Zbiór ograniczony (topologiczna przestrzeń wektorowa)
W analizie funkcjonalnej i pokrewnych dziedzinach matematyki zbiór w topologicznej przestrzeni wektorowej nazywany jest ograniczonym lub ograniczonym von Neumanna , jeśli każde sąsiedztwo wektora zerowego można rozszerzyć , aby zawierało zbiór . Zbiór, który nie jest ograniczony, nazywamy nieograniczonym .
Zbiory ograniczone są naturalnym sposobem definiowania topologii biegunowych lokalnie wypukłych na przestrzeniach wektorowych w parach podwójnych , ponieważ zbiór biegunowy zbioru ograniczonego jest zbiorem absolutnie wypukłym i absorbującym . Koncepcja ta została po raz pierwszy wprowadzona przez Johna von Neumanna i Andrieja Kołmogorowa w 1935 roku .
Definicja
Załóżmy, jest topologiczną przestrzenią wektorową ( ) nad polem
Podzbiór z nazywany jest ograniczonym von Neumanna lub po prostu ograniczonym w spełniony jest którykolwiek z następujących równoważnych warunków: X {\ displaystyle X}
-
Definicja Dla każdego sąsiedztwa rzeczywiste takie że dla wszystkich skalarów zadowalający
- Taką definicję wprowadził John von Neumann w 1935 roku.
- jest wchłaniany przez każde sąsiedztwo pochodzenia.
- każdego sąsiedztwa istnieje skalar ,
- Dla każdego sąsiedztwa istnieje rzeczywiste że dla wszystkich skalarów \
- każdego pochodzenia że dla
- Dowolne ze stwierdzeń od (1) do (5) powyżej, ale ze słowem „sąsiedztwo” zastąpione przez jedno z następujących: „ sąsiedztwo zrównoważone ”, „sąsiedztwo otwarte zbilansowane”, „sąsiedztwo zamknięte zrównoważone”, „sąsiedztwo otwarte”, „sąsiedztwo zamknięte” sąsiedztwo".
- : jest ograniczone wtedy i tylko wtedy, gdy jest wchłaniane przez każde sąsiedztwo pochodzenia.
- Jeśli jest lokalnie wypukły to przymiotnik „wypukły” można również dodać do dowolnego z tych 5 zamienników
-
s_ która zbiega się do i każdej sekwencji w sekwencja zbiega się do w
- To była definicja „ograniczenia”, której użył Andriej Kołmogorow w 1934 r., Która jest taka sama, jak definicja wprowadzona przez Stanisława Mazura i Władysława Orlicza w 1933 r. Dla metryzowalnych TVS. Kołmogorow użył tej definicji, aby udowodnić, że TVS jest półnormalny wtedy i tylko wtedy, gdy ma ograniczone wypukłe sąsiedztwo pochodzenia.
- Dla każdej sekwencji w sekwencja do w
- Każdy policzalny podzbiór jest dowolnym warunkiem definiującym innym niż ten).
Jeśli jest podstawą sąsiedztwa dla początku, to ta lista może zostać rozszerzona o:
-
Dowolne ze stwierdzeń (1) do (5) powyżej, ale z sąsiedztwami ograniczonymi do tych należących do
- Np. Stwierdzenie (3) może stać się: Dla każdego skalar jak że
Jeśli jest lokalnie wypukłą przestrzenią, której topologia jest zdefiniowana przez rodzinę ciągłych rozszerzyć o:
- ograniczony dla wszystkich
- niezerowych każdej b sekwencja jest ograniczony w (według dowolnej definicji stan inny niż ten).
- Dla wszystkich innym niż ten) częściowo
Jeśli jest przestrzenią z normą (lub bardziej ogólnie, jeśli jest to półnormowana i jest tylko seminormą ), to tę listę można rozszerzyć o:
- jest ograniczonym normą podzbiorem Z definicji oznacza to, że istnieje liczba rzeczywista taka, że dla wszystkich
-
- Tak więc, jeśli jest liniową mapą między dwiema znormalizowanymi (lub półnormalnymi) przestrzeniami i jeśli jest zamkniętą (alternatywnie otwartą) kulą jednostkową w wyśrodkowany na początku, to jest operatorem liniowym (co sobie, że jego norma operatora skończony) jeśli i obraz tej piłki ograniczonym
-
jest podzbiorem pewnej (otwartej lub zamkniętej) piłki.
- Ta kula nie musi być wyśrodkowana w początku, ale jej promień musi (jak zwykle) być dodatni i skończony.
Jeśli jest wektorową podprzestrzenią TVS, ta lista może zostać rozszerzona o:
-
jest zawarte w zamknięciu
- Innymi słowy, podprzestrzeń wektorowa ograniczona wtedy i tylko wtedy, gdy jest podzbiorem (przestrzeni wektorowej)
- że jest przestrzenią Hausdorffa i tylko wtedy, gdy w Tak więc jedyną ograniczoną podprzestrzenią wektorową Hausdorffa TVS jest
Podzbiór, który nie jest ograniczony, nazywany jest nieograniczonym .
Bornologia i podstawowe systemy zbiorów ograniczonych
Zbiór wszystkich ograniczonych zbiorów w topologicznej przestrzeni wektorowej X nazywa bornologią von Neumanna ( kanoniczną )
Podstawowy lub podstawowy system ograniczonych zbiorów to ograniczonych podzbiorów każdy ograniczony podzbiór jest podzbiorem pewnego Zbiór wszystkich ograniczonych podzbiorów w trywialny sposób tworzy podstawowy system ograniczonych zbiorów
Przykłady
W dowolnym lokalnie wypukłym TVS zbiór dysków zamkniętych i ograniczonych jest podstawą zbioru ograniczonego.
Przykłady i warunki wystarczające
O ile nie wskazano inaczej, topologiczna przestrzeń wektorowa (TVS) nie musi być Hausdorffa ani lokalnie wypukła .
- Zbiory skończone są ograniczone.
- Każdy całkowicie ograniczony podzbiór TVS jest ograniczony.
- Każdy względnie zwarty zbiór w topologicznej przestrzeni wektorowej jest ograniczony. Jeśli przestrzeń jest wyposażona w słabą topologię , sytuacja jest również odwrotna.
- Zbiór punktów ciągu Cauchy'ego jest ograniczony, zbiór punktów sieci Cauchy'ego nie musi być ograniczony.
- pochodzenia (odnoszące się do domknięcia zbioru zawsze ograniczoną zamkniętą podprzestrzenią wektorową. Ten zestaw jest unikalnym największym (w odniesieniu do włączenia zestawu) podprzestrzenią wektorową z jeśli ograniczonym podzbiorem jest
Nieograniczone zbiory
O zbiorze, który nie jest ograniczony, mówimy, że jest nieograniczony .
Każda podprzestrzeń wektorowa TVS, która nie jest zawarta w zamknięciu jest nieograniczona
Istnieje przestrzeń Frécheta ograniczony podzbiór gęsta podprzestrzeń wektorowa taka, że nie jest w domknięciu ) dowolnego ograniczonego podzbioru
Właściwości stabilności
- W każdym TVS skończone sumy , skończone sumy Minkowskiego , wielokrotności skalarne, translacje, podzbiory, domknięcia , wnętrza i zrównoważone kadłuby zbiorów ograniczonych są ponownie ograniczone.
- W każdym lokalnie wypukłym TVS wypukła otoczka (zwana także obwiednią wypukłą ) zbioru ograniczonego jest ponownie ograniczona. Jednak może to być fałszywe, jeśli przestrzeń nie jest lokalnie wypukła, ponieważ (nielokalnie wypukła) przestrzeń Lp spacje dla nie mają nietrywialnych otwartych wypukłych podzbiorów.
- Obraz zbioru ograniczonego pod ciągłą mapą liniową jest ograniczonym podzbiorem kodomeny.
- Podzbiór dowolnego (kartezjańskiego) iloczynu TVS jest ograniczony wtedy i tylko wtedy, gdy jego obraz pod każdym odwzorowaniem współrzędnych jest ograniczony.
-
Jeśli i topologiczną wektorową podprzestrzenią \ w wtedy i tylko wtedy, gdy w
- Innymi słowy, podzbiór jest ograniczony w gdy jest ograniczony w każdym (lub równoważnie w niektórych) wektorze topologicznym S superprzestrzeń
Nieruchomości
Lokalnie wypukła topologiczna przestrzeń wektorowa ma ograniczone sąsiedztwo zera wtedy i tylko wtedy, gdy jej topologię można zdefiniować za pomocą pojedynczej seminormy .
Biegunowy zbioru ograniczonego jest zbiorem absolutnie wypukłym i absorbującym .
Warunek policzalności Mackeya - Jeśli jest policzalną sekwencją ograniczonych podzbiorów metryzowalnego lokalnie wypukłego wektora topologicznego przestrzeń istnieje ograniczony podzbiór X i sekwencja dodatnich liczb rzeczywistych takich, że dla wszystkich (lub równoważnie, tak że ) .
poniżej definicji jednostajnie ograniczonych Mackeya można podzbiorami metryzowalnej przestrzeni sekwencja liczb t są jednostajnie ograniczone . Innymi słowy, mając dowolną policzalną rodzinę zbiorów ograniczonych w metryzowalnej lokalnie wypukłej przestrzeni, możliwe jest skalowanie każdego zbioru przez jego własną dodatnią liczbę rzeczywistą, tak aby stały się jednostajnie ograniczone.
Uogólnienia
Jednostajnie ograniczone zbiory
, { \ displaystyle Y } , podzbiór B z takie, że
zbiór map od Y jest równomiernie ograniczony na danym zbiorze rodzina jest równomiernie ograniczony w } z definicji oznacza, że istnieje pewien ograniczony podzbiór Y , że wtedy jest ograniczonym podzbiorem displaystyle Y } na niektórych (lub równoważnie na każdym) otwartym X {\ piłka (i / lub niezdegenerowana zamknięta piłka) w gdy ich normy operatora są jednostajnie ograniczone; to znaczy wtedy i tylko wtedy, gdy
Twierdzenie - Niech będzie zbiorem ciągłych operatorów liniowych między dwiema przestrzeniami wektorowymi i i niech ograniczonym Wtedy jest równomiernie ograniczony na (to znaczy rodzina jest jednostajnie ograniczona w , jeśli spełniony jest którykolwiek z następujących warunków: Y {
- jest równociągły .
- { jest wypukłą zwartą podprzestrzenią Hausdorffa i h ( jest ograniczonym podzbiorem
Dowód części (1)
|
---|
Załóżmy i niech będzie otoczeniem pochodzenia w jest , istnieje sąsiedztwo w , że dla każdego Ponieważ jest ograniczony w istnieje jakiś rzeczywisty taki, że jeśli wtedy dla każdego i każdego co implikuje, że Zatem jest ograniczone w QED |
Dowód części (2)
|
---|
Niech zrównoważonym sąsiedztwem pochodzenia i niech , zrównoważonym sąsiedztwem pochodzenia takim , że Zdefiniuj zostanie że następuje. Jeśli bycie ograniczonym gwarantuje pewnej dodatniej liczby całkowitej takie, że gdzie liniowość każdego implikuje teraz 1 stąd według potrzeb. Zatem do wyraża jako przeliczalną sumę zamkniętych (w . Ponieważ jest nieskromnym podzbiorem siebie (ponieważ jest to przestrzeń Baire'a o kategorii Baire'a ), jest to możliwe tylko wtedy, gdy istnieje pewna liczba całkowita takie, że ma niepuste wnętrze w Niech będzie dowolnym punktem należącym do tego otwartego podzbioru Niech będzie dowolnym zrównoważonym otwartym sąsiedztwem pochodzenia w takim, że Zbiory ( implikuje ) pokrycie przestrzeni zwartej do więc istnieje takie, że (a więc ). Zostanie dla każdego jest równomiernie ograniczony w i kończy dowód. Więc do Niech Wypukłość gwarantuje, a ponadto z |
Ponieważ każdy podzbiór singleton jest ograniczonym, wynika z tego, że jeśli zbiorem ciągłych operatorów liniowych, X między dwiema przestrzeniami i (niekoniecznie lub lokalnie wypukłymi), a następnie orbita ( x z każdego jest ograniczonym podzbiorem
Ograniczone podzbiory modułów topologicznych
Definicję zbiorów ograniczonych można uogólnić na moduły topologiczne . Podzbiór modułu topologicznego { Displaystyle { } istnieje sąsiedztwo R takie, że
Zobacz też
- Przestrzeń bornologiczna - Przestrzeń, w której operatory ograniczone są ciągłe
- Zestaw Bornivorous - zestaw, który może wchłonąć dowolny ograniczony podzbiór
- Funkcja ograniczona — funkcja matematyczna, której zbiór wartości jest ograniczony
- Operator ograniczony – Transformacja liniowa między topologicznymi przestrzeniami wektorowymi
- Punkt graniczny - Pojęcie matematyczne związane z podzbiorami przestrzeni wektorowych
- Przestrzeń zwarta – Rodzaj przestrzeni matematycznej
- Kryterium normowalności Kołmogorowa – Charakterystyka przestrzeni normowalnych
- Lokalna ograniczoność
- Przestrzeń całkowicie ograniczona - przestrzeń metryczna X taka, że dla każdego ε > 0 istnieje skończona okładka X taka, że promień każdego elementu okładki wynosi co najwyżej ε
Notatki
Bibliografia
- Adaś, Norbert; Ernst, Bruno; Keim, Dieter (1978). Topologiczne przestrzenie wektorowe: teoria bez warunków wypukłości . Notatki z wykładów z matematyki. Tom. 639. Berlin Nowy Jork: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-08662-8 . OCLC 297140003 .
- Berberyjski, Sterling K. (1974). Wykłady z analizy funkcjonalnej i teorii operatorów . Absolwent Teksty z matematyki. Tom. 15. Nowy Jork: Springer. ISBN 978-0-387-90081-0 . OCLC 878109401 .
- Bourbaki, Nicolas (1987) [1981]. Topologiczne przestrzenie wektorowe: rozdziały 1–5 . Éléments de mathématique . Przetłumaczone przez Egglestona, HG; Madan, S. Berlin Nowy Jork: Springer-Verlag. ISBN 3-540-13627-4 . OCLC 17499190 .
- Conway, John (1990). Kurs analizy funkcjonalnej . Absolwent Teksty z matematyki . Tom. 96 (wyd. 2). Nowy Jork: Springer-Verlag . ISBN 978-0-387-97245-9 . OCLC 21195908 .
- Edwards, Robert E. (1995). Analiza funkcjonalna: teoria i zastosowania . Nowy Jork: Dover Publications. ISBN 978-0-486-68143-6 . OCLC 30593138 .
- Grothendieck, Aleksander (1973). Topologiczne przestrzenie wektorowe . Przetłumaczone przez Chaljub, Orlando. Nowy Jork: Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 978-0-677-30020-7 . OCLC 886098 .
- Jarchow, Hans (1981). Przestrzenie lokalnie wypukłe . Stuttgart: BG Teubner. ISBN 978-3-519-02224-4 . OCLC 8210342 .
- Köthe, Gottfried (1983) [1969]. Topologiczne przestrzenie wektorowe I . Grundlehren der mathematischen Wissenschaften. Tom. 159. Przetłumaczone przez Garlinga, DJH New York: Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-64988-2 . MR 0248498 . OCLC 840293704 .
- Narici, Lawrence; Beckenstein, Edward (2011). Topologiczne przestrzenie wektorowe . Matematyka czysta i stosowana (wyd. Drugie). Boca Raton, Floryda: CRC Press. ISBN 978-1584888666 . OCLC 144216834 .
- Robertson, AP; WJ Robertsona (1964). Topologiczne przestrzenie wektorowe . Traktaty Cambridge z matematyki. Tom. 53. Cambridge University Press . s. 44–46.
- Rudin, Walter (1991). Analiza funkcjonalna . Międzynarodowa seria z matematyki czystej i stosowanej. Tom. 8 (wyd. Drugie). New York, NY: McGraw-Hill Science/Engineering/Matematyka . ISBN 978-0-07-054236-5 . OCLC 21163277 .
- Robertson, Alex P.; Robertson, Wendy J. (1980). Topologiczne przestrzenie wektorowe . Traktaty Cambridge z matematyki. Tom. 53. Cambridge Anglia: Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-29882-7 . OCLC 589250 .
- Schäfer, HH (1970). Topologiczne przestrzenie wektorowe . GTM . Tom. 3. Springer-Verlag . s. 25–26. ISBN 0-387-05380-8 .
- Schaefer, Helmut H .; Wolff, Manfred P. (1999). Topologiczne przestrzenie wektorowe . GTM . Tom. 8 (wyd. Drugie). Nowy Jork, NY: Springer Nowy Jork Impressum Springer. ISBN 978-1-4612-7155-0 . OCLC 840278135 .
- Wilański, Albert (2013). Nowoczesne metody w topologicznych przestrzeniach wektorowych . Mineola, Nowy Jork: Dover Publications, Inc. ISBN 978-0-486-49353-4 . OCLC 849801114 .