Lp空间,
数学概念,在数学中, Lp空间是由p次
可积函数组成的空间;对应的lp空间是由 p次可和序列组成的空间。在
泛函分析和
拓扑向量空间中,他们构成了
巴拿赫空间一类重要的例子。
Lp(X,M,μ)可简写为Lp(μ)、Lp(X)或Lp。且Lp空间中的元为
几乎处处相等的相应函数等价类。
设A为非空集,定义lp(A)为Lp(μ),其中μ为(A,P(A))的
计数测度。lp()可简记为lp。
当
空间维度是无穷而且不可数的时候(没有一个可数的基底),无法运用有限维或可数维度空间的办法来定义范数,但对于
可积函数空间,仍然能够定义类似的概念。具体来说,给定
可测空间(S,Σ,μ)以及
大于等于1的实数p,考虑所有从S到域(或)上的可测函数。考虑所有
绝对值的p次幂在S可积的函数,从不
等式:|f+g|≤ 2(|f|+ |g|)可知,两个p次可积函数的和,也是一个p次可积函数。另外,容易证明;闵可夫斯基不等式的积分形式说明
三角不等式对成立。满足这样条件的构成一个
半范数,令成为一个半
赋范向量空间。之所以是半范数,是因为满足的函数不一定是零函数。然而可以通过一套标准的
拓扑方法从这个半
赋范空间得到一个赋范空间。对可测函数来说,几乎处处为零(在测度μ意义下)。所以几乎处处为0,而同时也是的一个子空间。设是关于的
商空间。中的某个元素可以看作是所有和函数相差一个中元素的函数构成的
等价类。这样定义的空间是一个赋范向量空间,称为S上函数关于
测度μ的Lp空间。称为函数的p-范数。
需要注意的是,Lp空间中的元素严格来说并不是具体的函数,而是一族函数构成的等价类。而当需要将Lp空间元素当作函数来计算的时候,参与计算的实际是从这一族函数中抽取的一个代表函数。
一致范数与p-范数之间存在发关系:可以证明,L空间是完备的空间,也即是说是一个
巴拿赫空间(完备赋范向量空间)。Lp空间的
完备性通常被称为里兹-费舍尔定理。具体的证明可以借助测度上的
勒贝格积分的相关收敛定理来完成。
Lp空间都是巴拿赫空间,但只有当p= 2的时候,Lp空间是
希尔伯特空间。也就是说,可以为L空间中的元素定义
内积。表示复数的共轭。这个内积是从2-范数自然诱导的内积。Lp空间在
傅立叶级数和
量子力学以及其他领域有着重要的运用。空间可以看作是Lp空间的特例。只要取Lp空间中的,测度为上的
计数测度,则对应的就是空间。