在通常的应用中,例如在函数空间中,它们有一个
代数结构,即构成一个线性空间,同时还与某种收敛性相联系,处理这种结构最常用的一般方法是引入一个
范数,这样就导致赋范空间的概念。
向量的范数是长度概念的推广。设是域(实数域或复数域)上的
线性空间,函数满足条件:
特别感兴趣的是称为巴拿赫空间的完备赋范空间。每个赋范空间V是巴拿赫空间内的一个稠子空间;这个巴拿赫空间本质上是由V定义的,称为V的
完备化。
如果(V,‖·‖)是赋范空间,则‖·‖引入度量(距离的概念),并因此导致V上的拓扑。该度量以自然的方式定义:两个向量之间的距离u v由||u-v||给出。这种拓扑正是最弱的拓扑结构,使得“‖”连续,并且与以下意义上的V的线性结构兼容:
标量乘法:K×V→V,其中K是V的底层标量场,是联合连续的。这取决于三角不平等和规范的均匀性。
类似地,对于任何半赋范空间,我们可以将两个向量u和v之间的距离定义为‖u-v‖。这将把这个空间变成一个假的空间(注意这比一个度量要弱),并允许定义诸如连续性和收敛的概念。为了更抽象地说,每个半赋范空间是一个
拓扑线性空间,因此承载了由
半范数引起的拓扑结构。
有限维向量空间上的所有范数从拓扑观点是等价的,因为它们诱导相同的拓扑(尽管所得的度量空间不必相同)。并且,由于任何
欧几里德空间是完备的,因此我们可以得出结论,所有有限维的赋范空间是巴拿赫空间。当且仅当单位球B = {x:‖x‖≤1}紧时,赋范空间V是局部紧的,当且仅当V是有限维的情况下才是这种情况;这是
里斯引理的结果。 (事实上,更一般的结果是真实的:当且仅当它是有限维时,拓扑线性空间是局部紧的,这里的意思是我们不假定拓扑来自一个范数。)