Lᵖ 空間與積分理論
Lp 範數
範數用一個非負數回答「這個對象有多大」。對函數而言合理的答案有很多,而 L^p 範數是其中一個單參數的旋鈕。把旋鈕撥到 p = 1,量度的是累積的總大小(|f| 下方的面積);撥到 p = 2,量度的是均方根或「能量」式的大小;隨著 p 增大,它越來越關注最高的尖峰,越來越忽視寬廣的低平區域。
對 (X, mu) 上的可測函數 f 及 1 <= p < 無窮,L^p 範數為 ||f||_p = (|f|^p 的積分) 的 1/p 次方。外層的 1/p 次方是關鍵:它使範數齊次,從而對任意純量 c 有 ||c f||_p = |c| ||f||_p,恢復範數應有的伸縮性。沒有它,把 f 乘以 c 會使該量乘上 |c|^p 而非 |c|。
嚴格說來,唯有在把幾乎處處相等的函數等同後它才是範數,因為 ||f||_p = 0 只能逼出 f 幾乎處處為零,而非處處為零。在未作等同的函數空間上它僅是一個半範數。三角不等式 ||f + g||_p <= ||f||_p + ||g||_p 對所有 p >= 1 成立,這正是閔可夫斯基不等式;當 0 < p < 1 時它不成立,故那些指數給不出真正的範數。
設 f(x) = x 於 [0, 1]。則 ||f||_1 = x 的積分 = 1/2,而 ||f||_2 = sqrt(x^2 的積分) = sqrt(1/3) ≈ 0.577。此處 L^2 範數較大,因為平方放大了 f 在 x = 1 附近的部分。
不同的 p 強調函數的不同部分,從而給出不同的大小。
另見