קוד:הזהויות הפולריות

מתוך Math-Wiki
גרסה מ־20:16, 4 באוקטובר 2014 מאת ארז שיינר (שיחה | תרומות) (2 גרסאות יובאו)
(הבדל) → הגרסה הקודמת | הגרסה האחרונה (הבדל) | הגרסה הבאה ← (הבדל)
הגרסה להדפסה אינה נתמכת עוד וייתכן שיש בה שגיאות תיצוג. נא לעדכן את הסימניות בדפדפן שלך ולהשתמש בפעולת ההדפסה הרגילה של הדפדפן במקום זה.

ננסה כעת לקחת נורמה על מרחב כלשהו $V$ (מעל הממשיים או מעל המרוכבים, כמובן), ולשחזר ממנו את המכפלה הפנימית.

יהיו $u,v\in V$. נתבונן בנורמה $\left \| u+v \right \|$: $$\left \| u+v \right \|^2=\left \langle u+v,u+v \right \rangle=\left \langle u,u \right \rangle+\left \langle u,v \right \rangle+\left \langle v,u \right \rangle+\left \langle v,v \right \rangle=$$ $$=\left \| u \right \|^2+\overline{\left \langle u,v \right \rangle}+\left \langle u,v \right \rangle+\left \| v \right \|^2=\left \| u \right \|^2+\left \| v \right \|^2+2\operatorname{Re}\left (\left \langle u,v \right \rangle \right )$$

\begin{corollary} זהות פולרית ממשית

אם $\mathbb{F}=\mathbb{R}$, אזי לכל $u,v\in V$ מתקיים $\left \langle u,v \right \rangle=\frac{1}{2}\left(\left \| u+v \right \|^2-\left \| u \right \|^2-\left \| v \right \|^2 \right )$.

\end{corollary}

כעת נוכל להניח $\mathbb{F}=\mathbb{C}$, ונמשיך. נוכיח למה קצרה, שתעזור להקל את החישובים.

\begin{lem}

$$\operatorname{Im}\left(\left \langle u,v \right \rangle \right )=\operatorname{Re}\left(\left \langle u,iv \right \rangle \right )$$

\end{lem}

\begin{proof}

על פי חצי-לינאריות, $\left \langle u,iv \right \rangle=\overline{i}\left \langle u,v \right \rangle=-i\left \langle u,v \right \rangle$.

אם $\left \langle u,v \right \rangle=x+iy$, אזי $\operatorname{Im}\left(\left \langle u,v \right \rangle \right )=y$. מתקיים $\left \langle u,iv \right \rangle=-i\left (x+iy \right )=y-ix$, ולכן גם $\operatorname{Re}\left(\left \langle u,iv \right \rangle \right )=y$.

\end{proof}

נשים לב כי $\left \| iv \right \|^2=\left \langle iv,iv \right \rangle=i\overline{i}\left \langle v,v \right \rangle=\left \| v \right \|^2$, ולכן, על פי הזהויות שהוכחנו קודם, $$\operatorname{Im}\left(\left \langle u,v \right \rangle \right )=\frac{1}{2}\left(\left \| u+iv \right \|^2-\left \| u \right \|^2-\left \| v \right \|^2 \right )$$

\begin{corollary} זהות פולרית מרוכבת

אם $\mathbb{F}=\mathbb{C}$, אזי לכל $u,v\in V$ מתקיים $$\left \langle u,v \right \rangle=\frac{1}{2}\left(\left \| u+v \right \|^2-\left \| u \right \|^2-\left \| v \right \|^2 \right )+\frac{i}{2}\left(\left \| u+iv \right \|^2-\left \| u \right \|^2-\left \| v \right \|^2 \right )$$

\end{corollary}

\begin{corollary}

מכפלה פנימית ניתנת לשחזור החל מנורמה.

\end{corollary}