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 весьма отличаются от гильбертовых пространств , другого обобщения конечномерных евклидовых пространств. Они были введены Александром Гротендиком .

Топология на ядерных пространствах может быть определена семейством полунорм , единичные шары которых быстро уменьшаются в размере. Векторные пространства, элементы которых являются «гладкими» в некотором смысле, как правило, являются ядерными пространствами; типичным примером ядерного пространства является множество гладких функций на компактном многообразии . Все конечномерные векторные пространства являются ядерными. Нет ни одного банахова пространства , которое было бы ядерным, за исключением конечномерных. На практике часто бывает верным своего рода обратное этому: если «естественное» топологическое векторное пространство не является банаховым пространством, то есть большая вероятность, что оно является ядерным.

Первоначальная мотивация: Теорема ядра Шварца

Большая часть теории ядерных пространств была разработана Александром Гротендиком при исследовании теоремы Шварца о ядре и опубликована в (Grothendieck 1955). Теперь 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 эти пространства канонически TVS-изоморфны (где поскольку является ядерным, это тензорное произведение является одновременно инъективным тензорным произведением и проективным тензорным произведением ). [1] Короче говоря, теорема Шварца о ядре утверждает, что: где все эти TVS-изоморфизмы являются каноническими.

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

Мотивации из геометрии

Другой набор мотивирующих примеров исходит непосредственно из геометрии и теории гладких многообразий [3] приложение 2. Если даны гладкие многообразия и локально выпуклое хаусдорфово топологическое векторное пространство, то 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, что пространство также должно быть пространством Фреше . (Это означает, что пространство является полным, а 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 каноническое вложение векторного пространства является вложением TVS, образ которых плотен в области определения (где область определения — проективное тензорное произведение , а область определения — пространство всех раздельно непрерывных билинейных форм на , наделенное топологией равномерной сходимости на равностепенно непрерывных подмножествах ).

Начнем с напоминания некоторой предыстории. Локально выпуклое топологическое векторное пространство имеет топологию, которая определяется некоторым семейством полунорм . Для каждой полунормы единичный шар является замкнутой выпуклой симметричной окрестностью начала координат, и наоборот, каждая замкнутая выпуклая симметричная окрестность нуля является единичным шаром некоторой полунормы. (Для комплексных векторных пространств условие «симметричный» следует заменить на « сбалансированный ».) Если является полунормой на , то обозначает банахово пространство , заданное путем дополнения вспомогательного нормированного пространства с помощью полунормы Существует естественное отображение (не обязательно инъективное).

Если — другая полунорма, большая, чем (поточечно как функция от ), то существует естественное отображение из в такое, что первое отображение разлагается как Эти отображения всегда непрерывны. Пространство является ядерным, когда выполняется более сильное условие, а именно, что эти отображения являются ядерными операторами . Условие быть ядерным оператором является тонким, и более подробная информация доступна в соответствующей статье.

Определение 1 : Ядерное пространство — это локально выпуклое топологическое векторное пространство, такое, что для каждой полунормы можно найти большую полунорму, так что естественное отображение будет 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 каждая окрестность 0 содержит «гораздо меньшую» окрестность. Не обязательно проверять это условие для всех полунорм ; достаточно проверить его для набора полунорм, которые порождают топологию, другими словами, набора полунорм, которые являются подбазой для топологии.

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

Определение 2 : Ядерное пространство — это топологическое векторное пространство с топологией, определяемой семейством полунорм Гильберта, таким образом, что для каждой полунормы Гильберта можно найти большую полунорму Гильберта, так что естественное отображение из в является классом следа .

Некоторые авторы предпочитают использовать операторы Гильберта–Шмидта вместо операторов трассового класса. Это не имеет большого значения, поскольку каждый оператор трассового класса является оператором Гильберта–Шмидта, а произведение двух операторов Гильберта–Шмидта имеет трассовый класс.

Определение 3 : Ядерное пространство — это топологическое векторное пространство с топологией, определяемой семейством полунорм Гильберта, таким образом, что для каждой полунормы Гильберта можно найти большую полунорму Гильберта, так что естественное отображение из в является отображением Гильберта–Шмидта.

Если мы готовы 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 каждое непрерывное линейное отображение в банахово пространство является ядерным.

Гротендик использовал определение, похожее на следующее:

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

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

Характеристика

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

  1. является ядерным;
  2. для любого локально выпуклого пространства каноническое вложение векторного пространства является вложением TVS, образ которых плотен в области значений;
  3. для любого банахова пространства каноническое вложение векторного пространства является сюръективным изоморфизмом TVS; [5]
  4. для любого локально выпуклого хаусдорфова пространства каноническое вложение векторного пространства является сюръективным изоморфизмом TVS; [5]
  5. каноническое вложение в 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 можно найти большую полунорму Гильберта, так что естественное отображение будет классом следа ;
  10. имеет топологию, определяемую семейством полунорм Гильберта, так что для любой полунормы Гильберта мы можем найти большую полунорму Гильберта, так что естественным отображением будет отображение Гильберта–Шмидта;
  11. для любой полунормы естественное отображение из является ядерным .
  12. любое непрерывное линейное отображение в банахово пространство является ядерным;
  13. каждая непрерывная полунорма на является предъядерной; [7]
  14. каждое равностепенно непрерывное подмножество является предъядерным; [7]
  15. каждое линейное отображение из банахова пространства в , преобразующее единичный шар в равностепенно непрерывное множество, является ядерным; [5]
  16. завершение - это ядерное пространство;

Если — пространство Фреше , то следующие условия эквивалентны:

  1. является ядерным;
  2. каждая суммируемая последовательность в является абсолютно суммируемой; [6]
  3. сильный двойственный элемент — ядерный;

Достаточные условия

Предположим, что и — локально выпуклое пространство с ядерным элементом.

Примеры

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

Относительно простым бесконечномерным примером ядерного пространства является пространство всех быстро убывающих последовательностей («Быстро убывающая» означает, что ограничена для любого многочлена ). Для каждого действительного числа можно определить норму следующим образом: Если пополнение в этой норме равно , то существует естественное отображение из всякий раз , и это является ядерным всякий раз, по сути, потому что ряд тогда абсолютно сходится. В частности, для каждой нормы можно найти другую норму, скажем, такую, что отображение является ядерным. Таким образом, пространство является ядерным.

Характеристики

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

Теорема ядра

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

Теорема ядра Шварца : [9] Предположим, что является ядерным, локально выпуклым и является непрерывной билинейной формой на Тогда происходит из пространства вида , где и являются подходящими равностепенно непрерывными подмножествами и Эквивалентно, имеет вид, где и каждое из и равностепенно непрерывны. Более того, эти последовательности можно считать нулевыми последовательностями (то есть сходящимися к 0) в и соответственно.

Теорема Бохнера–Минлоса

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

Для характеристического функционала на ядерном пространстве теорема Бохнера–Минлоса (по Саломону Бохнеру и Роберту Адольфовичу Минлосу ) гарантирует существование и единственность соответствующей вероятностной меры на сопряженном пространстве такой, что

где — преобразование Фурье , тем самым расширяя обратное преобразование Фурье на ядерные пространства. [18]

В частности, если — ядерное пространство , где — пространства Гильберта, теорема Бохнера–Минлоса гарантирует существование вероятностной меры с характеристической функцией , то есть существование гауссовой меры на сопряженном пространстве . Такая мера называется мерой белого шума . Когда — пространство Шварца, соответствующий случайный элементслучайное распределение .

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

Ссылки

  1. ^ Трев 2006, стр. 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. OCLC  692084741.
  4. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 170.
  5. ^ abcd Trèves 2006, стр. 511.
  6. ^ abc Шефер и Вольф 1999, стр. 184.
  7. ^ ab Schaefer & Wolff 1999, стр. 178.
  8. ^ abcdef Шефер и Вольф 1999, стр. 103.
  9. ^ abcde Шефер и Вольф 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. ^ Трев 2006, стр. 520.
  15. ^ Шефер и Вольф 1999, стр. 110.
  16. ^ Холден и др. 2009, стр. 258.
  17. Саймон 2005, стр. 10–11.
  18. ^ TR Johansen, Теорема Бохнера-Минлоса для ядерных пространств и абстрактного пространства белого шума , 2003.

Библиография