Norme, etc...

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Algèbre -- Algèbre linéaire -- Matrices

Définition d'une norme
  Soit E un espace vectoriel sur K=R ou C. Une norme sur E est une application N de E dans R+ vérifiant les conditions suivantes pour tout x,y dans E :

  1. N(x)=0 si et seulement si x=0.
  2. N(x+y)N(x)+N(y)
  3. pour tout k dans K, N(kx)=|k|N(x).

La deuxième relation s'appelle l'inégalité triangulaire. L'espace E, muni de la norme N, s'appelle espace vectoriel normé.

Normes équivalentes
Soit E un espace vectoriel que l'on munit de deux normes N et N'. On dit que ces deux normes sont équivalentes s'il existe deux constantes a et b telles que :

Pour tout x de E, on ait : aN(x)N'(x)bN(x).

Par exemple, les normes produits sur un espace normé telles qu'elles sont définies ci-après sont équivalentes. En revanche, si E=C([0,1],R), les normes suivantes ne sont pas équivalentes :
L'idée est que si f est grand sur un intervalle petit, la norme infinie de f sera grande alors que la norme 1 de f restera raisonnable. Plus précisément on peut considérer la suite de fonctions suivante :

La norme 1 de fn vaut 1, tandis que sa norme infinie vaut n. L'intérêt des normes équivalentes est qu'elles définissent la même topologie sur un espace normé : mêmes ouverts, mêmes fermés, mêmes suites convergentes...

Norme matricielle
Si E a une structure d'algèbre, par exemple E est l'algèbre des matrices carrées d'ordre n sur R, une norme matricielle N sur E est une norme qui respecte la structure de ce produit. En d'autres termes, si A et B sont des éléments de E, on souhaite avoir l'inégalité :

N(AB)N(A)N(B)

Norme produit
Soient E1,...,En des espaces normés. On appelle norme produit sur l'espace produit E=E1*...*En l'une des normes suivantes (on a posé x=(x1,...,xn)) :
En outre, ces normes vérifient l'inégalité suivante :

Autrement dit, elles sont équivalentes et définissent les mêmes ouverts. Ces ouverts correspondent aux ouverts de la topologie produit de E1×...×En.

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