stringtranslate.com

Ядерный космос

В математике ядерные пространства — это топологические векторные пространства , которые можно рассматривать как обобщение конечномерных евклидовых пространств и которые разделяют многие из их желаемых свойств. Однако ядерные пространства сильно отличаются от гильбертовых пространств , еще одного обобщения конечномерных евклидовых пространств. Их представил Александр Гротендик .

Топологию ядерных пространств можно определить с помощью семейства полунорм , единичные шары которых быстро уменьшаются в размерах. Векторные пространства, элементы которых в некотором смысле «гладкие», имеют тенденцию быть ядерными пространствами; типичным примером ядерного пространства является множество гладких функций на компактном многообразии . Все конечномерные векторные пространства являются ядерными. Не существует ядерных банаховых пространств , за исключением конечномерных. На практике часто верно обратное: если «естественное» топологическое векторное пространство не является банаховым пространством, то есть большая вероятность, что оно является ядерным.

Первоначальная мотивация: теорема о ядре Шварца.

Большая часть теории ядерных пространств была разработана Александром Гротендиком при исследовании теоремы о ядре Шварца и опубликована в (Гротендик, 1955). Сейчас мы опишем эту мотивацию.

Для любых открытых подмножеств и канонического отображения является изоморфизмом TVS (где имеет топологию равномерной сходимости на ограниченных подмножествах ) и, кроме того, оба этих пространства канонически TVS-изоморфны (где, поскольку является ядерным, это тензорное произведение одновременно является инъективное тензорное произведение и проективное тензорное произведение ). [1] Короче говоря, теорема о ядре Шварца утверждает, что:

TVS-изоморфизмы

Этот результат является ложным, если заменить пространство на (которое является рефлексивным пространством , даже изоморфным своему собственному сильному дуальному пространству) и заменить двойственным к этому пространству. [2] Почему такой хороший результат справедлив для пространства распределений и пробных функций, но не для гильбертова пространства (которое обычно считается одним из «самых хороших» TVS)? Этот вопрос привел Гротендика к открытию ядерных пространств, ядерных карт и инъективного тензорного произведения .

Мотивы из геометрии

Другой набор мотивирующих примеров взят непосредственно из геометрии и теории гладких многообразий [3], приложение 2 . Для гладких многообразий и локально выпуклого топологического векторного пространства Хаусдорфа существуют следующие изоморфизмы ядерных пространств

Определение

В этом разделе перечислены некоторые из наиболее распространенных определений ядерного пространства. Все приведенные ниже определения эквивалентны. Обратите внимание, что некоторые авторы используют более ограничительное определение ядерного пространства, добавляя условие, согласно которому это пространство также должно быть пространством Фреше . (Это означает, что пространство полно и топология задается счетным семейством полунорм.)

Следующее определение было использовано Гротендиком для определения ядерных пространств. [4]

Определение 0 : Пусть — локально выпуклое топологическое векторное пространство. Тогда является ядерным, если для любого локально выпуклого пространства вложение в каноническое векторное пространство является вложением ТВС, образ которых плотен в кодобласти (где областью определения является проективное тензорное произведение , а кодобластью является пространство всех отдельно непрерывных билинейных форм на, наделенных топология равномерной сходимости на равнонепрерывных подмножествах ).

Начнем с того, что вспомним некоторую предысторию. Локально выпуклое топологическое векторное пространство имеет топологию, которая определяется некоторым семейством полунорм . Для любой полунормы единичный шар является замкнутой выпуклой симметричной окрестностью начала координат, и наоборот, любая замкнутая выпуклая симметричная окрестность точки 0 является единичным шаром некоторой полунормы. (Для комплексных векторных пространств условие «симметричный» следует заменить на « сбалансированный ».) Если — полунорма, то обозначает банахово пространство , заданное путем дополнения вспомогательного нормированного пространства с использованием полунормы. Существует естественное отображение (не обязательно инъективное). .

Если - другая полунорма, большая (поточечно как функция от ), то существует естественное отображение от до такое, что первое отображение факторизуется как Эти отображения всегда непрерывны. Пространство является ядерным, когда выполняется более сильное условие, а именно, что эти отображения являются ядерными операторами . Условия работы оператором атомной станции непростые, более подробную информацию можно найти в соответствующей статье.

Определение 1. Ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство, такое, что для любой полунормы можно найти большую полунорму , так что естественное отображение является ядерным .

Неформально это означает, что всякий раз, когда нам дан единичный шар некоторой полунормы, мы можем найти внутри него «гораздо меньший» единичный шар другой полунормы или что любая окрестность 0 содержит «гораздо меньшую» окрестность. Нет необходимости проверять это условие для всех полунорм ; достаточно проверить его на наборе полунорм, порождающих топологию, т. е. наборе полунорм, являющихся подбазой топологии .

Вместо использования произвольных банаховых пространств и ядерных операторов мы можем дать определение в терминах гильбертовых пространств и ядерных операторов, которые легче понять. (В гильбертовых пространствах ядерные операторы часто называют операторами ядерного класса.) Мы будем говорить, что полунорма является гильбертовой полунормой , если она является гильбертовым пространством или, что то же самое, если происходит из полуторалинейной положительно полуопределенной формы на

Определение 2 : Ядерное пространство — это топологическое векторное пространство с топологией, определяемой семейством полунорм Гильберта, такое, что для любой полунормы Гильберта мы можем найти большую полунорму Гильберта , так что естественное отображение от до является ядерным классом .

Некоторые авторы предпочитают использовать операторы Гильберта–Шмидта, а не операторы трассового класса. Это не имеет большого значения, потому что любой оператор ядерного класса принадлежит Гильберту – Шмидту, а произведение двух операторов Гильберта – Шмидта имеет ядерный класс.

Определение 3 : Ядерное пространство — это топологическое векторное пространство с топологией, определяемой семейством полунорм Гильберта, такое, что для любой полунормы Гильберта мы можем найти большую полунорму Гильберта, так что естественным отображением от до является Гильберт-Шмидт.

Если мы хотим использовать концепцию ядерного оператора из произвольного локально выпуклого топологического векторного пространства в банахово пространство, мы можем дать более короткие определения следующим образом:

Определение 4. Ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство, такое, что для любой полунормы естественное отображение из является ядерным .

Определение 5. Ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство, такое, что любое непрерывное линейное отображение в банахово пространство является ядерным.

Гротендик использовал определение, подобное следующему:

Определение 6 : Ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство такое, что для любого локально выпуклого топологического векторного пространства естественное отображение проективного тензорного произведения в инъективное и является изоморфизмом.

На самом деле достаточно проверить это только для банаховых пространств или даже только для одного банахова пространства абсолютно сходящихся рядов.

Характеристики

Пусть – хаусдорфово локально выпуклое пространство. Тогда следующие условия эквивалентны:

  1. является ядерным;
  2. для любого локально выпуклого пространства вложение в каноническое векторное пространство представляет собой вложение ТВС, образ которых плотен в кодомене;
  3. для любого банахова пространства вложение в каноническое векторное пространство является сюръективным изоморфизмом TVS; [5]
  4. для любого локально выпуклого хаусдорфова пространства вложение в каноническое векторное пространство является сюръективным изоморфизмом TVS; [5]
  5. каноническое вложение in является сюръективным изоморфизмом TVS; [6]
  6. каноническое отображение является сюръективным TVS-изоморфизмом. [6]
  7. для любой полунормы мы можем найти большую полунорму, так что естественное отображение будет ядерным ;
  8. для любой полунормы мы можем найти большую полунорму, так что каноническая инъекция будет ядерной; [5]
  9. топология определяется семейством полунорм Гильберта, так что для любой полунормы Гильберта мы можем найти большую полунорму Гильберта , так что естественное отображение является ядерным классом ;
  10. имеет топологию, определенную семейством полунорм Гильберта, такую, что для любой полунормы Гильберта мы можем найти большую полунорму Гильберта , так что естественным отображением будет Гильберт – Шмидт;
  11. для любой полунормы естественное отображение из является ядерным .
  12. любое непрерывное линейное отображение банахова пространства является ядерным;
  13. каждая непрерывная полунорма на является доядерной; [7]
  14. каждое равнонепрерывное подмножество является доядерным; [7]
  15. всякое линейное отображение банахова пространства в , преобразующее единичный шар в равнонепрерывное множество, является ядерным; [5]
  16. завершение строительства ядерного космоса;

Если пространство Фреше , то следующие условия эквивалентны:

  1. является ядерным;
  2. каждая суммируемая последовательность в абсолютно суммируема; [6]
  3. сильный двойник — ядерный;

Достаточные условия

Предположим, что и - локально выпуклое пространство с ядерным характером.

Примеры

Если — множество любой мощности, то и (с топологией произведения ) — оба ядерных пространства. [12]

Относительно простой бесконечномерный пример ядерного пространства — это пространство всех быстро убывающих последовательностей («быстро убывающие» означает, что оно ограничено для любого многочлена ). Для каждого действительного числа можно определить норму следующим образом:

Характеристики

Ядерные пространства во многом похожи на конечномерные пространства и обладают многими их хорошими свойствами.

Теорема о ядре

Большая часть теории ядерных пространств была разработана Александром Гротендиком при исследовании теоремы о ядре Шварца и опубликована в (Гротендик, 1955). Имеем следующее обобщение теоремы.

Теорема Шварца о ядре : [9] Предположим, что это ядерная форма, локально выпуклая и непрерывная билинейная форма на Тогда возникает из пространства вида где и являются подходящими равнонепрерывными подмножествами и, что эквивалентно, имеет вид

Теорема Бохнера – Минлоса

Любой непрерывный положительно определенный функционал на ядерном пространстве называется характеристическим функционалом, если и для любого комплекса [16] [17]

Учитывая характеристический функционал в ядерном пространстве, теорема Бохнера -Минлоса (по Саломону Бохнеру и Роберту Адольфовичу Минлосу ) гарантирует существование и единственность соответствующей вероятностной меры в дуальном пространстве, заданном формулой

Это расширяет обратное преобразование Фурье на ядерные пространства.

В частности, если ядерное пространство

дуальном пространствемерой белого шумаслучайный элементслучайным распределением

Сильно ядерные пространства

Сильно ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство, такое, что для любой полунормы существует большая полунорма, так что естественное отображение является сильно ядерным .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тревес 2006, с. 531.
  2. ^ Тревес 2006, стр. 509–510.
  3. ^ Костелло, Кевин (2011). Перенормировка и эффективная теория поля. Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество. ISBN 978-0-8218-5288-0. ОСЛК  692084741.
  4. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 170.
  5. ^ abcd Treves 2006, с. 511.
  6. ^ abc Schaefer & Wolff 1999, стр. 184.
  7. ^ ab Schaefer & Wolff 1999, стр. 178.
  8. ^ abcdef Schaefer & Wolff 1999, стр. 103.
  9. ^ abcde Schaefer & Wolff 1999, стр. 172.
  10. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 105.
  11. ^ ab Schaefer & Wolff 1999, стр. 173.
  12. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 100.
  13. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 101.
  14. ^ Тревес 2006, с. 520.
  15. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 110.
  16. ^ Холден и др. 2009, с. 258.
  17. ^ Т. Р. Йохансен, Теорема Бохнера-Минлоса для ядерных пространств и абстрактного пространства белого шума , 2003.

Библиография