R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}
中的一点
x
{\displaystyle x}
以及集合
{
y
|
x
≤
y
}
{\displaystyle \{y|x\leq y\}}
(红色)。此处的序定义为
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
当且仅当
x
1
≤
y
1
{\displaystyle x_{1}\leq y_{1}}
且
x
2
≤
y
2
{\displaystyle x_{2}\leq y_{2}}
。
在数学 中,有序向量空间 (ordered vector space)是带有偏序 的向量空间 ,并且偏序与向量空间的运算是相容的。又称偏序向量空间 (partially ordered vector space)。
定义
给定实数
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
上的向量空间
V
{\displaystyle V}
以及集合
V
{\displaystyle V}
上的预序
≤
{\displaystyle \leq }
,如果对
V
{\displaystyle V}
中任意的
x
,
y
,
z
{\displaystyle x,y,z}
以及非负实数
λ
{\displaystyle \lambda }
,以下公理成立
x
≤
y
⟹
x
+
z
≤
y
+
z
{\displaystyle x\leq y\implies x+z\leq y+z}
x
≤
y
⟹
λ
x
≤
λ
y
{\displaystyle x\leq y\implies \lambda x\leq \lambda y}
则有序对
(
V
,
≤
)
{\displaystyle (V,\leq )}
称为预序向量空间 (preordered vector space)。若
≤
{\displaystyle \leq }
还是偏序 ,则
(
V
,
≤
)
{\displaystyle (V,\leq )}
称为有序向量空间 。这两条公理说明,平移 与正的位似变换 是序结构的自同构,并且映射
x
↦
−
x
{\displaystyle x\mapsto -x}
是到对偶序结构的同构。有序向量空间关于其加法运算构成有序群 。
正锥
给定预序向量空间
V
{\displaystyle V}
,子集
V
+
=
{
x
∈
V
|
x
≥
0
}
{\displaystyle V^{+}=\{x\in V|x\geq 0\}}
是一个凸锥 ,称为
V
{\displaystyle V}
的正锥 (positive cone)。若
V
{\displaystyle V}
是有序向量空间,则
V
+
∩
(
−
V
+
)
=
{
0
}
{\displaystyle V^{+}\cap (-V^{+})=\{0\}}
,因此
V
+
{\displaystyle V^{+}}
还是真锥。
若
V
{\displaystyle V}
是实向量空间,
C
{\displaystyle C}
是
V
{\displaystyle V}
的真凸锥,则存在唯一的偏序使得
V
{\displaystyle V}
成为有序向量空间并且
V
+
=
C
{\displaystyle V^{+}=C}
。这个偏序由以下方式给出
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
当且仅当
y
−
x
∈
C
{\displaystyle y-x\in C}
因此,向量空间
V
{\displaystyle V}
上(与向量空间结构相容)的偏序与
V
{\displaystyle V}
的真凸锥之间存在一一对应。
例子
实数 关于通常的顺序构成有序向量空间。
以下关系都是
R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}
上的偏序,且按照从弱到强的顺序排列。
字典序 :
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
当且仅当
a
<
c
{\displaystyle a<c}
或
(
a
=
c
,
b
≤
d
)
{\displaystyle (a=c,b\leq d)}
。这是一个全序 。正锥由条件
x
>
0
{\displaystyle x>0}
或
(
x
=
0
,
y
≥
0
)
{\displaystyle (x=0,y\geq 0)}
给出。用极坐标 表示,正锥就是由角度满足
−
π
2
<
θ
≤
π
2
{\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta \leq {\frac {\pi }{2}}}
的点再加上原点组成。
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
当且仅当
a
≤
c
{\displaystyle a\leq c}
且
b
≤
d
{\displaystyle b\leq d}
(这实际上就是两个偏序集
(
R
,
≤
)
{\displaystyle (\mathbb {R} ,\leq )}
的乘积序)。这是一个偏序。正锥由
x
≥
0
,
y
≥
0
{\displaystyle x\geq 0,y\geq 0}
给出。在极坐标中就是
0
≤
θ
≤
π
2
{\displaystyle 0\leq \theta \leq {\frac {\pi }{2}}}
,再加上原点。
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
当且仅当
(
a
<
c
,
b
<
d
)
{\displaystyle (a<c,b<d)}
或
(
a
=
c
,
b
=
d
)
{\displaystyle (a=c,b=d)}
,也就是两个
(
R
,
<
)
{\displaystyle (\mathbb {R} ,<)}
的直积 的反射闭包。正锥由
(
x
>
0
,
y
>
0
)
{\displaystyle (x>0,y>0)}
或
x
=
y
=
0
{\displaystyle x=y=0}
给出。在极坐标系中,就是
0
<
θ
<
π
2
{\displaystyle 0<\theta <{\frac {\pi }{2}}}
,再加上原点。
只有第二个序是闭集(作为
R
2
×
R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}\times \mathbb {R} ^{2}}
的子集)。
仿照
n
=
2
{\displaystyle n=2}
的情况,可以在
R
n
{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}
上定义类似的偏序。例如,仿照上面提到的第二个序,可以定义:
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
当且仅当
x
i
≤
y
i
(
i
=
1
,
⋯
,
n
)
{\displaystyle x_{i}\leq y_{i}\,(i=1,\cdots ,n)}
里斯空间 是有序向量空间,并且还是格 。
[
0
,
1
]
{\displaystyle [0,1]}
上的连续函数组成的空间,
f
≤
g
{\displaystyle f\leq g}
当且仅当对任意
x
∈
[
0
,
1
]
,
f
(
x
)
≤
g
(
x
)
{\displaystyle x\in [0,1],\,f(x)\leq g(x)}
。
备注
偏序向量空间中的区间是凸集 。设
[
a
,
b
]
=
{
x
|
a
≤
x
≤
b
}
{\displaystyle [a,b]=\{x|a\leq x\leq b\}}
,由上面的两个公理可以得出:如果
x
,
y
∈
[
a
,
b
]
,
λ
∈
(
0
,
1
)
{\displaystyle x,y\in [a,b],\lambda \in (0,1)}
,则
λ
x
+
(
1
−
λ
)
y
∈
[
a
,
b
]
{\displaystyle \lambda x+(1-\lambda )y\in [a,b]}
。
参见
参考文献