Lᵖ 空间与积分理论
Lp 范数
范数用一个非负数回答「这个对象有多大」。对函数而言合理的答案有很多,而 L^p 范数是其中一个单参数的旋钮。把旋钮拨到 p = 1,度量的是累积的总大小(|f| 下方的面积);拨到 p = 2,度量的是均方根或「能量」式的大小;随着 p 增大,它越来越关注最高的尖峰,越来越忽视宽广的低平区域。
对 (X, mu) 上的可测函数 f 及 1 <= p < 无穷,L^p 范数为 ||f||_p = (|f|^p 的积分) 的 1/p 次方。外层的 1/p 次方是关键:它使范数齐次,从而对任意标量 c 有 ||c f||_p = |c| ||f||_p,恢复范数应有的伸缩性。没有它,把 f 乘以 c 会使该量乘上 |c|^p 而非 |c|。
严格说来,唯有在把几乎处处相等的函数等同后它才是范数,因为 ||f||_p = 0 只能逼出 f 几乎处处为零,而非处处为零。在未作等同的函数空间上它仅是一个半范数。三角不等式 ||f + g||_p <= ||f||_p + ||g||_p 对所有 p >= 1 成立,这正是闵可夫斯基不等式;当 0 < p < 1 时它不成立,故那些指数给不出真正的范数。
设 f(x) = x 于 [0, 1]。则 ||f||_1 = x 的积分 = 1/2,而 ||f||_2 = sqrt(x^2 的积分) = sqrt(1/3) ≈ 0.577。此处 L^2 范数较大,因为平方放大了 f 在 x = 1 附近的部分。
不同的 p 强调函数的不同部分,从而给出不同的大小。
另见