Пространство, в котором ограниченные операторы непрерывны
В математике , в частности в функциональном анализе , борнологическое пространство — это тип пространства, которое в некотором смысле обладает минимальным количеством структуры, необходимым для решения вопросов ограниченности множеств и линейных отображений , точно так же, как топологическое пространство обладает минимальным количеством структуры, необходимым для решения вопросов непрерывности . Борнологические пространства отличаются тем свойством, что линейное отображение из борнологического пространства в любые локально выпуклые пространства непрерывно тогда и только тогда, когда оно является ограниченным линейным оператором .
Борнологические пространства впервые были изучены Джорджем Макки . [ требуется цитата ] Название было придумано Бурбаки [ требуется цитата ] от французского слова borné , означающего « ограниченный ».
Борнологии и ограниченные карты
Борнология на множестве — это совокупность подмножеств , удовлетворяющих всем следующим условиям:
- охватывает то есть, ;
- устойчиво относительно включений; то есть, если и тогда ;
- устойчиво относительно конечных объединений; то есть, если то ;
Элементы набора называются -ограниченными или просто ограниченными множествами, если это понятно.
Пара называется ограниченной структурой или борнологическим множеством .
Базовая или фундаментальная система борнологии — это подмножество , такое что каждый элемент является подмножеством некоторого элемента. Заданная совокупность подмножеств наименьшей борнологии, содержащая , называется борнологией, порожденной
Если и являются борнологическими множествами, то их борнология произведения на является борнологией, имеющей в качестве базы совокупность всех множеств вида где и
Подмножество ограничено в борнологии произведения тогда и только тогда, когда его образ при канонических проекциях на и оба ограничены.
Ограниченные карты
Если и являются борнологическими множествами, то говорят, что функция является локально ограниченным отображением или ограниченным отображением (относительно этих борнологий), если она отображает -ограниченные подмножества в -ограниченные подмножества то есть, если
Если, кроме того, является биекцией и также ограничено, то называется борнологическим изоморфизмом .
Векторные борнологии
Пусть — векторное пространство над полем, в котором имеется борнология.
Борнология на называется векторной борнологией на, если она устойчива относительно сложения векторов, скалярного умножения и образования сбалансированных оболочек (т. е. если сумма двух ограниченных множеств ограничена и т. д.).
Если — топологическое векторное пространство (TVS) и — борнология, то следующие условия эквивалентны:
- является векторной борнологией;
- Конечные суммы и сбалансированные оболочки -ограниченных множеств -ограничены;
- Скалярная карта умножения, определенная как , и карта сложения, определенная как , являются ограниченными, когда их области содержат их борнологии произведений (т.е. они отображают ограниченные подмножества в ограниченные подмножества).
Векторная борнология называется выпуклой векторной борнологией , если она устойчива относительно образования выпуклых оболочек (т.е. выпуклая оболочка ограниченного множества ограничена), тогда
И векторная борнология называется разделенной , если единственным ограниченным векторным подпространством является 0-мерное тривиальное пространство.
Обычно — это либо действительные, либо комплексные числа, в этом случае векторная борнология будет называться выпуклой векторной борнологией, если имеет базу, состоящую из выпуклых множеств.
Подмножества рождающихся животных
Подмножество называется пожирающим и пожирающим, если оно поглощает каждое ограниченное множество.
В векторной борнологии борнеологический объект является борнеядным, если он поглощает каждое ограниченное сбалансированное множество, а в выпуклой векторной борнологии борнеологический объект является борнеядным, если он поглощает каждый ограниченный диск.
Две топологии TVS на одном и том же векторном пространстве имеют одинаковые ограниченные подмножества тогда и только тогда, когда они имеют одних и тех же прирожденных подмножеств.
Каждое подмножество, порождающее метризацию локально выпуклого топологического векторного пространства, является окрестностью начала координат.
сходимость Макки
Последовательность в TVS называется сходящейся по Макки к , если существует последовательность положительных действительных чисел, расходящаяся к , такая, что сходится к в
Борнология топологического векторного пространства
Каждое топологическое векторное пространство по крайней мере на недискретном нормированном поле дает борнологию на , определяя подмножество как ограниченное (или ограниченное по фон Нейману), тогда и только тогда, когда для всех открытых множеств, содержащих нуль, существует с
Если является локально выпуклым топологическим векторным пространством , то ограничено тогда и только тогда, когда все непрерывные полунормы на ограничены на
Множество всех ограниченных подмножеств топологического векторного пространства называется борнологией или борнологией фон Неймана .
Если — локально выпуклое топологическое векторное пространство , то поглощающий диск в является борнеядным (соответственно инфраборнеядным) тогда и только тогда, когда его функционал Минковского локально ограничен (соответственно инфраограничен).
Индуцированная топология
Если — выпуклая векторная борнология на векторном пространстве , то совокупность всех выпуклых сбалансированных подмножеств, которые являются борнологиями, образует базис окрестности в начале координат для локально выпуклой топологии на, называемой топологией, индуцированной .
Если — TVS, то борнологическое пространство, связанное с — это векторное пространство, наделенное локально выпуклой топологией, индуцированной борнологией фон Неймана
Теорема — Пусть и — локально выпуклые TVS, и пусть обозначает наделенное топологией, индуцированной борнологией фон Неймана Определим аналогично. Тогда линейное отображение является ограниченным линейным оператором тогда и только тогда, когда является непрерывным.
Более того, если является борнологическим, является хаусдорфовым и является непрерывным линейным отображением, то также является Если в дополнение является также ультраборнологическим, то непрерывность подразумевает непрерывность где является ультраборнологическим пространством, связанным с
Квазиборнологические пространства
Квазиборнологические пространства были введены С. Ияхеном в 1968 году.
Топологическое векторное пространство (TVS) с непрерывным сопряженным называется квазиборнологическим пространством если выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Каждый ограниченный линейный оператор из в другой TVS является непрерывным .
- Каждый ограниченный линейный оператор из в полный метризуемый TVS является непрерывным.
- Каждый узел в рожденной веревке является окрестностью начала координат.
Каждое псевдометризуемое TVS является квазиборнологическим.
TVS , в котором каждое борноядное множество является окрестностью начала отсчета, является квазиборнологическим пространством.
Если — квазиборнологический TVS, то наилучшая локально выпуклая топология на нем грубее, чем превращает его в локально выпуклое борнологическое пространство.
Борнологическое пространство
В функциональном анализе локально выпуклое топологическое векторное пространство является борнологическим пространством, если его топология может быть восстановлена из его борнологии естественным образом.
Каждое локально выпуклое квазиборнологическое пространство является борнологическим, но существуют борнологические пространства, которые не являются квазиборнологическими.
Топологическое векторное пространство (TVS) с непрерывным сопряженным называется борнологическим пространством, если оно локально выпукло и выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Каждое выпуклое, сбалансированное и рождающееся множество в является окрестностью нуля.
- Каждый ограниченный линейный оператор из в локально выпуклый TVS является непрерывным .
- Напомним, что линейное отображение ограничено тогда и только тогда, когда оно отображает любую последовательность, сходящуюся к в области, в ограниченное подмножество области значений. В частности, любое линейное отображение, которое последовательно непрерывно в начале координат, ограничено.
- Каждый ограниченный линейный оператор из в полунормированное пространство непрерывен.
- Каждый ограниченный линейный оператор из в банахово пространство непрерывен.
Если — локально выпуклое пространство Хаусдорфа , то к этому списку можно добавить:
- Локально выпуклая топология, индуцированная борнологией фон Неймана на , совпадает с заданной топологией .
- Всякая ограниченная полунорма на непрерывна.
- Любая другая топология Хаусдорфа локально выпуклого топологического векторного пространства на , имеющая ту же (фон Неймана) борнологию, что и
- является индуктивным пределом нормированных пространств.
- является индуктивным пределом нормированных пространств , поскольку изменяется по замкнутым и ограниченным кругам (или поскольку изменяется по ограниченным кругам ).
- несет топологию Макки , и все ограниченные линейные функционалы на являются непрерывными.
- обладает обоими следующими свойствами:
- является выпукло-последовательным или C-последовательным , что означает, что каждое выпуклое последовательно открытое подмножество является открытым,
- является последовательно борнологическим или S-борнологическим , что означает, что каждое выпуклое и борноядное подмножество является последовательно открытым.
где подмножество называется последовательно открытым, если каждая последовательность, сходящаяся к в конечном итоге принадлежит
Каждый последовательно непрерывный линейный оператор из локально выпуклого борнологического пространства в локально выпуклое TVS является непрерывным, где напомним, что линейный оператор является последовательно непрерывным тогда и только тогда, когда он последовательно непрерывен в начале координат. Таким образом, для линейных отображений из борнологического пространства в локально выпуклое пространство непрерывность эквивалентна последовательной непрерывности в начале координат. В более общем смысле, мы даже имеем следующее:
- Любое линейное отображение из локально выпуклого борнологического пространства в локально выпуклое пространство , которое отображает нулевые последовательности в ограниченные подмножества , обязательно непрерывно.
Достаточные условия
Теорема Макки–Улама — Произведение набора локально выпуклых борнологических пространств является борнологическим тогда и только тогда, когда не допускает меры Улама .
Как следствие теоремы Макки–Улама, «для всех практических целей произведение борнологических пространств является борнологическим»
Все следующие топологические векторные пространства являются борнологическими:
- Любое локально выпуклое псевдометризуемое TVS является борнологическим.
- Любой строгий индуктивный предел борнологических пространств, в частности любое строгое LF -пространство , является борнологическим.
- Это показывает, что существуют борнологические пространства, которые не метризуются.
- Счетное произведение локально выпуклых борнологических пространств является борнологическим.
- Факторы хаусдорфовых локально выпуклых борнологических пространств являются борнологичными.
- Прямая сумма и индуктивный предел хаусдорфовых локально выпуклых борнологических пространств являются борнологичными.
- Пространства Фреше- Монтеля имеют борнологические сильные дуалы .
- Сильный дуал каждого рефлексивного пространства Фреше является борнологическим.
- Если сильное сопряженное пространство метризуемого локально выпуклого пространства сепарабельно , то оно борнологично.
- Вектор подпространства хаусдорфова локально выпуклого борнологического пространства , имеющего конечную коразмерность в , является борнологическим.
- Самая тонкая локально выпуклая топология на векторном пространстве — борнологичная.
- Контрпримеры
Существует борнологическое LB-пространство , сильное бидуальное которого не является борнологическим.
Замкнутое векторное подпространство локально выпуклого борнологического пространства не обязательно является борнологическим.
Существует замкнутое векторное подпространство локально выпуклого борнологического пространства, которое является полным (и, следовательно, последовательно полным), но не является ни бочечным, ни борнологическим.
Борнологические пространства не обязательно должны быть бочоночными , а бочоночные пространства не обязательно должны быть борнологическими. Поскольку каждое локально выпуклое ультраборнологическое пространство является бочоночным, отсюда следует, что борнологическое пространство не обязательно является ультраборнологическим.
Характеристики
- Сильное двойственное пространство локально выпуклого борнологического пространства является полным .
- Каждое локально выпуклое борнологическое пространство является инфрабочечным .
- Каждый Хаусдорфово последовательно полный борнологический TVS является ультраборнологическим .
- Таким образом, каждое полное хаусдорфово борнологическое пространство является ультраборнологическим.
- В частности, каждое пространство Фреше является ультраборнологическим.
- Конечное произведение локально выпуклых ультраборнологических пространств является ультраборнологическим.
- Каждое борнологическое пространство Хаусдорфа является квазибочечным .
- Для борнологического пространства с непрерывным сопряженным топологией, которая совпадает с топологией Макки
- Каждое квазиполное (т.е. все замкнутые и ограниченные подмножества полны) борнологическое пространство является бочечным . Однако существуют борнологические пространства, которые не являются бочечными.
- Каждое борнологическое пространство является индуктивным пределом нормированных пространств (и банаховых пространств, если пространство также является квазиполным).
- Пусть — метризуемое локально выпуклое пространство с непрерывным сопряженным Тогда следующие условия эквивалентны:
- является борнологическим.
- является квазиствольным .
- бочкообразный .
- это выдающееся пространство .
- Если — линейное отображение между локально выпуклыми пространствами и если — борнологично, то следующие условия эквивалентны:
- является непрерывным.
- последовательно непрерывен.
- Ведь каждое множество , ограниченное в , ограничено.
- Если это нулевая последовательность в то это нулевая последовательность в
- Если — сходящаяся нулевая последовательность Макки в, то — ограниченное подмножество
- Предположим, что и являются локально выпуклыми TVS и что пространство непрерывных линейных отображений наделено топологией равномерной сходимости на ограниченных подмножествах Если является борнологическим пространством и если является полным , то является полным TVS.
- В частности, сильное двойственное пространство локально выпуклого борнологического пространства является полным. Однако оно не обязательно должно быть борнологическим.
- Подмножества
- В локально выпуклом борнологическом пространстве каждое выпуклое борноядное множество является окрестностью ( не обязательно должно быть диском).
- Каждое подмножество, порождающее метризацию локально выпуклого топологического векторного пространства, является окрестностью начала координат.
- Замкнутые векторные подпространства борнологического пространства не обязательно должны быть борнологическими.
Ультраборнологические пространства
Диск в топологическом векторном пространстве называется инфраборноядным, если он поглощает все банаховы диски .
Если локально выпукло и хаусдорфово, то диск является инфраборноядным тогда и только тогда, когда он поглощает все компактные диски.
Локально выпуклое пространство называется ультраборнологическим, если выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Каждый инфраборноядный диск является окрестностью источника.
- индуктивный предел пространств , который изменяется по всем компакт-дискам в
- Полунорма на , ограниченная на каждом банаховом диске, обязательно непрерывна.
- Для каждого локально выпуклого пространства и каждого линейного отображения, если оно ограничено на каждом банаховом диске, то оно непрерывно.
- Для каждого банахова пространства и каждого линейного отображения, если оно ограничено на каждом банаховом диске, то оно непрерывно.
Характеристики
Конечное произведение ультраборнологических пространств ультраборнологично. Индуктивные пределы ультраборнологических пространств ультраборнологичны.
Смотрите также
Ссылки
Библиография
- Адаш, Норберт; Эрнст, Бруно; Кейм, Дитер (1978). Топологические векторные пространства: теория без условий выпуклости . Конспект лекций по математике. Том 639. Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-08662-8. OCLC 297140003.
- Берберян, Стерлинг К. (1974). Лекции по функциональному анализу и теории операторов . Graduate Texts in Mathematics. Том 15. Нью-Йорк: Springer. ISBN 978-0-387-90081-0. OCLC 878109401.
- Бурбаки, Николя (1987) [1981]. Топологические векторные пространства: главы 1–5 . Элементы математики . Перевод Эгглстона, Х.Г.; Мадан, Южный Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-13627-4. OCLC 17499190.
- Конвей, Джон Б. (1990). Курс функционального анализа . Тексты для аспирантов по математике . Т. 96 (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-0-387-97245-9. OCLC 21195908.
- Эдвардс, Роберт Э. (1995). Функциональный анализ: теория и приложения . Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-68143-6. OCLC 30593138.
- 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 (1977). Борнологии и функциональный анализ . Амстердам: North-Holland Publishing Co. стр. xii+144. ISBN 0-7204-0712-5. МР 0500064.
- Hogbe-Nlend, Henri (1977). Борнологии и функциональный анализ: вводный курс по теории двойственной топологии-борнологии и ее использование в функциональном анализе . North-Holland Mathematics Studies. Том 26. Амстердам Нью-Йорк Нью-Йорк: Северная Голландия. ISBN 978-0-08-087137-0. MR 0500064. OCLC 316549583.
- Ярхов, Ганс (1981). Локально выпуклые пространства . Штутгарт: Б. Г. Тойбнер. ISBN 978-3-519-02224-4. OCLC 8210342.
- 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.
- Кете, Готфрид (1983) [1969]. Топологические векторные пространства I . Grundlehren der mathematischen Wissenschaften. Том. 159. Перевод Гарлинга, DJH Нью-Йорк: Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-64988-2. MR 0248498. OCLC 840293704.
- Кригль, Андреас; Михор, Питер В. (1997). Удобная обстановка глобального анализа . Математические обзоры и монографии. Американское математическое общество . ISBN 9780821807804.
- Наричи, Лоуренс; Бекенштейн, Эдвард (2011). Топологические векторные пространства . Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1584888666. OCLC 144216834.
- 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.
- Шехтер, Эрик (1996). Справочник по анализу и его основам . Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-622760-4. OCLC 175294365.
- Шварц, Чарльз (1992). Введение в функциональный анализ . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 978-0-8247-8643-4. OCLC 24909067.
- Wilansky, Albert (2013). Современные методы в топологических векторных пространствах . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications, Inc. ISBN 978-0-486-49353-4. OCLC 849801114.