Теорема Банаха – Алаоглу

редактировать
Замкнутый единичный шар в двойственном к нормированному векторному пространству компактен в слабой * топологии

В функциональном анализе и связанных разделах математики теорема Банаха – Алаоглу (также известная как теорема Алаоглу ) утверждает, что закрытый единичный шар двойного пространства из нормированного векторного пространства является компактным в слабой * топологии. Обычное доказательство идентифицирует единичный шар со слабой * топологией как замкнутое подмножество произведения компактов с топологией произведения. Как следствие теоремы Тихонова, это произведение, а следовательно, и единичный шар внутри, компактны.

Эта теорема имеет приложения в физике, когда описывается множество состояний алгебры наблюдаемых, а именно то, что любое состояние может быть записано как выпуклая линейная комбинация так называемых чистых состояний.

Содержание
  • 1 История
  • 2 Утверждение
    • 2.1 Последовательная теорема Банаха – Алаоглу
  • 3 Последствия
  • 4 Связь с аксиомой выбора
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
История

Согласно Лоуренсу Наричи и Эдварду Бекенштейну, теорема Алаоглу является «очень важным результатом - возможно, самым важным фактом о слабой- * топологии - [это] отражается во всем функциональном анализе ". В 1912 г. Хелли доказал, что единичный шар непрерывного сопряженного пространства C ([a, b]) счетно слабо- * компактен. В 1932 году Стефан Банах доказал, что замкнутый единичный шар в непрерывном сопряженном пространстве любого разделимого нормированного пространства последовательно слабо- * компактен (Банах рассматривал только последовательная компактность ). Доказательство для общего случая было опубликовано в 1940 году математиком Леонидасом Алаоглу. Согласно Pietsch [2007], есть по крайней мере 12 математиков, которые могут претендовать на эту теорему или на ее важный предшественник.

Теорема Бурбаки – Алаоглу является обобщением оригинала теорема от Бурбаки до двойных топологий на локально выпуклых пространствах. Эта теорема также называется теоремой Банаха-Алаоглу или теоремой о слабой * компактности, и обычно ее называют просто теоремой Алаоглу

Утверждение

Если X - вещественное или комплексное векторное пространство, тогда мы позволим X # {\ displaystyle X ^ {\ #}}X^{{\#}}обозначать алгебраическое двойственное пространство X. Если X - это топологическое векторное пространство (TVS), тогда обозначим непрерывное двойственное пространство X как X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} , где X ′ ⊆ X # {\ displaystyle X ^ {\ prime} \ substeq X ^ {\ #}}{\ displaystyle X ^ {\ prime} \ substeq X ^ {\ #}} обязательно выполняется. Обозначим топологию weak- * на X # {\ displaystyle X ^ {\ #}}X^{{\#}}(соответственно на X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} ) на σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} (соотв. σ (X ′, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} ). Важно отметить, что топология подпространства , которую X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} наследует от (X #, σ (X #, X)) {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right)}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ ri ght) \ right)} просто σ (X ', X). {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right).}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ prime}, X \ right).}

Теорема Алаоглу - для любого TVS X (не обязательно Хаусдорфа или локально выпуклого ), полярный

U ∘ = {x ′ ∈ X ′: sup x ∈ U | x ′ (x) | ≤ 1} {\ Displaystyle U ^ {\ circ} = \ left \ {x ^ {\ prime} \ in X ^ {\ prime}: \ sup _ {x \ in U} \ left | x ^ {\ prime} \ left (x \ right) \ right | \ leq 1 \ right \}}{\ displaystyle U ^ {\ circ} = \ left \ {x ^ {\ prime} \ in X ^ {\ prime}: \ sup _ {x \ in U} \ left | x ^ {\ prime} \ left (x \ right) \ right | \ leq 1 \ right \}}

любой окрестности U точки 0 в X компактно в слабой * топологии σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} на X'. {\ displaystyle X ^ {\ prime}.}{\ displaystyle X ^ {\ prime}.} Кроме того, U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} равно полярному полю U относительно каноническая система (X, X #) {\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ #} \ right)}{\ displaystyle \ left (Икс, Икс ^ {\ #} \ справа)} , а также компактное подмножество (X #, σ (X #, X)). {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right).}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ # }, X \ right) \ right).}

Доказательство -

Для этого доказательства мы будет использовать основные свойства, перечисленные в статьях: полярный набор, двойная система и непрерывный линейный оператор.

Напомним, что когда X наделен слабая * топология σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} , затем (X #, σ (X #, X)) {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right)}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ ri ght) \ right)} полный пробел ; однако (X ′, σ (X ′, X)) {\ displaystyle \ left (X ^ {\ prime}, \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right) \ right)}{ \ Displaystyle \ влево (Х ^ {\ прайм }, \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right) \ right)} может не быть полным пробелом. На всем протяжении, если не указано иное, все полярные множества будут взяты относительно канонического спаривания (X, X ′) {\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right) }{\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right)} где X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} - непрерывное двойственное пространство X.

Пусть U - окрестность начало координат в X и пусть:

  • U ∘ = {f ∈ X ′: sup u ∈ U | f (u) | ≤ 1} {\ displaystyle U ^ {\ circ} = \ left \ {f \ in X ^ {\ prime}: \ sup _ {u \ in U} \ left | f \ left (u \ right) \ right | \ leq 1 \ right \}}{\ displaystyle U ^ {\ circ} = \ left \ {f \ in X ^ {\ prime}: \ sup _ {u \ in U} \ left | е \ влево (и \ вправо) \ вправо | \ Leq 1 \ вправо \}} быть полярным U относительно канонической пары (X, X ′) {\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right)}{\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right)} ;
  • U быть биполярным элементом U относительно (X, X ') {\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right)}{\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ prime} \ right)} ;
  • U # = {f ∈ X #: sup u ∈ U | f (u) | ≤ 1} {\ Displaystyle U ^ {\ #} = \ left \ {f \ in X ^ {\ #}: \ sup _ {u \ in U} \ left | f (u) \ right | \ leq 1 \ right \}}{\ displaystyle U ^ {\ #} = \ left \ {f \ in X ^ {\ #}: \ sup _ {u \ in U} \ left | е (и) \ право | \ leq 1 \ право \}} - полярность U относительно канонической дуальной системы (X, X #). {\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ #} \ right).}{\ displaystyle \ left (X, X ^ {\ #} \ right).}

Хорошо известный факт о полярах множеств состоит в том, что U = U.

(1) Сначала покажите, что U = U, а затем вывести, что U является σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} -замкнутым подмножеством X #: {\ displaystyle X ^ {\ #}:}{\ displaystyle X ^ {\ #}:} Это хорошо известный результат, что полярная точка набора слабо замкнута, что означает, что U # {\ displaystyle U ^ {\ #}}{\ displaystyle U ^ {\ #}} - это σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} -закрытое подмножество X #. {\ displaystyle X ^ {\ #}.}{\ displaystyle X ^ {\ #}.} Поскольку каждый непрерывный линейный функционал является линейным функционалом, выполняется U ⊆ U. Для обратного включения, если f ∈ U, то поскольку sup u ∈ U | f (u) | ≤ 1 {\ displaystyle \ sup _ {u \ in U} \ left | f (u) \ right | \ leq 1}{\ displaystyle \ sup _ {и \ в U} \ влево | е (и) \ вправо | \ leq 1} и U - окрестность 0 в X, отсюда следует, что f является непрерывный линейный функционал (то есть f ∈ X ′ {\ displaystyle f \ in X ^ {\ prime}}{\ displaystyle f \ in X ^ {\ prime}} ), из которого следует, что U ⊆ U).

(2) Показать, что U σ (X ′, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -полностью ограничено подмножество X ': {\ displaystyle X ^ {\ prime}:}{\ displaystyle X ^ {\ prime}:} Согласно биполярной теореме, U ⊆ U, так как U поглощает в X, следует, что U ∘ ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ \ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ \ circ}} также является поглощающим подмножеством X, что, как можно показать, подразумевает, что U ∘ {\ Displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} равно σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -ограниченный. Поскольку X различает точки из X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} , можно показать, что подмножество X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} равно σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} - ограничен тогда и только тогда, когда он σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -полностью ограничен. Отсюда следует, что U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} равно σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime }, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -полностью ограничено.

(3) Теперь покажите, что U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} равно σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} -общее ограниченное подмножество X #: {\ displaystyle X ^ {\ #}:}{\ displaystyle X ^ {\ #}:} Напомним, что σ (X ′, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} топология на X ′ {\ displaystyle X ^ { \ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} идентична топологии подпространства, которую X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} наследует от (X #, σ (X #, ИКС)). {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right).}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ # }, X \ right) \ right).} Этот факт вместе с (2) подразумевает что U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} является σ (X #, X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left ( X ^ {\ #}, X \ right)} -общее ограниченное подмножество X #. {\ displaystyle X ^ {\ #}.}{\ displaystyle X ^ {\ #}.}

(4) Наконец, выведите, что U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} является σ (X ', Икс) {\ Displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -компактное подмножество X': {\ displaystyle X ^ {\ prime}: }{\ displaystyle X ^ {\ prime}:} Потому что (X #, σ (X #, X)) {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right)}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ ri ght) \ right)} - это полное пространство, а U ∘ {\ displaystyle U ^ {\ circ}}{\ displaystyle U ^ {\ circ}} - замкнутый (на (1)) и полностью ограниченный (по (3)) подмножество (X #, σ (X #, X)) {\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ right) \ right)}{\ displaystyle \ left (X ^ {\ #}, \ sigma \ left (X ^ {\ #}, X \ ri ght) \ right)} , то U компактно. ∎

Если X является нормированным векторным пространством, то поляра окрестности замкнута и ограничена по норме в двойственном пространстве. В частности, если U - открытый (или замкнутый) единичный шар в X, то полярный шар U - это замкнутый единичный шар в непрерывном двойственном пространстве X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} X (с обычной двойственной нормой ). Следовательно, эта теорема может быть специализирована для:

теоремы Банаха-Алаоглу : если X - нормированное пространство, то замкнутый единичный шар в непрерывном двойственном пространстве X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime} }{\ displaystyle X ^ {\ prime}} (наделенный своей обычной операторной нормой ) компактен относительно топологии weak- *.

Когда непрерывное двойное пространство X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} X является бесконечномерным нормированным пространством, тогда это невозможно для замкнутого единичного шара в X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} быть компактным подмножеством, когда X '{\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} имеет свою обычную топологию нормы. Это потому, что единичный шар в топологии нормы компактен тогда и только тогда, когда пространство конечномерно (ср. теорема Ф. Рисса ). Эта теорема является одним из примеров полезности наличия разных топологий в одном векторном пространстве.

Следует предупредить, что, несмотря на внешность, теорема Банаха – Алаоглу не подразумевает, что топология weak- * локально компактна. Это связано с тем, что замкнутый единичный шар является только окрестностью начала координат в сильной топологии, но обычно не является окрестностью начала координат в слабой * топологии, поскольку он имеет пустую внутренность в слабой * топологии. топология, если пространство не конечномерно. Фактически, это результат Weil, что все локально компактные Hausdorff топологические векторные пространства должны быть конечномерными.

Последовательная теорема Банаха – Алаоглу

Частным случаем теоремы Банаха – Алаоглу является последовательная версия теоремы, которая утверждает, что замкнутый единичный шар двойственного пространства сепарабельное нормированное векторное пространство - это последовательно компактное в слабой * топологии. Фактически, слабая * топология на замкнутом единичном шаре двойственного к сепарабельному пространству метризуема, и поэтому компактность и секвенциальная компактность эквивалентны.

В частности, пусть X будет сепарабельным нормированным пространством, а B - замкнутым единичным шаром в X. Так как X отделимо, пусть (x n). n = 1 будет счетным плотным подмножеством. Тогда следующее определяет метрику, где для любых x, y ∈ B:

ρ (x, y) = ∑ n = 1 ∞ 2 - n | ⟨x - y, xn⟩ | 1 + | ⟨x - y, xn⟩ | {\ displaystyle \ rho (x, y) = \ sum _ {n = 1} ^ {\ infty} \, 2 ^ {- n} \, {\ frac {\ left | \ langle xy, x_ {n} \ rangle \ right |} {1+ \ left | \ langle xy, x_ {n} \ rangle \ right |}}}{\ displaystyle \ rho (x, y) = \ sum _ {n = 1} ^ {\ infty} \, 2 ^ {- n} \, {\ frac {\ left | \ langle xy, x_ {n} \ rangle \ right |} {1+ \ left | \ langle xy, x_ {n} \ rangle \ right |}}}

, где ⟨⋅, ⋅⟩ {\ displaystyle \ langle \ cdot, \ cdot \ rangle}\ langle \ cdot, \ cdot \ rangle обозначает двойственное спаривание X и X. Последовательная компактность B в этой метрике может быть показана с помощью аргумента диагонализации , аналогичного тому, который использовался в доказательстве Теорема Арзела – Асколи.

Из-за конструктивного характера ее доказательства (в отличие от общего случая, основанного на аксиоме выбора), секвенциальная теорема Банаха – Алаоглу часто используется в области уравнения в частных производных для построения решений PDE или вариационные задачи. Например, если кто-то хочет минимизировать функционал F: X ′ → R {\ displaystyle F: X ^ {\ prime} \ to \ mathbb {R}}{\ displaystyle F: X ^ {\ prime} \ to \ mathbb {R}} на двойственном элементе разделимого нормированное векторное пространство X, одна общая стратегия состоит в том, чтобы сначала построить минимизирующую последовательность x 1, x 2,… ∈ X ′ {\ displaystyle x_ {1}, x_ {2}, \ ldots \ in X ^ {\ prime }}{\ displaystyle x_ {1}, x_ {2}, \ ldots \ in X ^ {\ prime}} который приближается к точной нижней грани F, используйте последовательную теорему Банаха – Алаоглу, чтобы извлечь подпоследовательность, сходящуюся в слабой * топологии к пределу x, а затем установить, что x является минимизатором F. последний шаг часто требует, чтобы F подчинялся (последовательному) свойству нижней полунепрерывности в слабой * топологии.

Когда X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} - это пространство конечных радоновых мер на действительной прямой (так что X = C 0 ( R) {\ displaystyle X = C_ {0} \ left (\ mathbb {R} \ right)}{\ displaystyle X = C_ {0} \ left (\ mathbb {R} \ right)} - это пространство непрерывных функций, исчезающих на бесконечности, по теореме о представлении Рисса ), последовательная теорема Банаха – Алаоглу эквивалентна теореме Хелли о выборе.

Доказательство -

Для любого x ∈ X, пусть

D x = {z ∈ C: | z | ≤ ‖ Икс ‖}, {\ Displaystyle D_ {x} = \ left \ {z \ in \ mathbb {C}: \ left | z \ right | \ leq \ | x \ | \ right \},}{ \ Displaystyle D_ {x} = \ left \ {z \ in \ mathbb {C}: \ left | z \ right | \ leq \ | x \ | \ right \},}

и

D = ∏ x ∈ XD x. {\ displaystyle D = \ prod _ {x \ in X} D_ {x}.}{\ displaystyle D = \ prod _ {x \ in X} D_ {x}.}

Поскольку каждое D x является компактным подмножеством комплексной плоскости, D также компактно в топология продукта по теореме Тихонова.

Замкнутый единичный шар в X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} , B 1 (X *) можно естественным образом идентифицировать как подмножество D:

f ∈ B 1 (X ′) ↦ (f (x)) x ∈ X ∈ D. {\ displaystyle f \ in B_ {1} \ left (X ^ {\ prime} \ right) \ mapsto \ left (f (x) \ right) _ {x \ in X} \ in D.}{\ displaystyle f \ in B_ {1} \ left (X ^ { \ prime} \ right) \ mapsto \ left (f (x) \ right) _ {x \ in X} \ in D.}

Это map является инъективным и непрерывным, причем B 1 (X *) имеет топологию weak- *, а D - топологию произведения. Инверсия этой карты, определенная на ее диапазоне, также является непрерывной.

Чтобы завершить доказательство этой теоремы, теперь будет показано, что диапазон приведенной выше карты замкнут. Дана сеть

(f α (x)) x ∈ X → (λ x) x ∈ X {\ displaystyle \ left (f _ {\ alpha} (x) \ right) _ {x \ in X} \ to \ left (\ lambda _ {x} \ right) _ {x \ in X}}{\ displaystyle \ left (f _ {\ alpha} (x) \ right) _ {x \ in X} \ to \ left (\ lambda _ {x} \ right) _ {x \ in X}}

в D, функционал определяется как

g (x) = λ x {\ displaystyle g (x) = \ lambda _ {x}}{\ displaystyle g (x) = \ lambda _ {x}}

лежит в B 1 (X '). {\ displaystyle B_ {1} (X ^ {\ prime}).}{\ displaystyle B_ {1} (X ^ {\ prime}).}

Последствия
Последствия для нормированных пространств

Предположим, что X - это нормированное пространство, и наделим его непрерывным двойственным пространством X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} с обычной двойной нормой.

  • Замкнутый единичный шар в X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime }}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} является слабо * компактным.
    • Обратите внимание, что если X ′ {\ displaystyle X ^ {\ prime}}{\ displaystyle X ^ {\ prime}} бесконечномерно, то его замкнутое единичный шар обязательно не компактен в топологии нормы согласно F. Теорема Рисса (несмотря на то, что оно слабо- * компактно).
  • A Банахово пространство рефлексивно тогда и только тогда, когда его замкнутый единичный шар равен σ (X ', X) {\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)}{\ displaystyle \ sigma \ left (X ^ {\ prime}, X \ right)} -compact.
  • Если X является рефлексивным банаховым пространством, то каждая ограниченная последовательность в X имеет слабо сходящаяся подпоследовательность. (Это следует из применения теоремы Банаха – Алаоглу к слабо метризуемому подпространству в X; или, более кратко, путем применения теоремы Эберлейна – Шмулиана.) Например, предположим, что X = L ( μ), 1
    ∫ fnkgd μ → ∫ fgd μ { \ displaystyle \ int f_ {n_ {k}} g \, d \ mu \ to \ int fg \, d \ mu}\ int f_ {n_k} g \, d \ mu \ to \ int fg \, d \ mu
    для всех g ∈ L (μ) = X * (где 1 / p + 1 / q = 1). Соответствующий результат для p = 1 неверен, так как L (μ) не рефлексивно.
Последствия для гильбертовых пространств
  • В гильбертовом пространстве любое ограниченное и замкнутое множество слабо относительно компактно, поэтому каждая ограниченная сеть имеет слабо сходящаяся подсеть (гильбертовы пространства рефлексивны ).
  • Как замкнутые по норме, выпуклые множества слабо замкнуты (теорема Хана – Банаха ), замыкания по норме выпуклых ограниченных множеств в гильбертовых пространствах или рефлексивные Банаховы пространства слабо компактны.
  • Замкнутые и ограниченные множества в B (H) предкомпактны относительно слабой операторной топологии (слабая операторная топология слабее, чем сверхслабая топология, что, в свою очередь, является слабой * топологией по отношению к предуальным операторам B (H) класса трассировки ). Следовательно, ограниченные последовательности операторов имеют слабую точку накопления. Как следствие, B (H) обладает свойством Гейне – Бореля, если он снабжен либо слабым оператором, либо сверхслабой топологией.
Связь с аксиомой выбора

Поскольку теорема Банаха – Алаоглу обычно доказывается с помощью теоремы Тихонова, она опирается на аксиоматическую структуру ZFC и, в частности, на аксиому выбора . Большинство основных функций функционального анализа также опираются на ZFC. Однако теорема не опирается на аксиому выбора в сепарабельном случае (см. Ниже): в этом случае фактически имеется конструктивное доказательство. В несепарабельном случае лемма об ультрафильтре, которая строго слабее выбранной аксиомы, достаточна для доказательства теоремы Банаха-Алаоглу и фактически эквивалентна ей.

См. Также
Ссылки
  • Кёте, Готфрид (1969). Топологические векторные пространства I. Нью-Йорк: Springer-Verlag. CS1 maint: ref = harv (link ) См. §20.9.
  • Meise, Reinhold; Фогт, Дитмар (1997). Введение в функциональный анализ. Оксфорд: Clarendon Press. ISBN 0-19-851485-9. CS1 maint: ref = harv (link ) См. Теорему 23.5, стр. 264.
  • ; (2011). Топологические векторные пространства. Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1584888666. OCLC 144216834.
  • Рудин У. (1991). Функциональный анализ (2-е изд.). Бостон, Массачусетс: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-054236-8. CS1 maint: ref = harv (link ) См. Теорему 3.15, стр. 68.
  • Шефер, Гельмут Х. ; (1999). Топологические векторные пространства. GTM. 8(Второе изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York Выходные данные Springer. ISBN 978-1-4612-7155-0. OCLC 840278135.
  • Шехтер, Эрик (1997). Справочник по анализу и его основам. Сан-Диего: Academic Press.
  • Трев, Франсуа (2006) [1967]. Топологические векторные пространства, распределения и ядра. Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-45352-1. OCLC 853623322.
Дополнительная литература
  • Джон Б. Конвей (1994). Курс функционального анализа (2-е изд.). Берлин: Springer-Verlag. ISBN 0-387-97245-5.См. Главу 5, раздел 3.
  • Питер Б. Лакс (2002). Функциональный анализ. Wiley-Interscience. С. 120–121. ISBN 0-471-55604-1.
Последняя правка сделана 2021-05-11 09:06:03
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте