问答题
设E为Hilbert空间H的非空闭凸子集且x∈H。求证y∈E为x在E上的最佳逼近元当且仅当任取z∈E有
Re<x-y,z>≤Re<x-y,y>。
【正确答案】考虑E中任意两元y和z。令
yt=(1-t)y+tz=y+t(z-y),0≤t≤1
则
‖x-yt‖2=<x-y+t(y-z),x-y+t(y-z)>
=<x-y,x-y>+t<x-y,y-z>
+t<y-z,x-y>+t2<y-z,y-z>
因此
‖x-yt‖2=t2‖y-z‖2+2tRe<x-y,y-z>+‖x-y‖2
=at2+2bt+c, (38)
其中
a=‖y-z‖2,c=‖x-y‖2
b=Re<x-y,y-z>=Re<x-y,y>-Re<x-y,z>
现假设y为x在E上的最佳逼近元,我们需要证明b≥0。若b﹤0,则可以选取0<t<1足够小使得at+2b﹤0。从而对某个0<t<1,有at2+2bt<0,从而由(38)式知
‖x-yt‖2=at2+2bt+c<c=‖x-y‖2 (39)
但由于E为凸子集,故对于0<t<1有yt∈E。因此(39)式与y是x在E上的最佳逼近元矛盾。这说明b≥0
反之,假设y∈E使得任取z∈E有
Re<x-y,y-z>≥0
在(38)式中取t=1得
‖x-z‖2=‖y-z‖2+2Re<x-y,y-z>+‖x-y‖2≥‖x-y‖2
对任意的z∈E成立。因此y为x在E上的最佳逼近元。
【答案解析】