ノルム

$$\newcommand{AA}[0]{\mathscr{A}} \newcommand{abs}[1]{\left\lvert#1\right\rvert} \newcommand{angleb}[1]{\left\langle #1 \right\rangle} \newcommand{Arg}[0]{\operatorname{Arg}} \newcommand{Ba}[0]{\mathbf{a}} \newcommand{BB}[0]{\mathscr{B}} \newcommand{Bb}[0]{\mathbf{b}} \newcommand{Be}[0]{\mathbf{e}} \newcommand{Bu}[0]{\mathbf{u}} \newcommand{Bv}[0]{\mathbf{v}} \newcommand{Bw}[0]{\mathbf{w}} \newcommand{Bx}[0]{\mathbf{x}} \newcommand{By}[0]{\mathbf{y}} \newcommand{Bzr}[0]{\mathbf{0}} \newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{CC}[0]{\mathscr{C}} \newcommand{F}[0]{\mathbb{F}} \newcommand{floor}[1]{\left\lfloor#1\right\rfloor} \newcommand{im}[0]{\operatorname{Im}} \newcommand{ind}[0]{\mathrm{ind}} \newcommand{K}[0]{\mathbb{K}} \newcommand{Ker}[0]{\operatorname{Ker}} \newcommand{L}[0]{\mathbb{L}} \newcommand{mmod}[1]{\ \left(\mathrm{mod}\ #1\right)} \newcommand{Mod}[1]{\ \left(\mathrm{mod}\ #1\right)} \newcommand{N}[0]{\mathbf{N}} \newcommand{ord}[0]{\mathrm{ord}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{rank}[0]{\operatorname{rank}} \newcommand{span}[0]{\operatorname{span}} \newcommand{SS}[0]{\mathscr{S}} \newcommand{TT}[0]{\mathscr{T}} \newcommand{UU}[0]{\mathscr{U}} \newcommand{wenvert}[1]{\left\lvert\left\lvert#1\right\rvert\right\rvert} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$

半正定値のスカラー積あるいはエルミート積 $\langle , \rangle$ について
$\Bv\in V$ノルム (norm) を
$$\wenvert{\Bv}=\sqrt{\langle \Bv, \Bv\rangle}$$
により定める。

$\langle , \rangle$ は半正定値だから、ノルムは常に $0$ 以上の実数となる(半正定値条件がなければ、平方根は複素数となるが一意的に定まらなくなる)。
$\langle , \rangle$ が正定値ならば、ノルムが $0$ となるのは零ベクトルのみである。
ノルムが $1$ であるベクトルを単位ベクトル (unit vector) という。

任意の $k\in\K, \Bv\in V$ について
$$\wenvert{k\Bv}=\abs{k} \wenvert{\Bv}$$
となることがすぐにわかる。実際
$$\wenvert{k\Bv}=\sqrt{\langle k\Bv, k\Bv\rangle}=\sqrt{k\bar k\langle \Bv, \Bv\rangle} =\sqrt{\abs{k}^2 \langle \Bv, \Bv\rangle}=\abs{k} \wenvert{\Bv}$$
となる。

また、任意のベクトル $\Bu, \Bv\in V$ について余弦定理の一般化
$$\wenvert{\Bu+\Bv}^2=\wenvert{\Bu}^2+\wenvert{\Bv}^2+2\mathrm{Re}\langle \Bu, \Bv\rangle$$
が成り立つ。実際
$$ \begin{split} \wenvert{\Bu+\Bv}^2= & ~ \wenvert{\Bu}^2+\langle \Bu, \Bv\rangle + \langle \Bv, \Bu\rangle +\wenvert{\Bv}^2 \\ = & ~ \wenvert{\Bu}^2+ \langle \Bu, \Bv\rangle + \overline{\langle \Bu, \Bv\rangle} +\wenvert{\Bv}^2 \\ = & ~ \wenvert{\Bu}^2+\wenvert{\Bv}^2+2\mathrm{Re}\langle \Bu, \Bv\rangle \end{split}$$
となる。

参考文献

[1]
Serge Lang, Linear Algebra, 3rd ed., Undergraduate Texts in Mathematics, Springer, 1987
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