Дифференцируемая функция в функциональном анализе
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 если существуют векторы в , называемые частными производными от в , такие, что
где
Если дифференцируема в точке , то она непрерывна в этой точке.
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
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:
- открытое подмножество, где есть целое число, или иначе
- 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
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
Если является базисом непрерывных полунорм для , то базис непрерывных полунорм на есть:
как и меняются всеми возможными способами.
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
Если есть компактное пространство и есть банахово пространство, то становится банаховым пространством, нормированным
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
Пространства и отображения также образуют прямую систему (направленную полным порядком ), предел которой в категории TVS равен вместе с инъекциями
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. Утверждение остается верным, если «все компактные » заменить на «все ».
Характеристики
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
Кроме того, если обозначает векторное подпространство из , состоящее из всех функций с компактным носителем, то является тензорным произведением и
Если локально компактно, то плотно в , а если открытое подмножество , то плотно в
Смотрите также
Примечания
Цитаты
Ссылки
- Diestel, Joe (2008). Метрическая теория тензорных произведений: пересмотр резюме Гротендика . Том 16. Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество . ISBN 9781470424831. OCLC 185095773.
- Дубинский, Эд (1979). Структура ядерных пространств Фреше . Конспект лекций по математике . Том. 720. Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-09504-0. OCLC 5126156.
- Grothendieck, Alexander (1955). "Produits Tensoriels Topologiques et Espaces Nucléaires" [Топологические тензорные произведения и ядерные пространства]. Мемуары Американского математического общества (на французском). 16. Провиденс: Американское математическое общество. ISBN 978-0-8218-1216-7. MR 0075539. OCLC 1315788.
- Гротендик, Александр (1973). Топологические векторные пространства . Перевод: Чалджуб, Орландо. Нью-Йорк: Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 978-0-677-30020-7. OCLC 886098.
- Хогбе-Нленд, Анри ; Москателли, В.Б. (1981). Ядерные и конядерные пространства: вводный курс по ядерным и конядерным пространствам в свете дуальности «топология-борнология» . North-Holland Mathematics Studies. Том 52. Амстердам Нью-Йорк Нью-Йорк: Северная Голландия. ISBN 978-0-08-087163-9. OCLC 316564345.
- Халилулла, SM (1982). Контрпримеры в топологических векторных пространствах . Конспект лекций по математике . Том 936. Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-11565-6. OCLC 8588370.
- Питч, Альбрехт (1979). Ядерные локально выпуклые пространства . Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete. Том. 66 (Второе изд.). Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-05644-9. OCLC 539541.
- Наричи, Лоуренс; Бекенштейн, Эдвард (2011). Топологические векторные пространства . Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1584888666. OCLC 144216834.
- Райан, Рэймонд А. (2002). Введение в тензорные произведения банаховых пространств . Springer Monographs in Mathematics. Лондон, Нью-Йорк: Springer . ISBN 978-1-85233-437-6. OCLC 48092184.
- Шефер, Хельмут Х.; Вольф, Манфред П. (1999). Топологические векторные пространства . GTM . Том 8 (Второе издание). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York Imprint Springer. ISBN 978-1-4612-7155-0. OCLC 840278135.
- Тревес, Франсуа (2006) [1967]. Топологические векторные пространства, распределения и ядра . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-45352-1. OCLC 853623322.
- Wong, Yau-Chuen (1979). Пространства Шварца, ядерные пространства и тензорные произведения . Lecture Notes in Mathematics . Vol. 726. Berlin New York: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-09513-2. OCLC 5126158.