stringtranslate.com

Пространство в бочке

В функциональном анализе и смежных областях математики бочкообразное пространство (также пишется как бочкообразное пространство ) — это топологическое векторное пространство (TVS), для которого каждое бочкообразное множество в пространстве является окрестностью для нулевого вектора . Бочечное множество или бочка в топологическом векторном пространстве — это множество , которое является выпуклым , сбалансированным , поглощающим и замкнутым . Бочечные пространства изучаются, поскольку для них все еще справедлива форма теоремы Банаха–Штейнгауза . Бочечные пространства были введены Бурбаки  (1950).

Бочки

Выпуклое и сбалансированное подмножество действительного или комплексного векторного пространства называется диском , и говорят, что оно является дисковым , абсолютно выпуклым или выпукло сбалансированным .

Абочка илиБочечное множество втопологическом векторном пространстве(TVS) — это подмножество, представляющее собойзамкнутый поглощающийдиск; то есть бочка — это выпуклое, сбалансированное, замкнутое и поглощающее подмножество.

Каждая бочка должна содержать начало координат. Если и если есть любое подмножество то есть выпуклое, сбалансированное и поглощающее множество тогда и только тогда, когда все это верно для для каждого -мерного векторного подпространства таким образом, если то требование, чтобы бочка была замкнутым подмножеством , является единственным определяющим свойством, которое не зависит исключительно от (или более низких) -мерных векторных подпространств

Если — любой TVS, то каждая замкнутая выпуклая и сбалансированная окрестность начала координат обязательно является бочкой (потому что каждая окрестность начала координат обязательно является поглощающим подмножеством). Фактически, каждое локально выпуклое топологическое векторное пространство имеет базис окрестностей в своем начале координат, состоящий полностью из бочек. Однако, в общем случае, могут существовать бочки, которые не являются окрестностями начала координат; «бочки» — это именно те TVS, в которых каждая бочка обязательно является окрестностью начала координат. Каждое конечномерное топологическое векторное пространство является бочкообразным пространством, поэтому примеры бочек, которые не являются окрестностями начала координат, можно найти только в бесконечномерных пространствах.

Примеры бочек и небочек

Замыкание любого выпуклого, сбалансированного и поглощающего подмножества является бочкой. Это потому, что замыкание любого выпуклого (соответственно, любого сбалансированного, любого поглощающего) подмножества имеет то же самое свойство.

Семейство примеров : Предположим, что равно (если рассматривать как комплексное векторное пространство) или равно (если рассматривать как действительное векторное пространство). Независимо от того, является ли это действительным или комплексным векторным пространством, каждая бочка в обязательно является окрестностью начала координат (так что является примером бочкообразного пространства). Пусть будет любой функцией и для каждого угла пусть обозначит замкнутый отрезок прямой от начала координат до точки Пусть Тогда всегда является поглощающим подмножеством (действительного векторного пространства), но оно является поглощающим подмножеством (комплексного векторного пространства) тогда и только тогда, когда оно является окрестностью начала координат. Более того, является сбалансированным подмножеством тогда и только тогда, когда для каждого (если это так, то и полностью определяются значениями на ), но является сбалансированным подмножеством тогда и только тогда, когда оно является открытым или замкнутым шаром с центром в начале координат (радиуса ). В частности, бочки в — это в точности те замкнутые шары с центром в начале координат с радиусом в Если то — замкнутое подмножество, которое поглощает в , но не поглощает в и которое не является ни выпуклым, ни сбалансированным, ни окрестностью начала координат в Подходящим выбором функции также возможно иметь сбалансированное и поглощающее подмножество , которое не является ни замкнутым, ни выпуклым. Чтобы иметь сбалансированное, поглощающее и замкнутое подмножество , которое не является ни выпуклым, ни окрестностью начала координат, определите на следующим образом: для пусть (в качестве альтернативы это может быть любая положительная функция на , которая непрерывно дифференцируема, что гарантирует, что и что является замкнутым, и что также удовлетворяет , что предотвращает от того, чтобы быть окрестностью начала координат), а затем расширить до , определив , что гарантирует, что является сбалансированным в

Свойства бочек

Характеристика бочкообразных пространств

Обозначим через пространство непрерывных линейных отображений из в

Если — хаусдорфово топологическое векторное пространство (TVS) с непрерывным сопряженным пространством , то следующие условия эквивалентны:

  1. бочкообразный.
  2. Определение : Каждая бочкаявляется окрестностью начала координат.
    • Это определение похоже на характеристику TVS Бэра, доказанную Саксоном [1974], который доказал, что TVS с топологией, которая не является индискретной топологией, является пространством Бэра тогда и только тогда, когда каждое поглощающее сбалансированное подмножество является окрестностью некоторой точки (не обязательно начала координат). [2]
  3. Для любого хаусдорфова TVS каждое поточечно ограниченное подмножество является равностепенно непрерывным. [3]
  4. Для любого F-пространства каждое точечно ограниченное подмножество является равностепенно непрерывным. [3]
  5. Каждый замкнутый линейный оператор из в полную метризуемую TVS непрерывен. [4]
    • Линейное отображение называется замкнутым, если его график является замкнутым подмножеством
  6. Каждая топология TVS Хаусдорфа , имеющая базис окрестности начала координат, состоящий из -замкнутого множества, конечно, чем [5]

Если — локально выпуклое пространство, то этот список можно расширить, добавив:

  1. Существует TVS, не несущий недискретной топологии (в частности, ), такой, что каждое поточечно ограниченное подмножество является равностепенно непрерывным. [2]
  2. Для любого локально выпуклого TVS каждое поточечно ограниченное подмножество является равностепенно непрерывным. [2]
    • Из двух приведенных выше характеристик следует, что в классе локально выпуклых TVS бочкообразные пространства — это в точности те, для которых выполняется принцип равномерной ограниченности.
  3. Каждое -ограниченное подмножество непрерывного сопряженного пространства равностепенно непрерывно (это обеспечивает частичное обращение теоремы Банаха-Штейнгауза ). [2] [6]
  4. несет сильную двойственную топологию [2]
  5. Всякая нижняя полунепрерывная полунорма на непрерывна. [2]
  6. Всякое линейное отображение в локально выпуклое пространство почти непрерывно. [2]
    • Линейная карта называетсяпочти непрерывно , если для каждой окрестностиначала координат взамыканииесть окрестность начала координат в
  7. Каждое сюръективное линейное отображение из локально выпуклого пространства почти открыто . [2]
    • Это означает, что для каждой окрестности 0 в замыкании существует окрестность 0 в
  8. Если — локально выпуклая топология на такая, что имеет базис окрестностей в начале координат, состоящий из -замкнутых множеств, то слабее, чем [2]

Если — локально выпуклое пространство Хаусдорфа, то этот список можно расширить, добавив:

  1. Теорема о замкнутом графике : Каждый замкнутый линейный оператор в банаховом пространстве непрерывен. [7]
  2. Для любого подмножества непрерывного сопряженного пространства следующие свойства эквивалентны: [ 6 ]
    1. равностепенно непрерывный;
    2. относительно слабо компактен;
    3. сильно ограниченный;
    4. слабо ограничен.
  3. Базисы 0-окрестностей в и фундаментальные семейства ограниченных множеств в соответствуют друг другу по полярности . [6]

Если — метризуемое топологическое векторное пространство , то этот список можно расширить, добавив:

  1. Для любого полного метризуемого TVS каждая поточечно ограниченная последовательность в является равностепенно непрерывной. [3]

Если — локально выпуклое метризуемое топологическое векторное пространство , то этот список можно расширить, добавив:

  1. (Свойство S ): Слабая* топология наявляется последовательно полной . [8]
  2. (Свойство C ): Каждое слабо* ограниченное подмножествоявляется-относительно счетно компактным . [8]
  3. (𝜎-бочкообразный ): Каждое счетное слабо* ограниченное подмножествоявляется равностепенно непрерывным. [8]
  4. (Бэровски ):не является объединением возрастающей последовательности нигде не плотных дисков . [8]

Примеры и достаточные условия

Каждое из следующих топологических векторных пространств является бочкообразным:

  1. TVS, которые являются пространством Бэра .
    • Следовательно, каждое топологическое векторное пространство, которое само по себе принадлежит ко второй категории, является бочкообразным.
  2. F-пространства , пространства Фреше , банаховы пространства и гильбертовы пространства .
  3. Полные псевдометризуемые TVS. [9]
    • Следовательно, каждый конечномерный TVS является бочкообразным.
  4. Пространства Монтеля .
  5. Сильно двойственные пространства пространств Монтеля (поскольку они обязательно являются пространствами Монтеля).
  6. Локально выпуклое квазибочкообразное пространство , которое также является σ-бочечным пространством . [10]
  7. Последовательно полное квазибочкообразное пространство .
  8. Квазиполное хаусдорфово локально выпуклое инфрабочковое пространство . [ 2]
    • TVS называется квазиполным, если каждое замкнутое и ограниченное подмножество является полным.
  9. TVS с плотным бочкообразным векторным подпространством. [2]
    • Таким образом, завершение бочкообразного пространства является бочкообразным.
  10. Хаусдорфово локально выпуклое TVS с плотным инфрабочечным векторным подпространством. [2]
    • Таким образом, завершение инфрабочечного хаусдорфова локально выпуклого пространства является бочонком. [2]
  11. Вектор подпространства бочкообразного пространства, имеющего счетную коразмерность. [2]
    • В частности, конечное коразмерное векторное подпространство бочечного пространства является бочечным.
  12. Локально выпуклый ультрабочкообразный TVS. [11]
  13. Хаусдорфово локально выпуклое TVS, такое, что каждое слабо ограниченное подмножество его непрерывного сопряженного пространства равностепенно непрерывно. [12]
  14. Локально выпуклое TVS, такое, что для любого банахова пространства замкнутое линейное отображение в обязательно непрерывно. [13]
  15. Продукт семейства бочечных пространств. [14]
  16. Локально выпуклая прямая сумма и индуктивный предел семейства бочечных пространств. [15]
  17. Частное бочкообразного пространства. [16] [15]
  18. Хаусдорфово последовательно полное квазибочечное ограниченно суммирующее TVS. [17]
  19. Локально выпуклое рефлексивное пространство Хаусдорфа является бочкообразным.

Контрпримеры

Свойства бочечных пространств

Обобщение Банаха – Штейнгауза

Важность бочкообразных пространств обусловлена ​​главным образом следующими результатами.

Теорема [19]  —  Пусть — бочкообразный TVS и — локально выпуклый TVS. Пусть — подмножество пространства непрерывных линейных отображений из в . Следующие условия эквивалентны:

  1. ограничен для топологии поточечной сходимости;
  2. ограничено для топологии ограниченной сходимости;
  3. является равностепенно непрерывным .

Теорема Банаха-Штейнгауза является следствием приведенного выше результата. [20] Когда векторное пространство состоит из комплексных чисел, то также справедливо следующее обобщение.

Теорема [21]  —  Если — бочкообразный TVS над комплексными числами и — подмножество непрерывного сопряженного пространства , то следующие условия эквивалентны:

  1. слабо ограничен;
  2. сильно ограничен;
  3. является равностепенно непрерывным;
  4. относительно компактен в слабой двойственной топологии.

Напомним, что линейное отображение называется замкнутым , если его график является замкнутым подмножеством

Теорема о замкнутом графике [22]  —  Каждый замкнутый линейный оператор из хаусдорфовой бочкообразной TVS в полную метризуемую TVS непрерывен.

Другие свойства

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Наричи и Бекенштейн 2011, стр. 225–273.
  2. ^ abcdefghijklmnopqrs Narici & Beckenstein 2011, стр. 371–423.
  3. ^ abc Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 39.
  4. ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 43.
  5. ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 32.
  6. ^ abc Schaefer & Wolff 1999, стр. 127, 141Trèves 2006, стр. 350.
  7. ^ Наричи и Бекенштейн 2011, стр. 477.
  8. ^ abcd Наричи и Бекенштейн 2011, стр. 399.
  9. ^ Наричи и Бекенштейн 2011, стр. 383.
  10. ^ Халилулла 1982, стр. 28–63.
  11. ^ Наричи и Бекенштейн 2011, стр. 418–419.
  12. ^ Трев 2006, стр. 350.
  13. ^ ab Schaefer & Wolff 1999, стр. 166.
  14. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 138.
  15. ^ ab Schaefer & Wolff 1999, стр. 61.
  16. ^ Трев 2006, стр. 346.
  17. ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 77.
  18. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 103–110.
  19. ^ Трев 2006, стр. 347.
  20. ^ Трев 2006, стр. 348.
  21. ^ Трев 2006, стр. 349.
  22. ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 41.
  23. ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978, стр. 70–73.
  24. ^ Трев 2006, стр. 424.

Библиография