Ruang L² Umum
Batas sumber. Bagian ini mengikat
funct_anal.tex baris 246-623 pada sumber beku.
Ruang
Umum
Misalkan
adalah suatu ukuran pada ruang terukur
.
Misalkan
adalah ruang kelas ekuivalensi fungsi terukur
terhadap kesamaan hampir di mana-mana, sedemikian sehingga
berhingga. Kita dapat mendefinisikan hasil kali skalar pada
dengan
Norma
terkait adalah
Dengan norma ini,
merupakan ruang Hilbert.
Berdasarkan Teorema 4.1.13,
suatu himpunan ortonormal fungsi
,
dengan
suatu himpunan indeks, lengkap jika
untuk setiap
mengakibatkan bahwa
hampir di mana-mana pada
.
Misalkan
,
dengan
suatu himpunan indeks, adalah basis ortonormal dari
.
Deret Fourier (tergeneralisasi) suatu fungsi
terhadap basis ortonormal
adalah
dengan
Ingatlah bahwa himpunan semua
sedemikian sehingga
paling banyak terhitung. Jika himpunan itu berhingga atau kosong,
deretnya berhingga atau nol; jika tak berhingga, ambil sebarang
pengurutan
dari himpunan indeks
sedemikian sehingga
.
Berdasarkan isometri yang didefinisikan dalam (4.1.2),
kita memperoleh
(4.2.1)
dengan
didefinisikan oleh
untuk setiap
,
,
dan
adalah ukuran pencacahan pada
.
Kekonvergenan integral di atas ke
disebabkan oleh fakta bahwa
.
Dengan kata lain, (4.2.1)
menyatakan bahwa
untuk setiap
pengurutan
dalam kasus himpunan indeks
sedemikian sehingga
tak berhingga; kasus berhingga atau kosong berlaku langsung. Kita
menulis
apabila (4.2.1)
dipenuhi. Ini tidak berarti bahwa kita memiliki kekonvergenan titik demi
titik. Persoalan ini dibahas dalam Bagian 4.2.3
di bawah.
Ruang
pada Garis Real
Salah satu kasus khusus yang penting dalam teori umum ruang
diperoleh dengan mengambil
yang dilengkapi dengan ukuran
yang didefinisikan pada
oleh
untuk setiap himpunan bagian terukur Lebesgue
dari
,
dengan
suatu fungsi kontinu sepotong-sepotong pada interval
sedemikian sehingga
untuk hampir setiap
.
Kita juga dapat menggunakan interval terbuka
,
baik terbatas maupun tak terbatas. Hasilnya sama.
Ingatlah bahwa suatu fungsi
disebut kontinu sepotong-sepotong pada suatu
interval
jika
kontinu pada interval
,
kecuali di sejumlah berhingga titik, dan
untuk setiap
yang bukan ujung kanan serta
untuk setiap
yang bukan ujung kiri; khususnya pada titik-titik tempat
tidak kontinu.
Dalam subbagian ini,
secara khusus menyatakan ruang real yang terdiri atas fungsi terukur
sedemikian sehingga
berhingga. Hasil kali skalar pada
adalah
(4.2.2)
Norma
terkait adalah
(4.2.3)
Ruang-ruang
memiliki basis ortonormal terhitung. Misalkan
adalah basis ortonormal untuk
.
Deret Fourier suatu fungsi
terhadap basis ini adalah
(4.2.4)
dengan
Kadang-kadang, kita hanya memiliki suatu himpunan ortogonal lengkap
fungsi
.
Dalam hal ini, deret Fourier
terhadap himpunan fungsi tersebut adalah
(4.2.5)
dengan
Kelengkapan basis ortonormal atau himpunan ortogonal yang digunakan
dalam (4.2.4)
dan (4.2.5)
mengakibatkan bahwa
Kita mengatakan
bahwa
konvergen dalam
ke
saat
,
dan kita menulis
Ingatlah bahwa kesamaan ini bukan kesamaan titik demi titik, melainkan
kesamaan dalam
.
Ruang
pada Lingkaran Satuan
Salah satu kelas penting ruang
adalah ruang fungsi terukur bernilai kompleks
,
dengan
lingkaran satuan di
dan ukuran Lebesgue
pada
diperoleh dari panjang busur dibagi dengan
.
Secara khusus,
.
Misalkan
adalah ruang kelas ekuivalensi terhadap kesamaan hampir di mana-mana
dari fungsi terukur bernilai kompleks yang
-periodik
pada
sedemikian sehingga
dengan
ukuran Lebesgue pada
yang dibagi dengan
.
Jika norma pada
didefinisikan oleh
maka terdapat suatu isometri antara
dan
yang didefinisikan oleh
Kita memperoleh
Setiap himpunan terukur
berbentuk
dengan
suatu himpunan terukur, dan sebaliknya. Kita juga memperoleh
.
Definisi berikut dibenarkan oleh isometri di atas.
Definisi.
dinotasikan dengan
.
Konteks akan menentukan ruang mana di antara keduanya yang sedang
kita gunakan.
Himpunan
adalah suatu himpunan ortonormal lengkap dalam
.
Ekspansi Fourier klasik suatu fungsi
bernilai kompleks
adalah
dengan
(4.2.6)
Kekonvergenan
Titik demi Titik Deret Fourier Klasik
Dalam bagian ini, kita membuktikan teorema berikut.
Teorema 4.2.3. Misalkan
adalah fungsi
-periodik
yang terdiferensialkan
sepotong-sepotong. Maka
dengan
didefinisikan dalam (4.2.6),
,
dan
.
Syarat yang lebih longgar untuk kekonvergenan titik demi titik deret
Fourier diberikan dalam RuPMA. Ingatlah bahwa
disebut terdiferensialkan sepotong-sepotong pada
jika
dan
kontinu sepotong-sepotong pada
.
Sebelum membuktikan teorema ini, kita memerlukan sebuah lemma yang
sangat terkenal.
Lema. Jika
terdiferensialkan sepotong-sepotong, maka
Bukti. Misalkan
adalah titik-titik tempat
tidak terdiferensialkan. Misalkan
dan
.
Dengan menggunakan integrasi parsial, kita memperoleh
Misalkan
dan
.
dan
berhingga karena
terdiferensialkan sepotong-sepotong dan dengan demikian juga kontinu
sepotong-sepotong. Kita memperoleh
Misalkan
untuk
suatu bilangan bulat positif dan
.
Dari (4.2.6)
kita memperoleh bahwa
dengan
disebut kernel Dirichlet. Dari
kita memperoleh
untuk
dengan
.
Fungsi
genap dan
.
Bukti. Bukti Teorema 4.2.3.
Tetapkan
.
dengan substitusi
telah digunakan dalam integral pertama serta fakta bahwa
dan
bersifat
-periodik.
Untuk integral kedua, telah digunakan fakta bahwa
adalah fungsi genap. Dengan demikian,
Misalkan
(i) Kita membuktikan bahwa
saat
.
Tepatnya, untuk
yang diberikan, kita mencari
sedemikian sehingga
untuk
.
Untuk
yang diberikan, berlaku
dengan
Pilih
sedemikian sehingga
kontinu pada
.
Misalkan
.
Berdasarkan Teorema Dasar Kalkulus, kita memperoleh bahwa
untuk
.
Kita juga memiliki
untuk
.
Jika
,
maka
untuk setiap
;
jika
,
untuk
,
kita memperoleh
Kita tetapkan
sesuai salah satu pilihan di atas. Berdasarkan Lemma Riemann–Lebesgue,
kita dapat mencari
sedemikian sehingga
untuk
.
Dengan demikian,
untuk
.
Integral
perlu dipecah karena turunan dari
mungkin tidak terbatas di titik asal. Jadi,
mungkin tidak terdiferensialkan sepotong-sepotong pada
.
(ii) Bukti yang serupa dengan bukti dalam (i)
menghasilkan
saat
.
◻
Atribusi dan hak. Karya sumber oleh Benoit Dionne
dilisensikan berdasarkan Creative
Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International.
Terjemahan dan perubahan yang dicatat menggunakan lisensi komponen yang
sama. Produksi terjemahan dan edisi dibantu OpenAI Codex gpt-5.6-sol,
Ultra; semua kredit penulis dan kontributor manusia tetap dipertahankan.
Ini bukan terbitan atau dukungan resmi Benoit Dionne maupun University
of Ottawa.