n維歐幾裏得空間的推廣,可視為“無限維的歐幾裏得空間”,是泛函分析的重要研究物件之一。在三維歐幾裏得空間中,任何兩個向量之間規定瞭一個內積,它是建立三維歐幾裏得幾何學的基礎。有瞭內積,就有向量的長度、兩個向量的交角和向量到直線或平面上的投影等等。這些普通而重要的幾何概念及相應的研究方法,不僅被推廣到n維空間,而且在許多不同的領域,例如積分方程、數學物理、三角級數或更一般的正交級級數等理論中,被推廣到由函數構成的無限維空間上去,成為研究有關問題的有力工具。第一個具體的希爾伯特空間最早是由D.希爾伯特在研究積分方程時首先提出的。他在平方可和的無窮實數列{xn}全體所組成的空間l2中規定瞭內積
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內積空間和希爾伯特空間 設H是實數或復數域C上的線性空間,如果對於H中任何兩個向量x和y都對應著一個數(x,y)∈C,並且滿足下列條件:①正定性,對一切x∈H,(x,x)≥0,而且(x,x)=0當且僅當x=0;②線性,對x,y,z∈H和α,β∈C,成立(αx+βy,z)=α(x,z)+β(y,z);③共軛對稱性,對x,y∈H成立
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平行四邊形公式和施瓦茲不等式 在內積空間中,由內積導出的范數必滿足類似於平面幾何學中的平行四邊形公式,即對H中任何x、y,
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內積還有重要的施瓦茲不等式:
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正交與勾股定理 在希爾伯特空間H中,如果x,y滿足(x,y)=0,就稱x和y正交(或直交),記為x⊥y。當x⊥y時,成立勾股定理:
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投影定理 希爾伯特空間理論中的一個基本定理。設M是希爾伯特空間H的凸閉子集,則對H中每個向量x,必存在M中惟一的y,使得
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正交系 設{ek}是內積空間H中一族彼此不同的向量,如果其中任何兩個向量都正交,即當k≠j時,(ek,ej)=0,則稱{ek}是一正交系;如果其中每個向量的范數又都是1,即對一切k,(ek,ek)=1,則稱{ek}是就范正交系。對於希爾伯特空間H的就范正交系{ek},如果包含{ek}的最小閉子空間就是H,就稱{ek}為H的完備就范正交系。設{ek}是就范正交系,則H中任一向量x在ek方向的投影,即x在{ek}生成的一維子空間上的投影,就是(x,ek)ek;而x在{ek}生成的閉子空間M上的投影就是
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傅裡葉展開是古典分析中傅裡葉級數或一般正交級數展開的推廣。
泛函表示定理 希爾伯特空間H上每個連續線性泛函F,對應於惟一的y∈H,使F(x)=(x,y),並且
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