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El salto a las dimensiones infinitas

La ampliación de esta pregunta, página 447 de Gilbert Strang del Álgebra dice el libro

¿Qué significa para un vector a tiene una infinidad de componentes? Hay dos respuestas diferentes, tanto de la buena:
1) El vector se vuelve $v = (v_1, v_2, v_3 ... )$
2) El vector se convierte en una función de $f(x)$. Podría ser $\sin(x)$.

No acabo de ver en qué sentido la función es "infinito dimensional". Es a causa de que una función es continua, y por lo tanto representa una infinidad de puntos? La mejor manera de explicarlo es:

  • 1D espacio de 1 DOF, por lo que cada "vector" que lleva a "un viaje"
  • Espacio 2D tiene 2 DP, así que, siguiendo cada componente en 2D (x,y) el vector que terminan en "dos viajes"
  • ...
  • $\infty$D espacio ha $\infty$ DOF, por lo que cada componente en una $\infty$D vector lleva en "$\infty$ viajes"

¿Cómo es que siempre al final, entonces? El espacio 3d tiene 3 componentes para viajar (x,y,z) para llegar a un punto de destino. Si tenemos infinidad de componentes de viajar, ¿cómo podemos nunca llegar a un punto de destino? Debemos resolver componentes contra el infinito de los ejes y por lo que nunca llegar a un punto de destino final.

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Yuriy Tkach Puntos 51

También me gustaría agregar a Eric respuesta (resultó que esto era demasiado largo para ser solo un comentario) que, en general, probablemente no es una buena idea pensar en un vector, como se define en términos de sus componentes. Más bien, uno debe probalby pensar de un vector como un elemento de un espacio vectorial abstracto, y luego, una vez que la base es elegido, puede representar el vector en base a sus componentes con respecto a la base. Si el (algebraica) de las bases es finito, entonces usted puede escribir las coordenadas como de costumbre como $(v_1,\ldots ,v_n)$. Simiarly, si el (algebraica) de las bases es countably infinito, el vector puede ser representado por sus componentes como $(v_1,\ldots ,v_n,\ldots )$. En general, si el (algebraica) de las bases es indexado por un conjunto de índices $I$, los componentes de un vector será una función de $f_v:I\rightarrow F$ donde $F$ es el campo en el que estás trabajando.

En el segundo ejemplo que has publicado anteriormente, usted puede tomar $V$ a ser el conjunto de todos los delimitadas las funciones en $\mathbb{R}$ y usted puede tomar $F=\mathbb{R}$. A continuación, para cada una de las $x_0\in \mathbb{R}$, puede definir la función $$ \delta _{x_0}(x)=\begin{cases}1 & \text{if }x=x_0 \\ 0 &\text{otherwise}\end{casos} $$ Resulta que la colección de $\left\{ \delta _{x_0}|\, x_0\in \mathbb{R}\right\}$ formas algebraica de base para $V$. Esta colección es, naturalmente, indexado por $\mathbb{R}$, y por tanto, por la elección de esta base se puede pensar de una función en $V$ represnted por una función de $\mathbb{R}$ (la indexación de conjunto) a $\mathbb{R}$ (el campo). En este caso, la función se $\sin (x)$, que, debido a cómo elegimos nuestra base, de acuerdo con el elemento de $V$ es tratando de representar, es decir, la función original de $\sin$.

Espero que ayude!

P. S.: yo uso el término algebraico base para distinguirla de un topológica de la base, que a menudo es más útil en el infinito-dimensional de la configuración.

3voto

Eric Naslund Puntos 50150

Una cosa que está pensando en los espacios del vector que ya sabes como espacios de función en su lugar. Considerar el $\mathbb{R}^n$. Sea $T_{n}=\{1,2,\cdots,n\}$ un conjunto de tamaño $n$. Entonces $$\mathbb{R}^{n}\cong\left\{ f:T_{n}\rightarrow\mathbb{R}\right\} $$ where the set on the right hand side is the space of all real valued functions on $ T_n $. It has a vector space structure since we can multiply by scalars and add functions. The functions $ f_i $ which satisfy $ f_i (j) = $ \delta_ {ij} formará una base.

Así, un espacio dimensional finito del vector es tan sólo el espacio de todas las funciones en un conjunto finito. Cuando nos fijamos en el espacio de funciones en un conjunto infinito, obtenemos un espacio dimensional infinito del vector.

1voto

cjstehno Puntos 131

No voy a decir nada más de Theo y Eric ya se ha dicho, pero...

Como Eric dice, cada $\mathbb{R}^n$ puede ser visto como un espacio de funciones de $f: T_n \longrightarrow \mathbb{R}$.

Es decir, el vector $v = (8.2 , \pi , 13) \in \mathbb{R}^3$ es la misma que la función $v: \left\{ 1,2,3\right\} \longrightarrow \mathbb{R}$ tal que $v(1) = 8.2, v(2) = \pi$$v(3) = 13$.

Así, las coordenadas de $v$ son los mismos que sus valores en el conjunto de $\left\{ 1,2,3\right\}$, ¿no? En efecto, las coordenadas de $v$ son los coeficientes que aparecen en el lado derecho de esta igualdad:

$$ (8.2, \pi , 13) = v(1) (1,0,0) + v(2) (0,1,0) + v(3) (0,0,1) \ . $$

Por otro lado, las coordenadas de $v$ son sus coordenadas en el estándar de la base de $\mathbb{R}^3$: $e_1 = (1,0,0), e_2 = (0,1,0)$ y $ e_3 = (0,0,1)$ y podemos ver estos vectores de la base estándar como funciones, como todos los vectores en $\mathbb{R}^3$. Son los siguientes "funciones":

$$ e_i (j) = \begin{cases} 1 & \text{if}\quad i=j \\ 0 & \text{if}\quad i \neq j \end{casos} $$

Esta es una extraña manera de mirar las antiguas, confiable, $\mathbb{R}^3$ y su nivel de base, ¿no?

Bueno, el punto en hacerlo es hacerse de la siguiente construcción: vamos a $X$ ser cualquier conjunto (finito o infinito, contables o incontables) y consideremos el conjunto de todas las funciones de $f: X \longrightarrow \mathbb{R}$ (no necesariamente continua: además, ya no pedimos $X$ a de un espacio topológico, no tiene sentido hablar de la continuidad). Llamar a este conjunto de

$$ \mathbb{R}^X \ . $$

Ahora, usted puede hacer $\mathbb{R}^X $ en un verdadero espacio vectorial mediante la definición de

$$ (f + g)(x) = f(x) + g(x) \qquad \text{y} \qquad (\lambda f)(x) = \lambda f(x) $$

para cada $x \in X$, $f, g \in\mathbb{R}^X $ y $\lambda \in \mathbb{R}$.

Y usted podría tener un "estándar" en el $\mathbb{R}^X$, que sería el conjunto de funciones $e_x : X \longrightarrow \mathbb{R}$, uno para cada punto de $x \in X$:

$$ e_x (y) = \begin{cases} 1 & \text{if}\quad x=y \\ 0 & \text{if}\quad x \neq y \end{casos} \ . $$

Así, se ve a $\mathbb{R}^3$ puede ser visto como un ejemplo particular de un espacio de funciones de $\mathbb{R}^X$ si ves el número de $3$ como el conjunto $\left\{ 1,2,3\right\}$: $\mathbb{R}^3 = \mathbb{R}^\left\{ 1,2,3\right\} = \mathbb{R}^\mathbb{T_3}$ y las "coordenadas" de una función de $f\in \mathbb{R}^X$ son los mismos que sus valores de $\left\{ f(x)\right\}_{x \in X}$.

(De hecho, una función de $f$ es la misma que la de su conjunto de valores sobre todos los puntos de $X$, ¿no? -En la misma forma como identificar cada vector con sus coordenadas en una base.)

Advertencia. He sido infiel, un poco aquí, porque, en general, el conjunto de $\left\{ e_x\right\}_{x\in X}$ no es una base para el espacio vectorial $\mathbb{R}^X$. Si fue así, cada función de $f\in \mathbb{R}^X$ podría ser escrito como una finito combinación lineal de los $e_x$. De hecho, usted tiene

$$ f = \sum_{x\in X} f(x) e_x \ , $$

pero la suma de la derecha no necesita ser finito si $X$ que no lo es, por ejemplo.

Una forma de solucionar esto: en lugar de $\mathbb{R}^X$, considerar el subconjunto $S \subset \mathbb{R}^X$ funciones $f: X \longrightarrow \mathbb{R}$ tal que $f(x) \neq 0$ sólo para un finito número de puntos de $x\in X$. Entonces es cierto que $\left\{ e_x\right\}_{x\in X}$ es una base para $S$.

(De lo contrario, dijo, $\mathbb{R}^X = \prod_{x\in X} \mathbb{R}_x$ $S = \bigoplus_{x\in X} \mathbb{R}_x$ donde $\mathbb{R}_x = \mathbb{R}$ todos los $x\in X$.)

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