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Espaços normados: condição que implica normas equivalentes

Por André Caldas @andrecaldas
    2021-12-03 02:36:40.258Z2021-12-03 11:15:16.234Z

    Série A

    Atenção: utilize o resultado de outros exercícios da Série A.

    Tem um teorema que diz que, independente das normas em $\mathbb{R}^p$ e $\mathbb{R}^q$, todas as transformações lineares
    $$
    T: \mathbb{R}^p \rightarrow \mathbb{R}^q
    $$
    são contínuas (nas topologias das normas). Utilize este teorema para mostrar que todas as normas em $\mathbb{R}^n$ são equivalentes.

    • 3 respostas
    1. R
      Rodolfo Ferreira de Oliveira @rodolfo_edp
        2021-12-03 12:35:16.563Z2021-12-03 12:58:50.632Z

        Sejam $||\cdot||_1, ||\cdot||_2$ duas normas arbitrárias em $\mathbb{R}^n$. Considere então o operador $T: (\mathbb{R}^n,||\cdot||_1)\to (\mathbb{R}^n,||\cdot||_2)$ dado por $T(v)=v$. Claramente, $T$ é linear, afinal:
        $$
        T(v+\alpha u)=v+\alpha u = T(v)+\alpha T(u)
        $$
        Seja $S= \{ v \in \mathbb{R}^n:||v||_1=1\}$ a esfera de $(\mathbb{R}^n,||\cdot||_1)$. Temos que $S$ é um conjunto compacto. Como $T$ é um operador linear entre espaços euclidianos, $T$ é contínuo, assim pelo Teorema de Weierstrass, $T(S)$ é compacto em $(\mathbb{R}^n,||\cdot||_2)$. Logo, existem $c_1,c_2>0$ tais que:
        $$
        c_1\le ||T(v)||_2 \le c_2, \forall v \in S
        $$
        Isto é,
        $$
        c_1\le ||v||_2\le c_2, \forall v \in S
        $$
        Seja então $v\neq 0$ arbitrário em $\mathbb{R}^n$. Note que $u:=\dfrac{v}{||v||_1}\in S$, logo:
        $$
        c_1 \le ||u||_2 \le c_2\implies c_1 \le \bigg|\bigg|\dfrac{v}{||v||_1}\bigg|\bigg|_2 \le c_2 \implies c_1||v||_1\le ||v||_2\le c_2||v||_1
        $$
        Naturalmente, para $v=0$ vale a igualdade na expressão acima, assim:
        $$
        c_1||v||_1\le||v||_2\le c_2||v||_1, \forall v \in \mathbb{R}^n
        $$
        e segue então o resultado.

        1. AAndré Caldas @andrecaldas
            2021-12-03 12:43:42.970Z

            Aqui no fórum, o "backslash" serve pra colocar caracteres especiais. Então, por isso, às vezes alguns "backslash" somem! Nesse caso, tem que colocar duas vezes.

            Exemplo: $\{x\}$ -- \\{x\\}

            Se for quebra de linha, tem que colocar 4: \\\\.

            E quando tem algum subscrito, é bom colocar antes do símbolo _, porque às vezes dá problema: $\bar{x}_y$ -- \bar{x}\_y.

            1. Sim, logo depois que postei o PS, encontrei naquela aba sobre os comandos como fazer, valeu.