stringtranslate.com

Дифференцируемые векторные функции из евклидова пространства

В математической дисциплине функционального анализа дифференцируемая векторнозначная функция из евклидова пространства является дифференцируемой функцией, имеющей значение в топологическом векторном пространстве (TVS), область определения которого является подмножеством некоторого конечномерного евклидова пространства . Можно обобщить понятие производной на функции, область определения и область значений которых являются подмножествами произвольных топологических векторных пространств (TVS) несколькими способами. Но когда область определения функции со значением TVS является подмножеством конечномерного евклидова пространства , то многие из этих понятий становятся логически эквивалентными, что приводит к гораздо более ограниченному числу обобщений производной, и, кроме того, дифференцируемость также более хорошо себя ведет по сравнению с общим случаем. В этой статье представлена ​​теория -кратно непрерывно дифференцируемых функций на открытом подмножестве евклидова пространства ( ), что является важным частным случаем дифференциации между произвольными TVS. Эта важность частично обусловлена ​​тем фактом, что каждое конечномерное векторное подпространство хаусдорфова топологического векторного пространства является TVS, изоморфным евклидову пространству , так что, например, этот особый случай можно применить к любой функции, областью определения которой является произвольное хаусдорфово TVS, ограничив его конечномерными векторными подпространствами.

Все векторные пространства будут предполагаться над полем, где есть либо действительные числа , либо комплексные числа.

Непрерывно дифференцируемые векторные функции

Отображение , которое также может быть обозначено как между двумя топологическими пространствами , называется -раз непрерывно дифференцируемым или , если оно непрерывно. Топологическое вложение может также называться -вложением .

Кривые

Дифференцируемые кривые являются важным частным случаем дифференцируемых векторнозначных (т.е. TVS-значных) функций, которые, в частности, используются в определении производной Гато . Они имеют основополагающее значение для анализа отображений между двумя произвольными топологическими векторными пространствами , а также для анализа TVS-значных отображений из евклидовых пространств , что и является предметом данной статьи.

Непрерывное отображение из подмножества , которое оценивается в топологическом векторном пространстве , называется ( однократно или -раз ) дифференцируемым, если для всех оно дифференцируемо в , что по определению означает, что существует следующий предел в : где для того, чтобы этот предел был даже хорошо определен, должна быть точка накопления Если дифференцируемо, то оно называется непрерывно дифференцируемым или если его производная , которая является индуцированным отображением, является непрерывным. Используя индукцию по отображению, является -раз непрерывно дифференцируемым или если его производная непрерывно дифференцируема, в этом случае -производная является отображением Оно называется гладким или бесконечно дифференцируемым, если оно -раз непрерывно дифференцируемо для каждого целого числа Для оно называется -раз дифференцируемым, если оно -раз непрерывно дифференцируемо и является дифференцируемым.

Непрерывная функция из непустого и невырожденного интервала в топологическое пространство называется кривой или кривой в Путь в — это кривая в , область определения которой компактна, в то время как дуга или C 0 -дуга в — это путь в , который также является топологическим вложением . Для любого кривая со значением в топологическом векторном пространстве называется -вложением , если она является топологическим вложением , и кривая такая, что для каждого , где она называется -дугой , если она также является путем (или, что эквивалентно, также -дугой) в дополнение к тому, что является -вложением.

Дифференцируемость на евклидовом пространстве

Определения, данные выше для кривых, теперь расширены от функций со значениями, определенными на подмножествах, до функций, определенных на открытых подмножествах конечномерных евклидовых пространств .

Везде, пусть будет открытым подмножеством , где - целое число. Предположим , и - функция такая, что с точкой накопления Тогда дифференцируема в [1] если существуют векторы в , называемые частными производными от в , такие, что где Если дифференцируема в точке , то она непрерывна в этой точке. [1] Если дифференцируема в каждой точке некоторого подмножества своей области определения , то говорят, что она ( однократно или -раз ) дифференцируема в , где если подмножество не упомянуто, то это означает, что она дифференцируема в каждой точке своей области определения. Если дифференцируема и если каждая из ее частных производных является непрерывной функцией, то говорят, что она ( однократно или многократно ) непрерывно дифференцируема или [1] Для определения того, что означает для функции быть (или многократно непрерывно дифференцируемой), скажем, что она многократно непрерывно дифференцируема или что есть , если она непрерывно дифференцируема и каждая из ее частных производных есть Скажем, что она гладкая или бесконечно дифференцируема , если есть для всех Носитель функции — это замыкание ( взятое в ее области определения ) множества

ПространстваСквекторные функции

В этом разделе пространство гладких тестовых функций и его каноническая LF-топология обобщаются на функции, имеющие значения в общих полных хаусдорфовых локально выпуклых топологических векторных пространствах (TVS). После того, как эта задача выполнена, обнаруживается, что построенное топологическое векторное пространство могло бы (с точностью до TVS-изоморфизма) быть вместо этого определено просто как завершенное инъективное тензорное произведение обычного пространства гладких тестовых функций с

Пусть повсюду будет хаусдорфовым топологическим векторным пространством (TVS), пусть и пусть будет либо:

  1. открытое подмножество, где есть целое число, или иначе
  2. локально компактное топологическое пространство , в этом случае может быть только

ПространствоСкфункции

Для любого пусть обозначим векторное пространство всех -значных отображений, определенных на и пусть обозначим векторное подпространство из , состоящее из всех отображений в , которые имеют компактный носитель. Пусть обозначим и обозначим Дайте топологию равномерной сходимости функций вместе с их производными порядка на компактных подмножествах из [1] Предположим, что есть последовательность относительно компактных открытых подмножеств , объединение которых есть и которые удовлетворяют для всех Предположим, что есть базис окрестностей начала отсчета в Тогда для любого целого числа множества: образуют базис окрестностей начала отсчета для как и меняются всеми возможными способами. Если есть счетное объединение компактных подмножеств и есть пространство Фреше , то также есть Обратите внимание, что является выпуклым всякий раз, когда является выпуклым. Если является метризуемым (соответственно полным , локально выпуклым , хаусдорфовым ), то также является [1] [2] Если является базисом непрерывных полунорм для , то базис непрерывных полунорм на есть: как и меняются всеми возможными способами. [1]

ПространствоСкфункции с носителем в компактном подмножестве

Определение топологии пространства тестовых функций теперь дублируется и обобщается. Для любого компактного подмножества обозначим множество всех в , носитель которых лежит в (в частности, если то область определения есть , а не ) и дадим ему топологию подпространства, индуцированную [1] Если есть компактное пространство и есть банахово пространство, то становится банаховым пространством, нормированным [2] Пусть обозначим Для любых двух компактных подмножеств включение есть вложение TVS и что объединение всех при меняется по компактным подмножествам есть

Пространство компактной поддержкиСкфункции

Для любого компактного подмножества обозначим отображение включения и наделим сильнейшей топологией, делающей все непрерывными, которая известна как конечная топология, индуцированная этим отображением. Пространства и отображения образуют прямую систему (направленную компактными подмножествами ), предел которой в категории TVS равен вместе с инъекциями [1] Пространства и отображения также образуют прямую систему (направленную полным порядком ), предел которой в категории TVS равен вместе с инъекциями [1] Каждое вложение является вложением TVS. Подмножество из является окрестностью начала координат в тогда и только тогда, когда является окрестностью начала координат в для каждого компакта Эта топология прямого предела (т.е. конечная топология) на известна как каноническая топология LF .

Если — локально выпуклое хаусдорфово пространство, — TVS, а — линейное отображение, то оно непрерывно тогда и только тогда, когда для всех компактных ограничение на непрерывно. [1] Утверждение остается верным, если «все компактные » заменить на «все ».

Характеристики

Теорема [1]  —  Пусть будет положительным целым числом и пусть будет открытым подмножеством Данного для любого пусть будет определено как и пусть будет определено как Тогда является сюръективным изоморфизмом TVS. Более того, его ограничение является изоморфизмом TVS (где имеет свою каноническую топологию LF).

Теорема [1]  —  Пусть — хаусдорфово локально выпуклое топологическое векторное пространство и для каждой непрерывной линейной формы и каждого пусть определяется соотношением Тогда — непрерывное линейное отображение; и, кроме того, его ограничение также непрерывно (где имеет каноническую топологию LF).

Идентификация как тензорного произведения

Предположим далее, что является Хаусдорфовым. Для данной функции и вектора обозначим отображение, определяемое Это определяет билинейное отображение в пространство функций, образ которого содержится в конечномерном векторном подпространстве этого билинейного отображения превращает это подпространство в тензорное произведение и которое мы будем обозначать через [1] Кроме того, если обозначает векторное подпространство из , состоящее из всех функций с компактным носителем, то является тензорным произведением и [1]

Если локально компактно, то плотно в , а если открытое подмножество , то плотно в [2]

Теорема  —  Если — полное хаусдорфово локально выпуклое пространство, то оно канонически изоморфно инъективному тензорному произведению [2]

Смотрите также

Примечания

Цитаты

  1. ^ abcdefghijklmn Trèves 2006, стр. 412–419.
  2. ^ abcd Treves 2006, стр. 446–451.

Ссылки