[¯|¯] [Spazi di prodotto scalare]. Spazi euclidei
Aprile 28th, 2019 | by Marcello Colozzo |
Definizione
Un qualunque spazio vettoriale sul campo reale si dice spazio vettoriale reale.
Un qualunque spazio vettoriale sul campo complesso si dice spazio vettoriale complesso.
Osserviamo che nozioni quali ortogonalità e lunghezza non compaiono in un generico spazio vettoriale (reale o complesso). Per introdurre tali nozioni, dobbiamo definire un nuovo ente denominato prodotto scalare. A tale scopo distinguiamo il caso reale da quello complesso.
Spazi vettoriali euclidei
Definizione
Uno spazio vettoriale euclideo è uno spazio vettoriale reale che indichiamo con E, in cui è definito un prodotto scalare ovvero un'applicazione:

che verifica le seguenti proprietà
- Proprietà commutativa
- Proprietà associativa rispetto alla moltiplicazione di uno scalare per un vettore
- Proprietà distributiva rispetto all'addizione vettoriale



Le proprietà 1,2,3 implicano che il prodotto scalare è una forma bilineare definita in E×E (cioè lineare rispetto a ogni vettore) e simmetrica.
Esempio
Nello spazio vettoriale Rn, definiamo l'applicazione

che è manifestamente un prodotto scalare. Ne consegue che con la precedente Rn assume la struttura di spazio euclideo.
Un esempio più impegnativo è il seguente: assegnato un intervallo limitato [a,b] in R, denotiamo con C([a,b]) l'insieme delle funzioni continue in [a,b]

Introduciamo, quindi, le leggi di composizione:

così definite

È facile convincersi che con l'introduzione delle predette leggi di composizione, l'insieme C([a,b]) assume la struttura di spazio vettoriale reale.
Definiamo

Si noti che l'integrale a secondo membro ha senso, in virtù della continuità delle funzioni f,g. È immediato verificare che tale prodotto definisce una forma bilineare simmetrica. Resta da verificare la proprietà

Procediamo per assurdo:

Segue

Dall'arbitrarietà di g si ha, ad esempio:

per cui

Ma ciò contraddice l'ipotesi, onde l'asserto. Ne concludiamo che C([a,b]) assume la struttura di spazio euclideo, con l'introduzione del predetto prodotto scalare.
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Tags: forma bilineare, prodotto scalare, spazi di prodotto scalare, spazi euclidei
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