Approfondimenti Spazi normati (1.1) Definizione Sia V uno spazio vettoriale su R. Una norma su V è una funzione k · k : V → R che soddisfa le seguenti proprietà: a) kvk ≥ 0 per ogni v ∈ V ; b) kvk = 0 se e solo se v = 0; c) kλvk = |λ|kvk per ogni λ ∈ R e v ∈ V ; d) kv + wk ≤ kvk + kwk per ogni v, w ∈ V . (Disuguaglianza triangolare) Per ogni v ∈ V il numero reale kvk è detto norma di v. Lo spazio vettoriale V munito della norma k · k è detto spazio normato. (1.2) Esempio La funzione modulo di Rn definita da ∀x = (x1 , · · · , xn ) ∈ Rn : |x| = q x21 + · · · + x2n è una norma su Rn . (1.3) Esempio Sia Ω ⊆ Rm non vuoto. Denotiamo con B(Ω) l’insieme delle funzioni f : Ω → R limitate. Osserviamo che B(Ω) è uno spazio vettoriale su R. La funzione k · k∞ : B(Ω) → R definita da ∀f ∈ B(Ω) : kf k∞ = sup |f (x)| x∈Ω è una norma in B(Ω). È detta norma infinito (o norma del sup) di f . 1 2 S. Lancelotti, Lezioni di Analisi Matematica II (1.4) Definizione Siano V uno spazio normato munito della norma k · k e (vn ) una successione in V . Diciamo che (vn ) è di Cauchy in V se per ogni ε > 0 esiste n0 ∈ N tale che per ogni n, m ≥ n0 si ha kvn − vm k < ε. (1.5) Definizione Siano V uno spazio normato munito della norma k · k, (vn ) una successione in V e v ∈ V . Diciamo che (vn ) converge a v in V (o che (vn ) è convergente a v in V ) se lim kvn − vk = 0. n In tal caso diciamo che v è il limite di (vn ) e scriviamo lim vn = v. n (1.6) Proposizione Siano V uno spazio normato munito della norma k · k e (vn ) una successione in V convergente a v ∈ V . Allora (vn ) è di Cauchy in V . Dimostrazione. Sia ε > 0. Poiché lim kvn − vk = 0, allora esiste n0 ∈ N tale che per n ogni n ≥ n0 si ha kvn − vk < 2ε . Quindi per ogni n, m ≥ n0 si ha kvn − vm k ≤ kvn − vk + kv − vm k < (1.7) Definizione ε ε + = ε. 2 2 Sia V uno spazio normato. Diciamo che V è completo (o di Banach) se ogni successione di Cauchy in V è convergente in V . (1.8) Esempio Ogni spazio normato di dimensione finita è completo. In particolare per ogni n ∈ N, n ≥ 1, lo spazio Rn è completo. Lo spazio normato B(Ω) dell’Esempio (1.3), che è di dimensione infinita, munito della norma k · k∞ è completo.