现代信号理论讲义4信号空间的线性算子
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信号空间一 向量空间回顾若1N e e 是N 个线性不相关(线性独立)的向量,则它们的任意线性组合构成的向量的集合叫做1N e e 张成的线性向量空间,即{}1122:,N N i w w w w Ω==+++∈v v e e e R 。
以下假设这些基向量满足正交和归一化的要求,此时称1N e e 为归一化正交基。
归一化和正交这两点合起来也可以称为正则(orthonormal )。
若∈Ωv ,则1Ni ii w ==∑v e。
其长度(范数)是=v若12,∈Ωv v ,则11,1Ni ii w==∑v e 、22,1Ni i i w ==∑v e 。
内积是121,2,1Ni i i w w ==∑v v i 。
欧氏距离是12−=v v 。
若∈Ωv ,则称Ω对v 是完备的。
两个向量正交是指其内积为0:1,2,10Nii i ww ==∑。
向量v 与基e i 的内积就是i w ,称i w 为向量v 在e i 上的投影。
称i i w e 为v 在i e 上的投影向量(简称投影)。
二 信号空间任意一个信号()s t 一定可以写成其他若干个信号的线性组合,即()()()()1122N N s t w f t w f t w f t =+++ (1)例如下图中的()s t 可以分解为()()()124233s t f t f t =−。
Fig. 1进一步可以假设(){}i f t 两两正交且能量都为1。
例如上图中的s (t )可以表示为下图所示的3个信号的组合:()()()()12323s t f t f t f t =++。
这3个信号()1f t 、()2f t 、()3f t 的能量都是1,且两两正交。
Fig. 2任意给定一组(){},1,,i f t i N = ,设其两两独立且能量均为1。
由所有(){}i f t 组合而成的信号组成的集合()()()1:,Ni i i i s t s t w f t w =⎧⎫Ω==∈⎨⎬⎩⎭∑R 叫做(){}i f t 张成的信号空间。
4.1有界线性算⼦第4章线性算⼦与线性泛函4.1 有界线性算⼦4.1.1 线性算⼦与线性泛函算⼦概念起源于运算。
例如,代数运算、求导运算、求不定积分和定积分、把平⾯上的向量绕坐标原点旋转⼀个⾓度等等。
在泛函分析中,通常把映射称为算⼦,⽽取值于实数域或复数域的算⼦也称为泛函数,简称为泛函。
本章着重考察赋范线性空间上的线性算⼦,它是出现在各个数学领域中具有线性性质的运算(例如线性代数中的线性变换;微分⽅程论、积分⽅程论中⼤量出现的微分、积分运算、积分变换等)的抽象概括。
它是线性泛函分析研究的重要对象。
关于线性算⼦的理论不仅在数学的许多分⽀中有很好的应⽤,同时也是量⼦物理的数学基础之⼀。
中国物理学界习惯上把算⼦称为算符。
定义4.1.1 设F 是实数域或复数域,,X Y 是F 上的两个线性空间,D 是X 的线性⼦空间,:T D Y →是⼀个映射.对x D ∈,记x 经T 映射后的象为 Tx 或 ()T x . 若对,x y D ?∈及数,αβ∈F , 有()()()T x y T x T y αβαβ+=+(或 Tx Ty αβ=+) (4.1.1)则称T 是线性算⼦.称D 是T 的定义域,记为()T D ;称集(){}T D Tx x D =∈(或TD )为T 的值域(或象域),记为()T R .取值为实数或复数的线性算⼦T (即:()T ?F R , 1=F R 或1C )分别称为实的或复的线性泛函,统称为线性泛函。
注今后所讨论的算⼦(泛函)都是线性算⼦(线性泛函)。
例4.1.1 设1[0,1],[0,1]X C Y B ==([0,1]上有界函数全体),定义d()()()d Tx t x t t=, 则T 是X 到Y 的线性算⼦。
例4.1.2 设[,]X C a b =,(,)K t s 是[,][,]a b a b ?上的⼆元连续函数,定义()()(,)()d baTx t K t s x s s =?,则T 是X 到X 的线性算⼦。