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}

  1. Definicja Dla każdego sąsiedztwa rzeczywiste takie że dla wszystkich skalarów zadowalający
  2. jest wchłaniany przez każde sąsiedztwo pochodzenia.
  3. każdego sąsiedztwa istnieje skalar ,
  4. Dla każdego sąsiedztwa istnieje rzeczywiste że dla wszystkich skalarów \
  5. każdego pochodzenia że dla
  6. 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
  7. 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.
  8. Dla każdej sekwencji w sekwencja do w
  9. Każdy policzalny podzbiór jest dowolnym warunkiem definiującym innym niż ten).

Jeśli jest podstawą sąsiedztwa dla początku, to ta lista może zostać rozszerzona o:

  1. 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:

  1. ograniczony dla wszystkich
  2. niezerowych każdej b sekwencja jest ograniczony w (według dowolnej definicji stan inny niż ten).
  3. 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:

  1. 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
  2. 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:

  1. 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 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

co dzieje się wtedy i tylko wtedy, gdy jest to związek
jest ograniczonym podzbiorem W przypadku przestrzeni znormalizowanej (lub półnormowanej ), rodzina jednostajnie ograniczona wtedy i tylko wtedy, gdy jej związek jest ograniczony normą , ​​istnieje jakiś rzeczywisty że każdego lub równoważnie wtedy i tylko wtedy, gdy

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 {

  1. jest równociągły .
  2. { 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

is a homeomorphism) and so every is closed in podzbiorem ponieważ domknięty, podczas gdy każdy , każdego Zauważ, że dla każdego niezerowego skalara jest domknięty w (od skalarnego ) mnożenie przez

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

Zatem który jest podzbiorem Ponieważ jest zrównoważony i mamy co w połączeniu z daje
do i ,
zgodnie z życzeniem. CO BYŁO DO OKAZANIA

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

Notatki

Bibliografia