Hjälpnormerat utrymme

I funktionsanalys användes två metoder för att konstruera normerade utrymmen från skivor systematiskt av Alexander Grothendieck för att definiera nukleära operatörer och nukleära utrymmen . En metod används om disken är avgränsad: i detta fall är det extra normerade utrymmet med norm

Den andra metoden används om skivan absorberar : i detta fall är det extra normerade utrymmet kvotutrymmet / Om skivan är både avgränsad och absorberande så är de två normerade hjälprymden kanoniskt isomorfa (som topologiska vektorrum och som normerade utrymmen ).

Inducerad av en avgränsad skiva – Banach-skivor

I den här artikeln kommer att vara ett verkligt eller komplext vektorutrymme (inte nödvändigtvis en TVS ännu) och kommer att vara en disk i

Seminormerat utrymme inducerat av en disk

Låt vara ett verkligt eller komplext vektorrum. För varje delmängd av Minkowski -funktionen för definierad av:

  • Om så definiera för att vara den triviala kartan och det antas att
  • Om och om är absorberande i beteckna då Minkowski-funktionen för i av
    där för alla definieras detta av

Låt vara ett verkligt eller komplext vektorrum. För varje delmängd av så att Minkowski-funktionen är en seminorm låt beteckna

som kallas det seminormade utrymmet inducerat av där om är en norm så kallas det det normerade utrymmet inducerat av

Antagande ( topologi ): är utrustad med seminormtopologin inducerad av som kommer att betecknas av eller

helt härrör från mängden den algebraiska strukturen för och den vanliga topologin på (eftersom definieras med endast uppsättningen och skalär multiplikation). Detta motiverar studiet av Banach-skivor och är en del av anledningen till att de spelar en viktig roll i teorin om nukleära operatörer och nukleära utrymmen .

Inklusionskartan kallas den kanoniska kartan .

Antag att är en disk. sedan \ så att absorberar i det linjära spannet för Uppsättningen av alla positiva skalära multipler av bildar en bas för grannskap vid ursprunget för en lokalt konvex topologisk vektorrumstopologi på . Minkowski -funktionen för disken i garanterar att är väldefinierad och bildar en seminorm Den lokalt konvexa topologin som induceras av denna seminorm är topologin som definierades tidigare.

Banach disk definition

En avgränsad disk i ett topologiskt vektorrum så att är en Banach utrymme kallas en Banach-skiva , infrakomplett eller en bounded completant i

Om det visas att är ett Banach-mellanslag så kommer att vara en Banach-skiva i alla TVS som innehåller som en begränsad delmängd.

Detta beror på att Minkowski-funktionen är definierad i rent algebraiska termer. Följaktligen är frågan om huruvida bildar ett Banach-utrymme eller inte, endast beroende av disken och Minkowski funktionella och inte på någon speciell TVS-topologi som kan bära. Således är kravet att en Banach-skiva i en TVS är en begränsad delmängd av den enda egenskapen som binder en Banach-disks topologi till topologin för dess innehållande TVS

Egenskaper för diskinducerade seminorerade mellanslag

Avgränsade skivor

Följande resultat förklarar varför Banach-diskar måste vara avgränsade.

Teorem Om är en skiva i ett topologiskt vektorrum (TVS) så är avgränsad i om och endast om inkluderingen map är kontinuerlig.

Bevis

Om disken är avgränsad i TVS finns det för alla grannskap av ursprunget i så att Det följer att i detta fall topologin för är finare än subrymdstopologin som ärver från vilket antyder att inklusionskartan är kontinuerlig. Omvänt, om har en TVS-topologi så att är kontinuerlig, då för varje grannskap av ursprunget i finns det några så att som visar att är avgränsad i

Hausdorffness

Mellanrummet är Hausdorff om och endast om är en norm, vilket händer om och endast om inte innehåller något icke-trivialt vektorunderrum. I synnerhet om det finns en Hausdorff TVS-topologi på så att är avgränsad i så är en norm. Ett exempel där inte är Hausdorff erhålls genom att låta och låta vara -axel.

Konvergens av nät

Antag att är en disk i så att är Hausdorff och låt vara ett nät i Sedan i om och bara om det finns ett nät reella tal så att och för alla ; dessutom kommer det i detta fall att antas utan förlust av allmänhet att för alla

Förhållandet mellan diskinducerade utrymmen

Om och så definiera följande kontinuerliga linjära karta:

Om och är diskar i med anropa inkluderingskartan kanoniska inkluderingen av i

I synnerhet är subrymdstopologin som spänner över från svagare än s seminormtopologi.

Skivan som den slutna enhetens kula

Disken är en sluten delmängd av om och endast om är den slutna enhetsbollen för seminormen ; dvs

Om är en disk i ett vektorutrymme och om det finns en TVS-topologi så att är en sluten och avgränsad delmängd av sedan är sluten enhet boll av (det vill säga se fotnot för bevis).

Tillräckliga förutsättningar för en Banach-skiva

Följande teorem kan användas för att fastställa att är ett Banach-mellanslag. När detta är etablerat att vara en Banach-skiva i alla TVS där är avgränsad.

Sats Låt vara en skiva i ett vektorrum Om det finns en Hausdorff TVS-topologi så att är en avgränsad sekventiellt komplett delmängd av sedan är ett Banach-utrymme.

Bevis

Antag utan förlust av allmänhet att och låt vara Minkowski-funktionen för Eftersom är en begränsad delmängd av en Hausdorff TVS, innehåller inte något icke-trivialt vektorunderrum, vilket innebär att är en norm . Låt beteckna normtopologin på inducerad av där eftersom är en begränsad delmängd av är finare än

Eftersom är konvex och balanserad, för alla

Låt en Cauchy-sekvens i Genom att ersätta med en underföljd kan vi utan förlust av allmänhet anta att för all

Detta innebär att för alla

så att i synnerhet, genom att ta det följer att ingår i Eftersom är finare än är en Cauchy-sekvens i För alla en Hausdorff sekventiellt komplett delmängd av I synnerhet gäller detta för så det finns några så att in

Eftersom för alla genom att fixera och ta gränsen (i ) som det följer att för varje Detta innebär att som som säger exakt att i Detta visar att är komplett.

Detta antagande är tillåtet eftersom är en Cauchy-sekvens i ett metriskt utrymme (så gränserna för alla undersekvenser är lika) och en sekvens i ett metriskt utrymme konvergerar om och endast om varje undersekvens har en delföljd som konvergerar.

Observera att även om inte är en avgränsad och sekventiellt komplett delmängd av någon Hausdorff TVS, kan man ändå dra slutsatsen att är ett Banach-mellanslag genom att applicera denna sats på någon disk som uppfyller

eftersom

Följande är konsekvenserna av ovanstående sats:

  • En sekventiellt komplett avgränsad disk i en Hausdorff TVS är en Banach-skiva.
  • Varje skiva i en Hausdorff TVS som är komplett och avgränsad (t.ex. kompakt) är en Banach-skiva.
  • Den slutna enhetskulan i ett Fréchet-utrymme är sekventiellt komplett och därmed en Banach-skiva.

Antag att är en avgränsad disk i en TVS

  • Om är en kontinuerlig linjär karta och är en Banach-skiva, då är en Banach-skiva och isometrisk -

Egenskaper för Banach-skivor

Låt vara en TVS och låt vara en avgränsad disk i

Om är en avgränsad Banach-skiva i ett Hausdorff lokalt konvext utrymme och om är ett fat i absorberar (det vill säga det finns ett tal så att

Om är en konvex balanserad sluten stadsdel av ursprunget i sträcker sig samlingen av alla grannskap där de positiva reella talen, inducerar en topologisk vektorrumstopologi på När har denna topologi, betecknas den med Eftersom denna topologi inte nödvändigtvis är Hausdorff eller komplett, kommer kompletteringen av Hausdorff-utrymmet betecknas med så att är ett komplett Hausdorff-mellanslag och är en norm på detta utrymme vilket gör till ett Banach-utrymme. Polaren för är en svagt kompakt avgränsad ekvikontinuerlig skiva i och är sålunda infrakomplett.

Om är en mätbar lokalt konvex TVS så finns det för varje avgränsad delmängd av disk i så att och både och inducerar samma subrymdstopologi

Inducerad av en radiell skiva – kvot

Antag att är ett topologiskt vektorrum och är en konvex balanserad och radiell mängd. Då en grannskapsbas vid ursprunget för någon lokalt konvex topologi Denna TVS-topologi ges av Minkowski-funktionen som bildas av som är en seminorm på definierad av Topologin är Hausdorff om och endast om är en norm, eller motsvarande, om och endast om , för vilket det räcker att begränsas i Topologin behöver inte vara Hausdorff utan är Hausdorff. En norm på ges av representanten av ekvivalensklassen vald. Det normerade utrymmet anges med och dess komplettering betecknas med

Om dessutom är avgränsad i så är seminormen en norm så i synnerhet , I det här fallet tar vi som vektorrymden istället för så att notationen är entydig (om betecknar utrymmet som induceras av en radiell skiva eller det utrymme som induceras av en avgränsad skiva).

Kvotenstopologin ( ärvt från s ursprungliga topologi) är finare (i allmänhet strikt finare) än normtopologin.

Kanoniska kartor

Den kanoniska kartan är kvotkartan som är kontinuerlig när har antingen normtopologin eller kvottopologin.

Om och är radiella skivor så att en kontinuerlig linjär surjektiv kanonisk karta definieras genom att skicka till ekvivalensklassen där en kan verifiera att definitionen inte beror på representanten för ekvivalensklassen som är vald. Denna kanoniska karta har norm och den har en unik kontinuerlig linjär kanonisk förlängning till som betecknas med

Antag att dessutom och är avgränsade diskar i med så att och inkluderingen är en kontinuerlig linjär karta. Låt och vara de kanoniska kartorna. Sedan och

Inducerad av en avgränsad radiell skiva

Antag att är en avgränsad radiell skiva. Eftersom är en avgränsad disk, om så kan vi skapa det extra normerade utrymmet med norm ; eftersom är radiell, Eftersom är en radiell skiva, om kan vi skapa det extra seminormade utrymmet med seminormen ; eftersom är begränsad är denna seminorm en norm och I det här fallet resulterar alltså de två normerade hjälputrymmena som skapas av dessa två olika metoder i samma normerade Plats.

Dualitet

Antag att är en svagt sluten ekvikontinuerlig skiva i detta antyder att är svagt kompakt) och låt

vara polar av Eftersom av den bipolära satsen , följer det att en kontinuerlig linjär funktionell tillhör om och endast om hör till det kontinuerliga dubbla rummet för där är Minkowski-funktionen för definierad av

Relaterade begrepp

En skiva i en TVS kallas infraborätande om den absorberar alla Banach-skivor.

En linjär karta mellan två TVS kallas infrabounded om den mappar Banach-diskar till bounded disks.

Snabb konvergens

En sekvens X sägs vara snabbt konvergent till en punkt om det finns en Banach-skiva så att både och sekvensen är (till slut ) som ingår i och i

Varje snabb konvergent sekvens är Mackey-konvergent .

Se även

Anteckningar

Bibliografi

externa länkar