C a,b 在L1下到其子空間的最佳逼近

2021-08-08 17:15:37 字數 2557 閱讀 4021

特徵定理.

a 為c[

a,b]

一子空間,f∈

c[a,

b],p∈a

滿足x:=

由有限個區間和點構成,則

p 為f在

a 上最佳l1

逼近當且僅當對任意q∈

a 有∣∣

∣∫ba

sgnq

(x)d

x∣∣∣

≤∫x|

q(x)

|dx.

直觀證明.

x 為零測集時,

p 為f在

a 上最佳lr

逼近(r>1)當僅當對任意q∈

a 和θ∈

r 有∫b

a|f(

x)−p

(x)−

θq(x

)|rd

x≥∫b

a|f(

x)−p

(x)|

rdx.

對θ=0 處求導得充要條件(必要性由上左為關於

θ 的凸函式顯然)∫b

asgn

|f(x

)−p(

x)|r

−1q(

x)dx

=0. □

haar系有以下四種等價定義

引理1.

a 為c[

a,b]

的n+1

維haar子空間,f∈

c[a,

b]。若f∗

為f到a

的最佳l

1 逼近,且e∗

f:=f−

f∗有有限個零點,則e∗

f 至少變號n+

1 次。

證明.若e∗

f 變號小於n+

1 次,則

a 中存在一元

q 使得∫b

asgn

q(x)

dx>0.□

引理2.

a 為c[

a,b]

的n+1

維haar子空間,則

a 為l1

下的chebyshev集。

證明.設q∗

和r∗ 為兩個

f 的最佳逼近,令p∗

=12(

q∗+r

∗)。顯然p

∗ 亦為最佳逼近,且由連續性|f

(x)−

p∗(x

)|≡1

2|f(

x)−q

∗(x)

|+12

|f(x

)−r∗

(x)|

。故而q∗

−r∗ 有至少n+

1 個零點,即為0。 □

定理.

a 為c[

a,b]

的n+1

維haar子空間,f∈

c[a,

b]。若f∗

為f到a

的最佳l

1 逼近,且e∗

f:=f−

f∗恰有n+

1 個零點,則這些零點一致。

證明.設f,

g∈c[

a,b]

,f∗ 與g∗

滿足條件,零點分別為ni

=0和ni=

0 。不妨設s∗

f(a)

=s∗g

(a) ,ξ0

≤η0 。則由特徵定理,對任意p∈

a 有∫b

as∗f

(x)p

(x)d

x=∫b

as∗g

(x)p

(x)d

x=0. 取p

∈a使得s∗

fp≥0

,則有:[a

,ξ0]

上s∗f

=s∗g

,[ξ0

,b] 上s∗

fp≥s

∗gp (若s∗

f>s∗

g ,則有s∗

≥0,從而p≥

0 ,反之亦然)。從而由∫b

ξ0[s

∗f(x

)−s∗

g(x)

]p(x

)dx=

0 得s

∗f−s

∗g幾乎處處為零。 □

定理(chebyshev點).若上定理中有a=

pn,[a,

b]=[

−1,1

] ,則零點為ζ:=

ni=0

證明.只需證明對chebyshev多項式tj

:=cos

∘jid

∘cos

−1成立∫1

−1s∗

ζ(x)

tj(x

)dx=

0.

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