Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ᮢ묨 १ã«ìâ â ¬¨ §¤¥áì ïîâáï â¥®à¥¬ë ® ᯥªâà «ì®¬ à ¤¨ãᥠ¨ ®¡ ®â®¡à ¦¥¨¨ ᯥªâà ¬®£®ç«¥®¬. «ï ª®¬¯ ªâëå ®¯¥à â®à®¢ ¢ ¡ 客ëå ¯à®áâà áâ¢ å ¤®ª § ⥮६ ।£®«ì¬ ¨ ¯®ª § áâàãªâãà ¨å ᯥªâà . ª®¥æ, ¤«ï ª®¬¯ ªâëå á ¬®á®¯àï¦ñëå ®¯¥à â®à®¢ ¢ £¨«ì¡¥à⮢®¬¯à®áâà á⢥ ®¡á㦤 ¥âáï ¢ ¦ ï ⥮६ ¨«ì¡¥àâ |¬¨¤â ¨¥ñ ¯à¨«®¦¥¨ï ¤«ï ¢ëç¨á«¥¨ï १®«ì¢¥âë.9« ¢ 1®¯®«®£¨ç¥áª¨¥ ¨ ¬¥âà¨ç¥áª¨¥¯à®áâà á⢠1.1. ®¯®«®£¨ç¥áª¨¥ ¯à®áâà á⢠¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.1.
ãáâì X | ¥ª®â®à®¥ ¬®¦¥á⢮. ¥¬¥©á⢮ τ ¯®¤¬®¦¥á⢠¬®¦¥á⢠X §ë¢ ¥âáï ⮯®«®£¨¥©, ¥á«¨¢ë¯®«¥ë á«¥¤ãî騥 ᢮©á⢠:1) X ∈ τ ¨ ∅ ∈ τ ,2) ¤«ï «î¡®£® ᥬ¥©á⢠¯®¤¬®¦¥áâ¢n(§¤¥á쨥A¯o¯Uα ¯ α ∈ A ⊂ τ| ¯à®¨§¢®«ì®¥ ¬®¦¥á⢮ ¨¤¥ªá®¢) ¢ë¯®«¥® ¢ª«îç¥[Uα ∈ τ,α∈A3) ¤«ï «î¡®£® ª®¥ç®£® ᥬ¥©á⢠¯®¤¬®¦¥áâ¢n¯o¯Uk ¯ k ∈ 1, N ⊂ τ(§¤¥áì N | ¯à®¨§¢®«ì®¥ âãà «ì®¥ ç¨á«®) ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥N\Uk ∈ τ.k=1®¦¥á⢮ X á ¢¢¥¤ñ®© ¢ ñ¬ ⮯®«®£¨¥© τ §ë¢ ¥âáï ⮯®«®£¨ç¥áª¨¬ ¯à®áâà á⢮¬ ¨ ®¡®§ ç ¥âáï (X, τ ). ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.2. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. î¡®¥ ¬®¦¥á⢮ U ∈ τ §ë¢ ¥âáï τ -®âªàëâë¬ (¨«¨ ¯à®áâ® ®âªàëâë¬) ¢ ⮯®«®£¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, τ ).
®¯®«®£¨ï τ §ë¢ ¥âáï ᥬ¥©á⢮¬ ®âªàëâëå ¯®¤¬®¦¥á⢠¬®¦¥á⢠X . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.3. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. «ï «î¡®£® í«¥¬¥â x ∈ X ®ªà¥áâ®áâìî x §ë¢ ¥âáï¯à®¨§¢®«ì®¥ τ -®âªàë⮥ ¬®¦¥á⢮, ᮤ¥à¦ 饥 x. «ï í«¥¬¥â x ∈ X ¥£® ®ªà¥áâ®áâì U ∈ τ ¡ã¤¥¬ ®¡®§ ç âì U (x).10 à ¨ ¬ ¥ à 1.1.1.
ãáâì X | ¯à®¨§¢®«ì®¥ ¬®¦¥á⢮. ¬®©á« ¡®© ⮯®«®£¨¥© ¢ X ï¥âáï ᥬ¥©á⢮ τá« ¡. , á®áâ®ï饥 ¢á¥£® ¨§¤¢ãå ¯®¤¬®¦¥á⢠| X ¨ ∅. ® ¯ãªâã 1 ®¯à¥¤¥«¥¨ï 1.1.1 «î¡ ï⮯®«®£¨ï τ ¢ X ᮤ¥à¦¨â τá« ¡. . ¬®© ᨫ쮩 ⮯®«®£¨¥© ¢ X ï¥âáï ᥬ¥©á⢮ τᨫì. , á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å ¯®¤¬®¦¥á⢠¬®¦¥á⢠X . 祢¨¤®, çâ® «î¡ ï ⮯®«®£¨ï τ ¢ X ᮤ¥à¦¨âáï ¢ τᨫì. . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.4. ãáâì X | ¯à®¨§¢®«ì®¥ ¬®¦¥á⢮,τ1 ¨ τ2 | ¤¢¥ ⮯®«®£¨¨ ¢ X . ®¢®àïâ, çâ® τ1 á« ¡¥¥ τ2 (¨«¨ τ2 ᨫ쥥τ1 ), ¥á«¨ «î¡®¥ τ1 -®âªàë⮥ ¬®¦¥á⢮ ¨§ X ï¥âáï τ2 -®âªàëâë¬,â. ¥.
τ1 ⊂ τ2 . à ¨ ¬ ¥ à 1.1.2. ¥ ¢á直¥ ¤¢¥ ⮯®«®£¨¨ ¨§ ¬®¦¥á⢠X áà ¢¨¬ë ¬¥¦¤ã ᮡ®©. áᬮâਬ X = R ¨ ®¯à¥¤¥«¨¬ ¢ R ¤¢¥ ⮯®«®£¨¨ τ 0 ¨ τ 00 . ¥¬¥©á⢮ τ 0 ᮤ¥à¦¨â ¢á类¥ ¯®¤¬®¦¥á⢮ R, ª ¦¤ ïâ®çª ª®â®à®£® ¢å®¤¨â ¢ ¥£® ¢¬¥áâ¥ á ¥ª®â®àë¬ á®¤¥à¦ 騬 ¥ñ¨â¥à¢ «®¬. ¥¬¥©á⢮ τ 00 á®á⮨⠨§ ¢á¥å ¯®¤¬®¦¥á⢠R, ª ¦¤®¥¨§ ª®â®àëå (¥á«¨ ®® ¥ ¯ãáâ®) ®â«¨ç ¥âáï ®â R ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮. ® ¥áâì ¥¯ãá⮥ U ∈ τ 00 ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ¯ãá⮥, ª®¥ç®¥ ¨«¨ áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮ S ⊂ R, â ª®¥,çâ® U = R\S .®ª ¦¥¬, çâ® τ 0 ¨ τ 00 ïîâáï ⮯®«®£¨ï¬¨ ¢ R.
祢¨¤®, ç⮬®¦¥á⢠nR ¨ ∅¢ τ 0 ¨ τ 00 . «ï «î¡®£® ᥬ¥©á⢠¯®¤¯ ᮤ¥à¦ âáïo¯¬®¦¥á⢠Uα ¯ α ∈ A ⊂ τ 0 âॡã¥âáï ¯à®¢¥à¨âì ¢ª«î票¥ V =SUα ∈ τ 0 . «ï «î¡®£® x ∈ V áãé¥áâ¢ã¥â α(x) ∈ A, â ª®©, çâ®=α∈Ax ∈ Uα(x) . ª ª ª Uα(x) ∈ τ 0 , â® x ¢å®¤¨â ¢ Uα(x) ¢¬¥áâ¥ á ¥ª®â®à묨â¥à¢ «®¬ I , â. ¥. x ∈ I ⊂ Uα(x) ⊂ V . «¥¤®¢ ⥫ì®, «î¡ ï â®çª V ᮤ¥à¦¨âáï ¢ ¥¬ ¢¬¥áâ¥ á ¥ª®â®àë¬ á®¤¥à¦ 騬 ¥ñ ¨â¥à¢ «®¬,0 § ç¨â, ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨îV ∈¯no τ . «ï «î¡®£® ª®¥ç®£® ᥬ¥©á⢠¯¯®¤¬®¦¥á⢠Uk ¯ k ∈ 1, N ⊂ τ 0 âॡã¥âáï ¯à®¢¥à¨âì ¢ª«î票¥W =NTk=1Uk ∈ τ 0 .«ï «î¡®£® x ∈ W ¨ «î¡®£® k ∈ 1, N á¯à ¢¥¤«¨¢®¢ª«î票¥ x ∈ Uk .
® ®¯à¥¤¥«¥¨î τ 0 ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, N áãé¥áâ¢ã¥â ¨â¥à¢ « Ik = (ak , bk ), ᮤ¥à¦ 騩 x ¨ ᮤ¥à¦ 騩áï ¢ Uk , â. e.ak < x < bk ¨ Ik ⊂ Uk . ¯à¥¤¥«¨¬ a = max ak ¨ b = min bk . ®£¤ k∈1,Nk∈1,Na < x < b, â. ¥. ¨â¥à¢ « I = (a, b) ᮤ¥à¦¨â x, ¨ ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, N¢ë¯®«¥ë ¢ª«î票ï I ⊂ Ik ⊂ Uk . «¥¤®¢ ⥫ì®, x ∈ I ⊂ W , â. ¥.11«î¡ ï â®çª W ᮤ¥à¦¨âáï ¢ ¥¬ ¢¬¥áâ¥ á ¥ª®â®àë¬ á®¤¥à¦ 騬0¥ñ ¨â¥à¢ «®¬, çâ® ®§ ç ¥â ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨îW¯ ∈τ . on¯«ï «î¡®£® ᥬ¥©á⢠¯®¤¬®¦¥á⢠Uα ¯ α ∈ A ⊂ τ 00 âॡãS¥âáï ¯à®¢¥à¨âì ¢ª«î票¥ V =Uα ∈ τ 00 . ᫨ V = ∅ ∈ τ 00 , â®α∈A¤®ª §ë¢ âì ¥ç¥£®. ®í⮬ã áç¨â ¥¬, çâ® V 6= ∅,³â.
¥. áãé¥áâ¢ã¥â´Tα0 ∈ A, â ª®¥, çâ® Uα 6= ∅. ®«ãç ¥¬ R\V =R\Uα ⊂ R\Uα0α∈A0| ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮ ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î τ 00 . «¥¤®¢ ⥫ì®, V ®â«¨ç ¥âáï ®â R ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮, â. ¥.00¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î¯o τ . «ï «î¡®£® ª®¥ç®£® ᥬ¥©á⢠n ¯à¨ ¤«¥¦¨â¯¯®¤¬®¦¥á⢠Uk ¯ k ∈ 1, N ⊂ τ 00 âॡã¥âáï ¯à®¢¥à¨âì ¢ª«î票¥W =NTk=1Uk ∈ τ 00 . ᫨ W= ∅ ∈ τ 00 ,â® ¤®ª §ë¢ âì ¥ç¥£®. ®í⮬ãáç¨â ¥¬, çâ® W 6= ∅. ®£¤ Uk 6= ∅ ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, N , § ç¨â,´N ³SR\Uk ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñâ®. ®«ãç ¥¬ R\W =R\Uk | ¥ ¡®«¥¥k=1祬 áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮, â ª ª ª ï¥âáï ª®¥çë¬ ®¡ê¥¤¨¥¨¥¬¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñâëå ¬®¦¥áâ¢.â ª, ¤®ª § ®, çâ® τ 0 ¨ τ 00 ïîâáï ⮯®«®£¨ï¬¨ ¢ R.
®ª ¦¥¬,çâ® ®¨ ¥áà ¢¨¬ë, â. ¥. áãé¥áâ¢ã¥â U ∈ τ 0 , â ª®¥, çâ® U 6∈ τ 00 , ¨áãé¥áâ¢ã¥â V ∈ τ 00 , â ª®¥, çâ® V 6∈ τ 0 . ãáâì U = (0, 1) ∈ τ 0 . ®£¤ U 6= ∅© ¨ªR\U ¡®«¥¥ 祬 áçñâ®. «¥¤®¢ ⥫ì®, U 6∈ τ 00 . ãáâì V =∞= R\ n1 n=1 . ®£¤ V ∈ τ 00 . ¤ ª® ¤«ï x0 = 0 ∈ V ¨ ¤«ï «î¡®£®¨â¥à¢ « I = (a, b), ᮤ¥à¦ 饣® x0 (â. ¥.
a < 0 < b), áãé¥áâ¢ã¥âN ∈ N, â ª®©, çâ® 0 < n1 < b ¤«ï «î¡®£® n > N . «¥¤®¢ ⥫ì®,I 6⊂ V . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¨ ®¤¨ ¨â¥à¢ «, ¢ ª®â®àë© ¢å®¤¨â â®çª x0 = 0 ∈ V , ¥ ᮤ¥à¦¨âáï ¢ V . «¥¤®¢ ⥫ì®, V 6∈ τ 0 . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.5. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. 㤥¬ £®¢®à¨âì, çâ® ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂ X á室¨âáï ¯® ⮯®«®£¨¨ τ ª í«¥¬¥âã x ∈ X , ¥á«¨ ¤«ï «î¡®© ®ªà¥áâ®áâ¨U (x) í«¥¬¥â x áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N , â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n > N¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ xn ∈ U (x). 室¨¬®áâì xn ª x ¯® ⮯®«®£¨¨ ττ¡ã¤¥¬ ®¡®§ ç âì xn →x ¯à¨ n → ∞. à ¨ ¬ ¥ à 1.1.3.
ãáâì X | ¯à®¨§¢®«ì®¥ ¬®¦¥á⢮. ᫨¢¢¥á⨠¢ X á ¬ãî á« ¡ãî ⮯®«®£¨î τá« ¡. (á¬. ¯à¨¬¥à 1.1.1), â®®ª ¦¥âáï, çâ® «î¡ ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¨§ X á室¨âáï, ¯à¨çñ¬ ª12«î¡®© â®çª¥. ¥©á⢨⥫ì®, ¢ á« ¡¥©è¥© ⮯®«®£¨¨ «î¡ ï â®çª ¨§ X ¨¬¥¥â ⮫쪮 ®¤ã ®ªà¥áâ®áâì | á ¬® ¬®¦¥á⢮ X , £¤¥ ¨ 室ïâáï ¢á¥ í«¥¬¥âë «î¡®© ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ¨. ᫨ ¦¥ ¢ Xà áᬮâà¥âì á ¬ãî ᨫìãî ⮯®«®£¨î τᨫì. (á¬. ¯à¨¬¥à 1.1.1), â®á室ï饩áï ¯® τᨫì. ¡ã¤¥â ⮫쪮 â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì, ª®â®à ïï¥âáïáâ æ¨® ன á ¥ª®â®à®£® ®¬¥à . ¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨τxn ᨫì.→ x ¯à¨ n → ∞, â® ¤«ï U (x) = {x} ∈ τᨫì.
| ®ªà¥áâ®á⨠â®çª¨ x, á®áâ®ï饩 «¨èì ¨§ á ¬®© â®çª¨ x, ©¤¥âáï ®¬¥à N ,â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n > N ¢ë¯®«¥® xn ∈ U (x), â. ¥. xn = x. «®£¨ç ï á¨âã æ¨ï ¨¬¥¥â ¬¥áâ® ¢ ⮯®«®£¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥(R, τ 00 ) (®¯¨á ¨¥ ⮯®«®£¨¨ τ 00 ¢ R á¬. ¢ ¯à¨¬¥à¥ 1.1.2). ¥©á⢨⥫ì®, ¯ãáâì ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂ R á室¨âáï ª x ∈ R ¯®τ00⮯®«®£¨¨ τ (â. ¥.
xn → x ¯à¨ nn→ ∞¯ ). áᬮâਬ o®ªà¥áâ®áâìâ®çª¨ x | ¬®¦¥á⢮ U (x) = R\ xn ¯¯ xn 6= x, n ∈ N ∈ τ 00 . ªª ª áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N , â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n > N ¢ë¯®«¥®¢ª«î票¥ xn ∈ U (x), â® ¯®«ãç ¥¬ xn = x ¤«ï «î¡®£® n > N .00 ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.6. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ®¦¥á⢮ F ⊂ X §®¢ñ¬ τ -§ ¬ªãâë¬ (¨«¨ ¯à®áâ® § ¬ªãâë¬), ¥á«¨ ¥£® ¤®¯®«¥¨¥ ï¥âáï τ -®âªàëâë¬, â.
¥. F c == X\F ∈ τ . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.1.7. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ®çª x §ë¢ ¥âáï â®çª®© ¯à¨ª®á®¢¥¨ï ¬®¦¥á⢠S ⊂⊂ X , ¥á«¨ ¤«ï «î¡®© ®ªà¥áâ®á⨠U (x) â®çª¨ x ¢ë¯®«¥® U (x) ∩∩ S 6= ∅. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 1.1.1. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ®£¤ ¬®¦¥á⢮ F ⊂ X ï¥âáï § ¬ªãâë¬ â®£¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ®® ᮤ¥à¦¨â ¢á¥ ᢮¨ â®çª¨ ¯à¨ª®á®¢¥¨ï. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¬®¦¥á⢮ F § ¬ªãâ® ¢ (X, τ ), x ∈ X | ¥£® â®çª ¤ x ∈ F c ∈ τ , â. ¥.¯à¨ª®á®¢¥¨ï. ।¯®«®¦¨¬, çâ® x 6∈ F . ®£¬®¦¥á⢮ F c ï¥âáï ®ªà¥áâ®áâìî â®çª¨ x.®£¤ ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 1.1.7 ¬®¦¥á⢠F c ¨ F ¤®«¦ë ¯¥à¥á¥ª âìáï, çâ® ¥¢®§¬®¦®. ®«ã稫¨ ¯à®â¨¢®à¥ç¨¥. «¥¤®¢ ⥫ì®, x ∈ F .¡à â®, ¯ãáâì F ᮤ¥à¦¨â ¢á¥ ᢮¨ â®çª¨ ¯à¨ª®á®¢¥¨ï.
áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî â®çªã x ∈ F c . ª ª ª x 6∈ F , â® ® ¥ ï¥âáï13â®çª®© ¯à¨ª®á®¢¥¨ï ¬®¦¥á⢠F (¢á¥ â®çª¨ ¯à¨ª®á®¢¥¨ï ¬®¦¥á⢠F ¯à¨ ¤«¥¦ â ¥¬ã ¯® ãá«®¢¨î). «¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â ®ªà¥áâ®áâì U (x) â®çª¨ x, ¥ ¯¥à¥á¥ª îé ïáïá F . â® ®§ ç ¥â,Sçâ® U (x) ⊂ F c . ª¨¬ ®¡à §®¬,U (x) ⊂ F c . ª ª ª ¤«ï «îx∈F cSS¡®£® x ∈ U (x) ¢ë¯®«¥® x ∈ U (x), â® F c ={x} ⊂U (x).x∈Fx∈Fc ª¨¬¨ ᮤ¥à¦¨âáï ¢ ¬®¦¥áâS ®¡à §®¬, ¬®¦¥á⢮ F ¨ ᮤ¥à¦¨â,S¢¥U (x), â.
¥. ᮢ¯ ¤ ¥â á ¨¬: F c =U (x). ª¨¬ ®¡à §®¬,x∈Fx∈FF c ¯à¥¤áâ ¢«¥® ¢ ¢¨¤¥ ®¡ê¥¤¨¥¨ï ®âªàëâëå ¬®¦¥áâ¢, § ç¨â,¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 1.1.1 á ¬® ï¥âáï ®âªàëâë¬. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¬®¦¥á⢮ F ï¥âáï § ¬ªãâë¬.cccc â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 1.1.2. ãáâì(X,¯ τ ) |o⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áânà á⢮.
«ï «î¡®£® ᥬ¥©á⢠Fα ¯¯ α ∈ A § ¬ªãâëå ¯®¤¬®c¦¥á⢠¬®¦¥á⢠X (â. ¥. ¤«ï «î¡®£® α ∈ A ¢ë¯®«¥® (Fα ) ∈ τ )T¬®¦¥á⢮Fα ï¥âáï § ¬ªãâë¬. «ï «î¡®£® ª®¥ç®£® ᥬ¥©á⢠NSα∈A{Fk }Nk=1§ ¬ªãâëå ¯®¤¬®¦¥á⢠¬®¦¥á⢠X¬®¦¥á⢮ï¥âáï § ¬ªãâë¬. 묨 á«®¢ ¬¨, ¯à®¨§¢®«ì®¥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥ ¨ ª®¥ç®¥ ®¡ê¥¤¨¥¨¥ § ¬ªãâëå ¯®¤¬®¦¥á⢠X ï¥âáï§ ¬ªãâë¬ ¢ (X, τ ).Fkk=1 ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ¬¥¥¬µT¶cFαS=α∈Aα∈A(Fα )c.