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貝塞爾不等式
鎖定
貝塞爾不等式(Bessel inequality)是關於傅里葉係數平方和的估計。
- 中文名
- 貝塞爾不等式
- 外文名
- Bessel inequality
- 應用學科
- 數學
- 應用領域
- 泛函分析
- 相關術語
- 帕塞瓦爾定理
- 定 義
- 是關於傅里葉係數平方和的估計
- 類 型
- 數學領域術語
貝塞爾不等式定義及延伸
舉例來説,平面上的一個向量的長度的平方等於它在兩個相互垂直的座標軸上的投影的平方和,而對於一個三維空間上的向量,它在兩個相互垂直的座標軸上的投影的平方和一般會小於它自身的長度的平方,除非它就在這兩個座標軸構成的平面上。對於一個希爾伯特空間中的向量來説,它在任意一個正交序列上的投影的平方和也是小於等於它自身的長度的平方。這就是貝塞爾不等式。貝塞爾不等式的等號成立當且僅當正交序列是完全序列。這時貝塞爾不等式轉化為帕塞瓦爾定理。
[1]
其中的係數
是x在一個正交向量序列中元素
上的投影的長度。
貝塞爾不等式例子
貝塞爾不等式例一
平面直角座標系
[2]
平面上的向量滿足勾股定理。在平面上,假定已經存在一個由相互垂直的向量構成的直角座標系。根據勾股定理,一個向量的長度的平方
等於它在X軸的投影的長度的平方(
)加上它在Y軸的投影的長度的平方(
),如圖1。
實際上,整個平面上的每一個向量都可以由這兩個相互垂直的單位向量的有限線性組合表示。這樣的一組相互垂直的向量被稱為是這個平面裏的一組完全規範。
正交向量:每個向量都可以被這一組向量的有限線性組合作任意程度的逼近(事實上是等於)。
貝塞爾不等式例二
三維空間中的平面投影
當向量是在三維歐幾里得空間中時,對於一個平面(比如説xOy平面)以及平面上的一個由相互垂直的向量(Ox 方向上的
和Oy 方向上的
)構成的直角座標系,向量的長度的平方會比它在X軸的投影的長度平方加上它在Y軸的投影的長度平方之和還要大。實際上,這個平方和正是向量在xOy平面上的投影的長度的平方。而原來的向量的長度的平方是這個投影長度的平方加上它在Z軸的投影的長度平方。
這個事實説明,向量
和
不是三維歐幾里得空間裏的一組完全正交向量。
貝塞爾不等式證明
設一個向量x在這個規範正交序列上的投影為向量:
,而x與它的投影的差則是向量:
。這兩個向量的內積等於:
也就是説,x在這個規範正交序列上的投影垂直於x與它的投影的差。所以根據勾股定理,有: