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21.02.2014 Aufrufe

Theorem 3.1.6. Seien g α and γ wie im vorherigen Satz 3.1.5, und sei x α := R α y, x δ α := R α y δ . Dann gilt ‖T x α − T x δ α‖ ≤ γδ, (3.4) und ‖x α − x δ α‖ ≤ C α δ, . (3.5) Beweis. Aus der Singulärwertzerlegung ergibt sich sofort ‖T x α − T x δ α‖ 2 ∞∑ ≤ σng 2 α (σ n ) 2 |(y − y δ , v n )| 2 n=1 ∑ ∞ ≤ γ 2 |(y − y δ , v n )| 2 = γ 2 ‖y − y δ ‖ 2 ≤ (γδ) 2 , n=1 un damit (3.4). Analog erhalten wir die Abschätzung ‖x α − x δ α‖ 2 und damit (3.5). ≤ ≤ ∞∑ g α (σ n ) 2 |(y − y δ , v n )| 2 n=1 ∞∑ |(y − y δ , v n )| 2 = Cα‖y 2 − y δ ‖ 2 ≤ (C α δ) 2 , n=1 Zusammen ergeben diese beiden Resultate: Theorem 3.1.7. Sei g α : R + → R stückweise stetig und sei sup(σg α (σ)) ≤ γ, α,σ mit einer Konstanten γ > 0. Definiere x α := R α y und x δ α := R α y δ . Gilt nun lim C α(δ,y δ→0 δ )δ = 0, dann folgt: x α(δ,y δ ) → x † für δ → 0. 3.2 Konvergenzraten Auf dem Beweis von Theorem 3.1.5 sehen wir, dass die Konvergenz im Allgemeinen beliebig langsam sein kann. Die Funktion σ → σg α (σ) konvergiert nämlich punktweise gegen { 0 falls σ > 0, g(σ) = 1 falls σ = 0. 35

Durch die Unstetigkeit an 0 wird die Konvergenz immer langsamer, wenn t zu 0 konvergiert. Da wir auf der anderen Seite immer beliebig kleine σ n und zugehörige Minimum-Norm-Lösungen x † = u n finden können, tritt dieser Fall auch wirklich ein. Wir sehen aus dem Beweis jedoch auch, dass eine schnellere Konvergenz möglich wäre, wenn die Komponenten (x † , u n ) im Vergleich zu den Singulärwerten schnell genug abfallen. Wenn wir z.B. wüßten, dass |(x † , u n )| ≤ cσ n µ für Konstanten c > 0, µ > 0 gelten würde, so erhielten wir lim sup α ‖R α y − A † y‖ 2 ≤ lim sup α ≤ c 2 ∞ ∑ n=1 c 2 ∞ ∑ n=1 (σ n g α (σ n ) − 1) 2 σ 2µ n lim α ( σ 1+µ n g α (σ n ) − σ µ n) 2 . d.h. relevant ist jetzt das Konvergenzverhalten der Funktion t → |t 1+µ g α (t) − t µ | für t → ∞ (und dieses ist normalerweise viel schneller), z.B. erhalten wir im Fall der abgeschnittenen Singulärwertzerlegung { |t 1+µ g α (t) − t µ 0 falls t ≥ α, | = t µ falls t < α. Dieses Verhalten kann durch sogenannte Quellbedingungen (source-conditions) erreicht werden. Ein klassisches Beispiel ist ∃w ∈ X, so dass x † = (T ∗ T ) µ w, wobei der Ausdruck (T ∗ T ) µ durch Spektraltheorie definiert ist als ∞∑ (T ∗ T ) µ w = σn 2µ (w, u n )u n . Daraus folgt insbesondere n=1 (x † , u n ) = σ 2µ n (w, u n ), d.h. die Koeffizienten von x † (bzgl. des n-ten Singularvektors) fallen schneller ab als σn 2µ . Wenn wir eine Konvergenzrate erhalten wollen, so muss diese auch von der Funktion g α abhängen. Wir nehmen daher zusätzlich an t µ |tg α (t) − 1| ≤ ω µ (α), ∀t > 0, typischerweise z.B. ω µ (α) = α µ , wie bei der abgeschnittenen Singulärwertzerlegung. Unter diesen Vorraussetzungen können wir die Abschätzung aus dem Beweis zu Satz 3.1.5 wie folgt modifizieren: ∞∑ ‖R α y − T † y‖ 2 ≤ (σ n g α (σ n ) − 1) 2 (x † , u n ) 2 = n=1 ∞∑ (σ n g α (σ n ) − 1) 2 σn 2µ (w, u n ) 2 n=1 ≤ ω µ (α) 2 ‖w‖ 2 . 36

Theorem 3.1.6. Seien g α and γ wie im vorherigen Satz 3.1.5, und sei x α := R α y,<br />

x δ α := R α y δ . Dann gilt<br />

‖T x α − T x δ α‖ ≤ γδ, (3.4)<br />

und<br />

‖x α − x δ α‖ ≤ C α δ, . (3.5)<br />

Beweis. Aus der Singulärwertzerlegung ergibt sich sofort<br />

‖T x α − T x δ α‖ 2<br />

∞∑<br />

≤ σng 2 α (σ n ) 2 |(y − y δ , v n )| 2<br />

n=1<br />

∑<br />

∞<br />

≤ γ 2 |(y − y δ , v n )| 2 = γ 2 ‖y − y δ ‖ 2 ≤ (γδ) 2 ,<br />

n=1<br />

un damit (3.4). Analog erhalten wir die Abschätzung<br />

‖x α − x δ α‖ 2<br />

und damit (3.5).<br />

≤<br />

≤<br />

∞∑<br />

g α (σ n ) 2 |(y − y δ , v n )| 2<br />

n=1<br />

∞∑<br />

|(y − y δ , v n )| 2 = Cα‖y 2 − y δ ‖ 2 ≤ (C α δ) 2 ,<br />

n=1<br />

Zusammen ergeben diese beiden Resultate:<br />

Theorem 3.1.7. Sei g α : R + → R stückweise stetig und sei<br />

sup(σg α (σ)) ≤ γ,<br />

α,σ<br />

mit einer Konstanten γ > 0. Definiere x α := R α y und x δ α := R α y δ . Gilt nun<br />

lim C α(δ,y<br />

δ→0 δ )δ = 0,<br />

dann folgt:<br />

x α(δ,y δ ) → x † für δ → 0.<br />

3.2 Konvergenzraten<br />

Auf dem Beweis von Theorem 3.1.5 sehen wir, dass die Konvergenz im Allgemeinen<br />

beliebig langsam sein kann. Die Funktion σ → σg α (σ) konvergiert nämlich<br />

punktweise gegen<br />

{ 0 falls σ > 0,<br />

g(σ) =<br />

1 falls σ = 0.<br />

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