ノルムと三角不等式
Norms and the triangle inequality
1導入 どうにゅう
この
1Introduction
The important point of this lecture is that a
If we define from an
2用語 ようご と定義 ていぎ
2Terms and definitions
A
and
The third inequality is the
3方針 ほうしん
まずノルムの
3Plan
First we verify the norm axioms. Then we show that the norm induced by an inner product satisfies them. The triangle inequality is the only nontrivial part, and it follows from the Cauchy-Schwarz inequality.
data/lecture/math/linear-algebra/inner-product-space-basics.lecture.n.md4直感的 ちょっかんてき な説明 せつめい
ベクトルでは、 だけ
4Intuitive explanation
The triangle inequality is the abstract form of the geometric fact that a detour is not shorter than the direct path. Moving by and then by is a path whose total length is , while moving directly to has length . Therefore
5厳密 げんみつ な説明 せつめい
5.11. 内積 ないせき inner product からノルムを定義 ていぎ する
と
スカラー については、
であるから、
を
5.22. 三角不等式 さんかくふとうしき を導出 どうしゅつ する
である。
コーシー・シュワルツの
を
5Precise explanation
5.11. Defining a norm from an inner product
In an
Positive definiteness gives and , so nonnegativity and the zero-vector condition hold.
For a scalar ,
so
5.22. Deriving the triangle inequality
In a real inner product space,
By Cauchy-Schwarz,
Therefore
Both sides are nonnegative, so taking square roots gives
In a complex inner product space, the expansion contains , and the proof is the same because
6具体例 ぐたいれい
の
である。、 とすると、
であり、 が
6Concrete example
In with the standard inner product,
For and ,
so the triangle inequality reads .
7別 べつ の観点 かんてん
ノルムが
によって
7Another viewpoint
Once a norm is given,
defines distance. This supports notions such as convergence and error:
Geometrically, a norm is distance from the origin, and the triangle inequality ensures that this distance is compatible with geometric intuition.
8判定基準 はんていきじゅん
長 なが さ、距離 きょり 、収束 しゅうそく 、誤差 ごさ を対象 たいしょう にするなら、ノルムを確認 かくにん する。内積 ないせき inner product が与 あた えられているなら、まず を構成 こうせい する。不等式 ふとうしき の証明 しょうめい では、コーシー・シュワルツの不等式 ふとうしき から三角不等式 さんかくふとうしき へ接続 せつぞく する。
8Criteria
- When length, distance, convergence, or error is involved, identify the norm.
- If an inner product is given, first construct .
- For inequalities involving norms induced by inner products, Cauchy-Schwarz is the standard tool leading to the triangle inequality.
9どこまで成立 せいりつ するか
9Scope and limitations
Every norm obtained from an inner product satisfies the triangle inequality. However, not every norm comes from an inner product. For example, the and norms on are important norms, but they are not generally the norm induced by the standard inner product.
10最終形 さいしゅうけい
10Final forms
11一言 ひとこと でいうと
- ノルムは
長 なが さを抽象化 ちゅうしょうか した関数 かんすう であり、三角不等式 さんかくふとうしき により距離 きょり として作用 さよう する。
11In one sentence
A