证明欧几里得范数满足范数的定义 欧几里得范数定义: 给定n维向量x = [x1,x2,.., xn],其欧几里得范数为: 2 = sqrt( x12 + x22 + ... + xn2)
时间: 2024-01-23 21:01:37 浏览: 77
为了证明欧几里得范数满足范数的定义,我们需要证明它满足以下三个性质:
1. 非负性:对于任意 $x\in\mathbb{R}^n$,有 $\left\|x\right\|_2 \geq 0$,且当且仅当 $x = 0$ 时,有 $\left\|x\right\|_2 = 0$。
2. 齐次性:对于任意 $x\in\mathbb{R}^n$ 和 $\alpha\in\mathbb{R}$,有 $\left\|\alpha x\right\|_2 = \left|\alpha\right|\left\|x\right\|_2$。
3. 三角不等式:对于任意 $x,y\in\mathbb{R}^n$,有 $\left\|x+y\right\|_2 \leq \left\|x\right\|_2 + \left\|y\right\|_2$。
现在我们分别证明这三个性质:
1. 对于任意 $x\in\mathbb{R}^n$,我们有:
$$\left\|x\right\|_2 = \sqrt{x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_n^2} \geq 0$$
当且仅当 $x = 0$ 时,有 $\left\|x\right\|_2 = 0$。因此,欧几里得范数满足非负性。
2. 对于任意 $x\in\mathbb{R}^n$ 和 $\alpha\in\mathbb{R}$,我们有:
$$\left\|\alpha x\right\|_2 = \sqrt{(\alpha x_1)^2 + (\alpha x_2)^2 + \cdots + (\alpha x_n)^2} = \left|\alpha\right|\sqrt{x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_n^2} = \left|\alpha\right|\left\|x\right\|_2$$
因此,欧几里得范数满足齐次性。
3. 对于任意 $x,y\in\mathbb{R}^n$,我们有:
$$\left\|x+y\right\|_2^2 = (x_1+y_1)^2 + (x_2+y_2)^2 + \cdots + (x_n+y_n)^2$$
$$= x_1^2 + y_1^2 + 2x_1y_1 + x_2^2 + y_2^2 + \cdots + x_n^2 + y_n^2 + 2x_ny_n$$
$$\leq (x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_n^2) + (y_1^2 + y_2^2 + \cdots + y_n^2) + 2\sqrt{(x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_n^2)(y_1^2 + y_2^2 + \cdots + y_n^2)}$$
$$= \left\|x\right\|_2^2 + \left\|y\right\|_2^2 + 2\left\|x\right\|_2\left\|y\right\|_2$$
$$= (\left\|x\right\|_2 + \left\|y\right\|_2)^2$$
因此,取平方根可得 $\left\|x+y\right\|_2 \leq \left\|x\right\|_2 + \left\|y\right\|_2$。因此,欧几里得范数满足三角不等式。
综上所述,欧几里得范数满足范数的定义。
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