R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}
中的一點
x
{\displaystyle x}
以及集合
{
y
|
x
≤
y
}
{\displaystyle \{y|x\leq y\}}
(紅色)。此處的序定義為
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
當且僅當
x
1
≤
y
1
{\displaystyle x_{1}\leq y_{1}}
且
x
2
≤
y
2
{\displaystyle x_{2}\leq y_{2}}
。
在數學 中,有序向量空間 (ordered vector space)是帶有偏序 的向量空間 ,並且偏序與向量空間的運算是相容的。又稱偏序向量空間 (partially ordered vector space)。
定義
給定實數
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
上的向量空間
V
{\displaystyle V}
以及集合
V
{\displaystyle V}
上的預序
≤
{\displaystyle \leq }
,如果對
V
{\displaystyle V}
中任意的
x
,
y
,
z
{\displaystyle x,y,z}
以及非負實數
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}
則有序對
(
V
,
≤
)
{\displaystyle (V,\leq )}
稱為預序向量空間 (preordered vector space)。若
≤
{\displaystyle \leq }
還是偏序 ,則
(
V
,
≤
)
{\displaystyle (V,\leq )}
稱為有序向量空間 。這兩條公理說明,平移 與正的位似變換 是序結構的自同構,並且映射
x
↦
−
x
{\displaystyle x\mapsto -x}
是到對偶序結構的同構。有序向量空間關於其加法運算構成有序群 。
正錐
給定預序向量空間
V
{\displaystyle V}
,子集
V
+
=
{
x
∈
V
|
x
≥
0
}
{\displaystyle V^{+}=\{x\in V|x\geq 0\}}
是一個凸錐 ,稱為
V
{\displaystyle V}
的正錐 (positive cone)。若
V
{\displaystyle V}
是有序向量空間,則
V
+
∩
(
−
V
+
)
=
{
0
}
{\displaystyle V^{+}\cap (-V^{+})=\{0\}}
,因此
V
+
{\displaystyle V^{+}}
還是真錐。
若
V
{\displaystyle V}
是實向量空間,
C
{\displaystyle C}
是
V
{\displaystyle V}
的真凸錐,則存在唯一的偏序使得
V
{\displaystyle V}
成為有序向量空間並且
V
+
=
C
{\displaystyle V^{+}=C}
。這個偏序由以下方式給出
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
當且僅當
y
−
x
∈
C
{\displaystyle y-x\in C}
因此,向量空間
V
{\displaystyle V}
上(與向量空間結構相容)的偏序與
V
{\displaystyle V}
的真凸錐之間存在一一對應。
例子
實數 關於通常的順序構成有序向量空間。
以下關係都是
R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}
上的偏序,且按照從弱到強的順序排列。
字典序 :
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
當且僅當
a
<
c
{\displaystyle a<c}
或
(
a
=
c
,
b
≤
d
)
{\displaystyle (a=c,b\leq d)}
。這是一個全序 。正錐由條件
x
>
0
{\displaystyle x>0}
或
(
x
=
0
,
y
≥
0
)
{\displaystyle (x=0,y\geq 0)}
給出。用極坐標 表示,正錐就是由角度滿足
−
π
2
<
θ
≤
π
2
{\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta \leq {\frac {\pi }{2}}}
的點再加上原點組成。
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
當且僅當
a
≤
c
{\displaystyle a\leq c}
且
b
≤
d
{\displaystyle b\leq d}
(這實際上就是兩個偏序集
(
R
,
≤
)
{\displaystyle (\mathbb {R} ,\leq )}
的乘積序)。這是一個偏序。正錐由
x
≥
0
,
y
≥
0
{\displaystyle x\geq 0,y\geq 0}
給出。在極坐標中就是
0
≤
θ
≤
π
2
{\displaystyle 0\leq \theta \leq {\frac {\pi }{2}}}
,再加上原點。
(
a
,
b
)
≤
(
c
,
d
)
{\displaystyle (a,b)\leq (c,d)}
當且僅當
(
a
<
c
,
b
<
d
)
{\displaystyle (a<c,b<d)}
或
(
a
=
c
,
b
=
d
)
{\displaystyle (a=c,b=d)}
,也就是兩個
(
R
,
<
)
{\displaystyle (\mathbb {R} ,<)}
的直積 的反射閉包。正錐由
(
x
>
0
,
y
>
0
)
{\displaystyle (x>0,y>0)}
或
x
=
y
=
0
{\displaystyle x=y=0}
給出。在極坐標系中,就是
0
<
θ
<
π
2
{\displaystyle 0<\theta <{\frac {\pi }{2}}}
,再加上原點。
只有第二個序是閉集(作為
R
2
×
R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}\times \mathbb {R} ^{2}}
的子集)。
仿照
n
=
2
{\displaystyle n=2}
的情況,可以在
R
n
{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}
上定義類似的偏序。例如,仿照上面提到的第二個序,可以定義:
x
≤
y
{\displaystyle x\leq y}
當且僅當
x
i
≤
y
i
(
i
=
1
,
⋯
,
n
)
{\displaystyle x_{i}\leq y_{i}\,(i=1,\cdots ,n)}
里斯空間 是有序向量空間,並且還是格 。
[
0
,
1
]
{\displaystyle [0,1]}
上的連續函數組成的空間,
f
≤
g
{\displaystyle f\leq g}
當且僅當對任意
x
∈
[
0
,
1
]
,
f
(
x
)
≤
g
(
x
)
{\displaystyle x\in [0,1],\,f(x)\leq g(x)}
。
備註
偏序向量空間中的區間是凸集 。設
[
a
,
b
]
=
{
x
|
a
≤
x
≤
b
}
{\displaystyle [a,b]=\{x|a\leq x\leq b\}}
,由上面的兩個公理可以得出:如果
x
,
y
∈
[
a
,
b
]
,
λ
∈
(
0
,
1
)
{\displaystyle x,y\in [a,b],\lambda \in (0,1)}
,則
λ
x
+
(
1
−
λ
)
y
∈
[
a
,
b
]
{\displaystyle \lambda x+(1-\lambda )y\in [a,b]}
。
參見
參考文獻