสมบัติย่อยบวกยังรับประกันว่าสำหรับทุกค่าของบนเซตจะเป็นค่าคงที่และเท่ากับ[พิสูจน์ 4 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าเป็นปริภูมิย่อยเวกเตอร์ของแล้วและการกำหนดค่าซึ่งจะถูกแทนด้วยเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นค่าจริงที่กำหนดไว้อย่างดีบนปริภูมิผล หาร ที่สอดคล้องกับถ้าเป็นเซมินอร์ม แล้วก็คือนอร์มแคนอนิกปกติบนปริภูมิผลหาร

บทพิสูจน์ย่อยเชิงเส้นของ Pryce [ 2 ]สมมติว่าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์และเป็นเซตย่อยนูนที่ไม่ว่าง ถ้าเป็นเวกเตอร์ และเป็นจำนวนจริงบวก โดยที่ แล้วสำหรับจำนวนจริงบวกทุกตัวจะมี บางตัวที่

เมื่อเพิ่มเข้าไปทั้งสองด้านของสมมติฐาน(โดยที่) และรวมเข้ากับข้อสรุปจะได้ ซึ่งจะให้ผลลัพธ์เป็นอสมการอีกมากมาย รวมถึงตัวอย่างเช่น ในกรณีที่นิพจน์ด้านหนึ่งของอสมการที่เข้มงวดสามารถได้มาจากอีกด้านหนึ่งโดยการแทนที่สัญลักษณ์ด้วย(หรือในทางกลับกัน) และย้ายวงเล็บปิดไปทางขวา (หรือซ้าย) ของพจน์ที่อยู่ติดกัน (สัญลักษณ์อื่นๆ ทั้งหมดจะคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง)

กึ่งบรรทัดฐานที่เกี่ยวข้อง

ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นที่มีค่าจริงบนปริภูมิเวกเตอร์จริง(หรือถ้าเป็นเชิงซ้อน เมื่อพิจารณาว่าเป็นปริภูมิเวกเตอร์จริง) แผนที่จะกำหนดเซมินอร์มบนปริภูมิเวกเตอร์จริงที่เรียกว่าเซมินอร์มที่เกี่ยวข้องกับ[ 3 ] ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงหรือเชิงซ้อนเป็นฟังก์ชันสมมาตรก็ต่อเมื่อ โดย ที่ก่อนหน้านี้

โดยทั่วไปแล้ว ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นที่มีค่าเป็นจำนวนจริงบนปริภูมิเวกเตอร์ (จำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อน) แล้ว จะกำหนดเซมินอร์มบนถ้าค่าสูงสุดนี้เป็นจำนวนจริงเสมอ (นั่นคือ ไม่เท่ากับ)

ความสัมพันธ์กับฟังก์ชันเชิงเส้น

ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงแล้วสิ่งต่อไปนี้จะเทียบเท่ากัน: [ 1 ]

  1. เป็นฟังก์ชันเชิงเส้น
  2. สำหรับทุกๆ
  3. สำหรับทุกๆ
  4. เป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นขั้นต่ำ

ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงจะมีฟังก์ชันเชิงเส้นบนเช่นนั้น[ 1 ]

ถ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์จริงเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นบนและเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบวกบนแล้ว บน ก็ ต่อเมื่อ[ 1 ]

การครอบงำฟังก์ชันเชิงเส้น

ฟังก์ชันค่าจริงที่กำหนดบนเซตย่อยของปริภูมิเวกเตอร์จริงหรือเชิงซ้อนกล่าวได้ว่าถูกครอบงำโดยฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นถ้าสำหรับทุก ๆที่อยู่ในโดเมนของ ถ้า เป็น ฟังก์ชันเชิงเส้นจริงบนแล้ว[ 6 ] [ 1 ]จะถูกครอบงำโดย(นั่นคือ) ก็ต่อเมื่อ ยิ่งไปกว่านั้น ถ้า เป็นเซมินอร์มหรือ แผนที่สมมาตรอื่น ๆ(ซึ่งตามคำนิยามหมายความว่าเป็นจริงสำหรับทุก ๆ) ก็ต่อเมื่อ

ทฤษฎีบท[ 1 ]ถ้าเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบนปริภูมิเวกเตอร์จริงและถ้าแล้วจะมีฟังก์ชันเชิงเส้นบนที่ถูกครอบงำโดย(นั่นคือ) และสอดคล้อง กับ ยิ่งไปกว่านั้น ถ้าเป็นปริภูมิเวกเตอร์เชิงโทโพโลยีและต่อเนื่องที่จุดกำเนิด แล้วต่อเนื่อง

ความต่อเนื่อง

ทฤษฎีบท[ 7 ]สมมติว่าเป็นฟังก์ชันย่อยบวก (นั่นคือสำหรับทุก) แล้วจะต่อเนื่องที่จุดกำเนิดก็ต่อเมื่อจะต่อเนื่องอย่างสม่ำเสมอที่ ถ้าสอดคล้องกับแล้วจะต่อเนื่องก็ต่อเมื่อค่าสัมบูรณ์ของมันต่อเนื่อง ถ้าไม่เป็นลบ แล้วจะต่อเนื่องก็ต่อเมื่อเป็นเซตเปิดใน

สมมติว่าเป็นปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (TVS) เหนือจำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อน และเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นบน จากนั้นสิ่งต่อไปนี้จะเทียบเท่ากัน: [ 7 ]

  1. เป็นค่าต่อเนื่อง;
  2. ต่อเนื่องที่ 0;
  3. มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอบน;

และหากผลเป็นบวก รายชื่อนี้อาจขยายเพิ่มเติมเพื่อรวมถึง:

  1. เปิดทำการแล้ว

ถ้าเป็น TVS จริงเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นบนและเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นต่อเนื่องบนแล้วบนแสดงว่าต่อเนื่อง[ 7 ]

ความสัมพันธ์ระหว่างฟังก์ชันมินคอฟสกีและเซตเว้าเปิด

ทฤษฎีบท[ 7 ]ถ้าเป็นย่านเปิดนูนของจุดกำเนิดในปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี แล้วฟังก์ชัน Minkowskiของเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นที่ไม่เป็นลบต่อเนื่องบนโดยที่ถ้า นอกจากนี้เป็นเซตสมดุลแล้วเป็นเซมินอร์มบน

ความสัมพันธ์กับเซตแบบนูนเปิด

ทฤษฎีบท[ 7 ]สมมติว่าเป็นปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอ พอโลยี (ไม่จำเป็นต้องนูนเฉพาะที่หรือเฮาส์ดอร์ฟ ) เหนือจำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อน แล้วเซตย่อยนูนเปิดของคือเซตย่อยที่มีรูปแบบสำหรับบางและฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นต่อเนื่องบวกบางฟังก์ชันบน

การพิสูจน์

ให้เป็นเซตย่อยนูนเปิดของ ถ้าแล้วให้และมิฉะนั้นให้เป็นค่าใดๆ ก็ได้ ให้เป็นฟังก์ชันมิงคอฟสกีของซึ่งเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นต่อเนื่องบนเนื่องจากเป็นเซตแบบนูน ดูดซับและเปิด ( อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องเป็นเซมินอร์ม เนื่องจากไม่ได้ถือว่า เป็นเซตสมดุล ) จากนั้นจึงได้ว่า จะแสดงให้เห็นว่าซึ่งจะทำให้การพิสูจน์เสร็จสมบูรณ์คุณสมบัติหนึ่งที่ทราบกันดีของฟังก์ชันมิงคอฟสกีรับประกันว่าโดยที่เนื่องจากเป็นเซตแบบนูนและมีจุดกำเนิดอยู่ ดังนั้นตามที่ต้องการ

ผู้ปฏิบัติงาน

แนวคิดนี้สามารถขยายไปใช้กับตัวดำเนินการที่เป็นเอกพันธุ์และย่อยบวกได้ ซึ่งต้องอาศัยเพียงแค่ว่าโดเมนร่วมเป็นปริภูมิเวกเตอร์เรียงลำดับเพื่อให้เงื่อนไขเหล่านี้มีความหมาย

นิยามของวิทยาการคอมพิวเตอร์

ในวิทยาการคอมพิวเตอร์ฟังก์ชันเรียกว่า ฟังก์ชัน ย่อยเชิงเส้นถ้าหรือในสัญกรณ์เชิงอะซิมโทติก (สังเกตตัวอักษรเล็ก) ในทางรูปธรรมถ้าและเฉพาะเมื่อ สำหรับค่าที่กำหนดใดๆจะมีอยู่เช่นนั้นสำหรับ[ 8 ] นั่นคือเติบโตช้ากว่าฟังก์ชันเชิงเส้นใดๆ ความหมายทั้งสองไม่ควรสับสนกัน: ในขณะที่ฟังก์ชัน Banach เป็นฟังก์ชันนูนเกือบจะตรงกันข้ามกับฟังก์ชันที่มีการเติบโตย่อยเชิงเส้น: ทุกฟังก์ชันสามารถมีขอบเขตบนได้ด้วยฟังก์ชันเว้าที่มีการเติบโตย่อยเชิงเส้น[ 9 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

หลักฐาน

  1. ^ให้ความไม่เท่ากันและความสมมาตรของสามเหลี่ยมบ่งชี้ว่าการแทนค่าและลบออกจากทั้งสองข้างพิสูจน์ได้ว่าดังนั้นซึ่งหมายความว่า
  2. ^ถ้าเช่นนั้น ความเป็นเอกพันธุ์ที่ไม่เป็นลบจะหมายความว่าดังนั้นซึ่งจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อ
  3. ^ซึ่งจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อการแทนค่าและให้ผลลัพธ์ที่บ่งชี้ว่า(ไม่จำเป็นต้องมีเอกพันธุ์เชิงบวก อสมการสามเหลี่ยมก็เพียงพอแล้ว)
  4. ^ให้และเหลือเพียงแสดงว่าอสมการสามเหลี่ยมบ่งชี้ว่าเนื่องจากตามที่ต้องการ

บรรณานุกรม

  • Kubrusly, Carlos S. (2011). องค์ประกอบของทฤษฎีตัวดำเนินการ (ฉบับที่สอง). บอสตัน: Birkhäuser . ISBN 978-0-8176-4998-2. OCLC  710154895 .
  • รูดิน, วอลเตอร์ (1991). การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน . ชุดนานาชาติในคณิตศาสตร์บริสุทธิ์และประยุกต์ เล่มที่ 8 (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). นิวยอร์ก, นิวยอร์ก: แมคกรอว์-ฮิลล์ วิทยาศาสตร์/วิศวกรรม/คณิตศาสตร์ . ISBN 978-0-07-054236-5. OCLC  21163277 .
  • นาริซี, ลอว์เรนซ์; เบคเกนสไตน์, เอ็ดเวิร์ด (2011). ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีคณิตศาสตร์บริสุทธิ์และประยุกต์ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). โบคา ราตัน, ฟลอริดา: สำนักพิมพ์ CRC. ISBN 978-1584888666. OCLC  144216834 .
  • Schaefer, Helmut H. ; Wolff, Manfred P. (1999). ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอ โล ยีGTMเล่ม 8 (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). นิวยอร์ก, นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ Springer New York. ISBN 978-1-4612-7155-0. OCLC  840278135 .
  • Schechter, Eric (1996). คู่มือการวิเคราะห์และรากฐาน . ซานดิเอโก, แคลิฟอร์เนีย: Academic Press. ISBN 978-0-12-622760-4. OCLC  175294365 .
  • เทรฟส์, ฟรองซัวส์ (2549) [2510] ปริภูมิเวกเตอร์ทอพอโลยี การแจกแจง และเคอร์เนล Mineola, NY: สิ่งพิมพ์โดเวอร์ไอเอสบีเอ็น 978-0-486-45352-1. OCLC  853623322 .
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sublinear_function&oldid=1317832991 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น

ใน พีชคณิตเชิงเส้น ฟังก์ชัน ย่อยเชิงเส้น (หรือ ฟังก์ชันนั ล ซึ่งมักใช้ใน วิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน ) หรือที่เรียกว่า ค วาซี-เซมินอร์ม บน ปริภูมิเวกเตอร์ คือ ฟังก์ชัน ค่า จริง...

คำจำกัดความ

ให้เป็น ปริมาณเวกเตอร์ เหนือฟิลด์โดยที่เป็น จำนวนจริง หรือ จำนวนเชิงซ้อน ฟังก์ชัน เรียกว่า X {\displaystyle X} เค , {\displaystyle \mathbb {K} ,} เค {\displaystyle \mathbb {K} } อาร์ {\displaystyle \mathbb {R} } ซี . {\displaystyle \mathbb {C} .

ตัวอย่างและเงื่อนไขที่เพียงพอ

นอร์ม เซมินอร์ม และฟังก์ชันเชิงเส้นจริง ทุกตัวเป็นฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น ฟังก์ชัน เอกลักษณ์ บนเป็นตัวอย่างของฟังก์ชันย่อยเชิงเส้น (อันที่จริง มันเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นด้วยซ้ำ) ที่ไม่ใช่ทั้งบวกและเซมินอร์ม เช่นเดียวกับการปฏิเสธของแผนที่นี้[ 5 ] โดย ทั่วไปแล้ว...

คุณสมบัติ

ฟังก์ชันย่อยเชิงเส้นทุกฟังก์ชันเป็น ฟังก์ชันนูน : สำหรับ 0 ≤ ที ≤ 1 , {\displaystyle 0\leq t\leq 1,} พี ( ที x + ( 1 − ที ) y ) ≤ พี ( ที x ) + พี ( ( 1 − ที ) y ) การบวกย่อย = ที พี ( x ) + ( 1 − ที ) พี ( y ) ความสม่ำเสมอที่ไม่เป็นลบ {\displaystyle...