Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 40
Текст из файла (страница 40)
⥮६ã 4.1.1) ¤«ï «î¡®£® δ > 0 ¨ «î¡®£® k ∈ 1, Náãé¥áâ¢ãîâ § ¬ªã⮥ ¬®¦¥á⢮ Fk ⊂ Rn ¨ ®âªàë⮥ ¬®¦¥á⢮Gk ⊂ Rn , â ª¨¥, çâ® ¢ë¯®«¥ë ¢ª«î票ï Fk ⊂ Ek ⊂ Gk ¨ ¥à ¢¥á⢠µ(Gk \Ek ) ≤ δ ¨ µ(Ek \Fk ) ≤ δ .«ï «î¡®£® ¬®¦¥á⢠A ⊂ Rn ®¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨î à ááâ®ï¨ï®â «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ Rn ¤® ¬®¦¥á⢠A á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬:ρ(x, A) = inf |x − a|. ®£¤ ¤«ï «î¡ëå x, y ∈ Rn ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥áâa∈A´|y − a| + |x − y| = ρ(y, A) + |x − y|. «¥¤®¢ ⥫ì®,a∈A¯¯á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ ¯¯ρ(x, A) − ρ(y, A)¯¯ ≤ |x − y|. ª¨¬ ®¡à §®¬, äãªæ¨ï x 7→ ρ(x, A) 㤮¢«¥â¢®àï¥â Rn ãá«®¢¨î ¨¯è¨æ ᪮áâ ⮩ ¥¤¨¨æ ¨, ¢ ç áâ®áâ¨, ï¥âáï ¥¯à¥à뢮© Rn .«ï «î¡®£® k ∈ 1, N ®¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨î hk : E → R á«¥¤ãî騬¢® ρ(x, A) ≤³inf®¡à §®¬:hk (x) =ρ(x, Gck ),ρ(x, Gck ) + ρ(x, Fk )x ∈ E.«¥¤®¢ ⥫ì®, 0 ≤ hk (x) ≤ 1 ¤«ï ¢á¥å x ∈ E , ¤«ï «î¡®£® x ∈ Fk¨¬¥¥¬ hk (x) = 1, ¤«ï «î¡®£® x 6∈ Gk ¨¬¥¥¬ hk (x) = 0.
ª ª ª ¬®¦¥á⢠Gck ¨ Fk ïîâáï § ¬ªãâ묨 ¨ ¥¯¥à¥á¥ª î騬¨áï (¢ ᨫãFk ⊂ Gk ), â® ¤«ï «î¡®£® x ∈ E § ¬¥ ⥫ì ρ(x, Gck ) + ρ(x, Fk ) > 0.®£¤ ¢ ᨫ㠯®ª § ®© ¢ëè¥ ¥¯à¥à뢮á⨠äãªæ¨¨ à ááâ®ï¨ï®â â®çª¨ x ∈ Rn ¤® «î¡®£® ¬®¦¥á⢠A ⊂ Rn ¯®«ãç ¥¬, çâ® äãªæ¨ï hk ¥¯à¥àë¢ E .
¯à¥¤¥«¨¬ ¥¯à¥àë¢ãî ¬®¦¥á⢥ E235NPäãªæ¨î h(x) =ck hk (x), x ∈ E . ®£¤ ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, N ¨k=1«î¡®£® x ∈ Fk ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ h(x) = ck = sm(ε) (x). ®£¤ ¢á¨«ã ⥮६ë 4.3.1 ¯®«ãç ¥¬ á®®â®è¥¨ïZp|h − sm(ε) | dµ =N ZX|h − sm(ε) |p dµ =k=1EkE=ZNX|ck |p |hk − 1|p dµ ≤NX|2ck |p µ(Ek \Fk ) ≤m=1k=1E \FkkÃ≤NX!|2ck |pδ ≤ εpm=1¯à¨ ¢ë¡®à¥ δ =εpNPm=1|2ck |p +1. ਠí⮬ ¨¬¥¥¬ ¥à ¢¥á⢮kh − sm(ε) kp ≤ ε.«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ h ∈ Lp (E), â. ¥.
h ∈ CLp (E),¨ ¥à ¢¥á⢮ kf − hkp ≤ 2ε, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.4.3. ãáâì 1 ≤ p ≤ q, µ(E) < +∞. ®£¤ Lq (E) ⊂ Lp (E). ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. «ï «î¡®£® f ∈ Lq (E) ®¯à¥¤¥«¨¬ ¨§¬¥à¨¬ë¥ ¬®¦¥á⢠nA=¯o¯x ∈ E ¯ |f (x)| ≥ 1 ,nB=¯o¯x ∈ E ¯ |f (x)| < 1 .®£¤ A ∪ B = E ¨ A ∩ B = ∅. «ï «î¡®£® x ∈ A ¨¬¥¥¬ ¥à ¢¥á⢮ |f (x)|p ≤ |f (x)|q , ¤«ï «î¡®£® x ∈ B ¨¬¥¥¬ |f (x)|p ≤ 1.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫã ⥮६ë 4.3.1 ¨ ã⢥ত¥¨ï 4.3.8 ¯®«ãç ¥¬á®®â®è¥¨ïZZZZZ|f |p dµ =E|f |p dµ +A|f |p dµ ≤BZ≤|f | dµ +BZ1 dµ +AZ1 dµ =B|f |q dµ + µ(E) < +∞.=E2361 dµ ≤BZq|f | dµ +AAZq|f |q dµ +â® ®§ ç ¥â, çâ® |f |p ∈ L(E), â. ¥. f∈ Lp (E),çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.4.3.
®¦¥á⢮¬ L∞ (E) §®¢ñ¬ ᮢ®ªã¯®áâì ª« áᮢ íª¢¨¢ «¥âëå ¬®¦¥á⢥ E ¨§¬¥à¨¬ëå äãªæ¨©f : E → R ∪ {±∞}, ®£à ¨ç¥ëå ¯®ç⨠¢áî¤ã E . ¬ ¥ ç ¨ ¥ 4.4.2. ®£®¢®à¨¬áï, çâ® ¢ª«î票¥ f ∈ L∞ (E)®§ ç ¥â, çâ® ¢ë¡à ¯à®¨§¢®«ì ï ¨§¬¥à¨¬ ï ®£à ¨ç¥ ï ¯®ç⨠¢áî¤ã E äãªæ¨ï f ¨§ ¥ª®â®à®£® ª« áá íª¢¨¢ «¥âëå ¬®¦¥á⢥ E ¨§¬¥à¨¬ëå äãªæ¨©, ¢å®¤ï饣® ¢ ¬®¦¥á⢮ L∞ (E).ãªæ¨¨, 室ï騥áï ¢ ®¤®¬ ª« áá¥ íª¢¨¢ «¥â®á⨠¨§ L∞ (E),¡ã¤¥¬ §ë¢ âì à ¢ë¬¨.ãáâì äãªæ¨ï g ®¯à¥¤¥«¥ ¨§¬¥à¨¬®¬ ¬®¦¥á⢥ G ⊂ E¢¨¤ µ(E\G) = 0 (â.
¥. ¯®ç⨠¢áî¤ã E ), ¨§¬¥à¨¬ ¨ ï¥âáï ®£à ¨ç¥®© ¯®ç⨠¢áî¤ã G. 㤥¬ áç¨â âì ¥ñ í«¥¬¥â®¬ L∞ (E) ¢á«¥¤ãî饬 á¬ëá«¥: ¤®®¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨î g ¯à®¨§¢®«ìë¬ ®¡à §®¬ ¬®¦¥á⢥ E\G ã«¥¢®© ¬¥àë, ¯®«ã稬 ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 4.2.2¨§¬¥à¨¬ãî ®£à ¨ç¥ãî ¯®ç⨠¢áî¤ã E äãªæ¨î, ¯à¨ ¤«¥¦ éãî L∞ (E). ਠí⮬ ¯à¨ à §«¨çëå ᯮᮡ å ¤®®¯à¥¤¥«¥¨ï g E\G ¯®«ãç îâáï íª¢¨¢ «¥âë¥ E äãªæ¨¨, â. ¥. íâ® í«¥¬¥â뮤®£® ª« áá íª¢¨¢ «¥â®á⨠¨§ L∞ (E). â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.4.4. ®¦¥áâ¢®ë¬ ¯à®áâà á⢮¬.L∞ (E)ï¥âáï «¨¥©- ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ã«ñ¬ ¢ L∞ (E) ¡ã¤¥¬ áç¨â âì ª« áá ¨§¬¥à¨¬ëå äãªæ¨©, íª¢¨¢ «¥âëå E ã«¥¢®© äãªæ¨¨.
«ï «î¡®£® f ∈ L∞ (E) áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® M > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï ¯®ç⨠¢á¥åx ∈ E ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |f (x)| ≤ M . ®£¤ ¤«ï «î¡®£® ç¨á« α¯®ç⨠¢áî¤ã E ®¯à¥¤¥«¥ ¨§¬¥à¨¬ ï äãªæ¨ï αf , ®£à ¨ç¥ ïç¨á«®¬ |α|M . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ αf ∈ L∞ (E).ãáâì f1 ∈ L∞ (E) ¨ f2 ∈ L∞ (E). ®£¤ áãé¥áâ¢ãîâ ç¨á« M1 > 0¨ M2 > 0, â ª¨¥, çâ® ¤«ï ¯®ç⨠¢á¥å x ∈ E ¢ë¯®«¥ë ¥à ¢¥á⢠|f1 (x)| ≤ M1 ¨ |f2 (x)| ≤ M2 .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®ç⨠¢áî¤ã E ®¯à¥¤¥«¥ ¨§¬¥à¨¬ ï äãªæ¨ï f = f1 +f2 , ¯à¨çñ¬ ¤«ï ¯®ç⨠¢á¥å x ∈ E¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |f (x)| ≤ M1 +M2 . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¢ë¯®«¥®¢ª«î票¥ f ∈ L∞ (E). ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.4.4. ãáâì ¨§¬¥à¨¬ ï äãªæ¨ïf : E → R ∪ {±∞}237®£à ¨ç¥ ¯®ç⨠¢áî¤ã E . ãé¥á⢥®© ¢¥à奩 £à ìî äãªæ¨¨ f E §ë¢ ¥âáï ¢¥«¨ç¨ ness sup f = infE¯¯M ∈ R ¯ f (x) ≤ M¤«ï ¯. ¢.ox∈E. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.4.5.
«ï «î¡®£® f ∈ L∞ (E) ®à¬®© f -§®¢ñ¬ ç¨á«® kf k∞ = ess sup |f |.E â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.4.5. ®à¬ k · k∞ ¢ ¯à®áâà á⢥ L∞ (E)㤮¢«¥â¢®àï¥â ªá¨®¬ ¬ ®à¬ë ¨§ ®¯à¥¤¥«¥¨ï 3.1.1 ®à¬¨à®¢ ®£® ¯à®áâà á⢠. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ª ª ª «î¡ ï äãªæ¨ï f ∈ L∞ (E) ®£à ¨ç¥ ¯®ç⨠¢áî¤ã E , â. ¥. áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® M > 0, â ª®¥, çâ®|f (x)| ≤ M ¤«ï ¯®ç⨠¢á¥å x ∈ E , â® 0 ≤ kf k∞ ≤ M . «¥¥ ¤«ï«î¡®£® ç¨á« α 6= 0 ¨¬¥¥¬ á®®â®è¥¨ï¯¯M ≥ 0 ¯ |αf (x)| ≤ M¯½¯MM= |α| inf≥ 0 ¯¯ |f (x)| ≤|α||α|nkαf k∞ = inf¤«ï ¯. ¢.¤«ï ¯. ¢.ox∈E=¾x ∈ E = |α| kf k∞ . ¢¥á⢮ k0f k∞ = 0 = 0kf k∞ ®ç¥¢¨¤®. «ï «î¡ëå f1 , f2 ∈ L∞ (E)¨¬¥¥¬¯n¯kf1 +f2 k∞ = inf M ≥ 0 ¯ |f1 (x) + f2 (x)| ≤ M¯n¯≤ inf M ≥ 0 ¯ |f1 (x)| + |f2 (x)| ≤ M ¤«ï¯n¯≤ inf M1 + M2 ¯ |f1 (x)| ≤ M1 , |f2 (x)| ≤ M2o¤«ï ¯. ¢.¯.
¢.x∈Eox∈E ≤¤«ï ¯. ¢.≤ox∈E== kf1 k∞ + kf2 k∞ . ¥ ® à ¥ ¬ 4.4.3.L∞ (E)ï¥âáï ¯®«ë¬.¨¥©®¥ ®à¬¨à®¢ ®¥ ¯à®áâà á⢮ ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. áᬮâਬ ä㤠¬¥â «ìãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {fm }∞m=1 ⊂ L∞ (E). ®£¤ ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â®¬¥à N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï ¢á¥å m, k ≥ N (ε) ¨¬¥¥¬ ¥à ¢¥á⢮kfm − fk k∞ ≤ ε.238«ï «î¡®£® m ∈ N áãé¥áâ¢ã¥â ¬®¦¥á⢮ Em ⊂ E ¬¥àë ã«ì, â ª®¥, çâ® äãªæ¨ï fm ®£à ¨ç¥ E\Em . ®£¤ ¬®¦¥á⢮ E0 =∞S=Em ¨¬¥¥â ¬¥àã ã«ì, ¨ ª ¦¤ ï äãªæ¨ï fm ®£à ¨ç¥ m=1¬®¦¥á⢥ E\E0 . ਠí⮬ ¤«ï ¢á¥å m, k ≥ N (ε) ¯®«ãç ¥¬sup |fm (x) − fk (x)| = kfm − fk k∞ < ε.x∈E\E0â® ®§ ç ¥â, çâ® áãé¥áâ¢ã¥â äãªæ¨ï f : E\E0 → R, â ª ï, çâ®fm ⇒ f E\E0 ¯à¨ m → ∞.
®£¤ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 4.2.2 äãªæ¨ï f ¨§¬¥à¨¬ E\E0 , ¯à¨çñ¬ ¤«ï «î¡®£® x ∈ E\E0 á¯à ¢¥¤«¨¢®¥à ¢¥á⢮ |f (x)| ≤ |fN (1) (x)| + 1. ª ª ª äãªæ¨ï fN (1) ®£à ¨ç¥ ¬®¦¥á⢥ E\E0 , â® f â ª¦¥ ï¥âáï ®£à ¨ç¥®© E\E0 .«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ f ∈ L∞ (E), ¨kfm − f k∞ =sup |fm (x) − f (x)| → 0x∈E\E0¯à¨m → ∞,çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.4.6. ãáâì 0 < µ(E) < +∞. ®£¤ ¤«ï«î¡®£® f ∈ L∞ (E) ¨ «î¡®£® ç¨á« p ≥ 1 ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ f ∈∈ Lp (E) ¨ áãé¥áâ¢ã¥â ¯à¥¤¥« lim kf kp = kf k∞ .p→+∞ ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
ª ª ª ¤«ï «î¡®£® ç¨á« p ≥ 1 äãªæ¨ï |f |p ®£à ¨ç¥ ¯®ç⨠¢áî¤ã E , â® ¢ª«î票¥ |f |p ∈ L(E) á«¥¤ã¥â ¨§ ã⢥ত¥¨ï 4.3.7. ᫨ kf k∞ = 0, â® kf kp = 0 ¤«ï «î¡®£®p ≥ 1. ®í⮬㠤 «¥¥ áç¨â ¥¬, çâ® kf k∞ > 0. ª ª ª |f (x)| ≤pkf k∞¤«ï ¯®ç⨠¢á¥å x ∈ E , â® ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ kf kp ≤ kf k∞ µ(E). ¤à㣮© áâ®à®ë, ¤«ï «î¡®£® ¯®«®¦¨â¥«ì®£® ç¨á« R < kf k∞ áãé¥áâ¢ã¥â ¨§¬¥à¨¬®¥ ¬®¦¥á⢮ ER ⊂ E ¯®«®¦¨â¥«ì®© ¬¥àë, â ª®¥,çâ® |f (x)| ≥ R ¤«ï ¢á¥å x ∈ ER . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮vZpuukf kp ≥ tpp|f |p dµ ≥ R p µ(ER ).ER ª ª ª ¯à¨ p → +∞ ¨¬¥¥¬ á®®â®è¥¨ï→ 1, â® ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢠ppµ(E) → 1R ≤ lim kf kp ≤ lim kf kp ≤ kf k∞ .p→+∞p→+∞239¨ppµ(ER ) →®£¤ ¯®á«¥ ¯à¥¤¥«ì®£® ¯¥à¥å®¤ ¯à¨ R → kf k∞ − 0 ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢠lim kf kp = lim kf kp = kf k∞ .p→+∞p→+∞â® ®§ ç ¥â, çâ® áãé¥áâ¢ã¥â p→+∞lim kf kp = kf k∞ , çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.4.5.
¥à ¨ ¨â¥£à « ¥¡¥£ |⨫âì¥á í⮬ ¯ à £à ä¥ E | ª®«ìæ® ª«¥â®çëå ¬®¦¥á⢠¢ R, α: R → R| ¥ã¡ë¢ îé ï äãªæ¨ï. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.5.1. ¥à®© ⨫âì¥á E, ᮮ⢥âáâ¢ãî饩 äãªæ¨¨ α, §®¢ñ¬ äãªæ¨î µα : R → [0, +∞), â ªãî, çâ® ¤«ï«î¡ëå ç¨á¥« a ≤ b ¢ë¯®«¥ë à ¢¥á⢠µα [a, b] = α(b+0)−α(a−0),µα [a, b) = α(b − 0) − α(a − 0),µα (a, b] = α(b + 0) − α(a + 0), ¯à¨ a < b ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ µα (a, b) = α(b − 0) − α(a + 0). «ï«î¡®£® ª«¥â®ç®£® ¬®¦¥á⢠A ∈ E ¨ «î¡®£® ¥£® à §¡¨¥¨ï ¯®¯ ஥¯¥à¥á¥ª î騬¨áï ¯à®¬¥¦ã⪠¬¨ {Im }Nm=1 , â. ¥.A=N[Im ,Im ∩ Ik = ∅¯à¨ ¢á¥åm 6= k,m=1¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ µα (A) =NPm=1µα (Im ). ¬ ¥ ç ¨ ¥ 4.5.1. ¯à¥¤¥«¥¨¥ ¬¥àë ⨫âì¥á ª«¥â®ç®£®¬®¦¥á⢠¥ § ¢¨á¨â ®â ¢ë¡®à ¥£® à §¡¨¥¨ï ¯®¯ à® ¥¯¥à¥á¥ª î騬¨áï ¯à®¬¥¦ã⪠¬¨.
®ª § ⥫ìá⢮ «®£¨ç® ¤®ª § ⥫ìáâ¢ãã⢥ত¥¨ï 4.1.4. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.5.1. ¥à ⨫âì¥á µα : E → [0, +∞) ï¥âáï ª®¥ç®- ¤¤¨â¨¢®© ¨ ॣã«ïன. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¬®¦¥á⢠A, B ∈ E ¨ A ∩ B = ∅.ãáâìPA = {Im }Nm=1| à §¡¨¥¨¥ ¬®¦¥á⢠A,240PB = {Jk }Mk=1|à §¡¨¥¨¥ ¬®¦¥á⢠B . ª ª ª A ∩ B = ∅, â® ¯®«ãç ¥¬ Im ∩ Jk == ∅ ¯à¨ ¢á¥å m ∈ 1, N ¨ k ∈ 1, M .
«¥¤®¢ ⥫ì®, PA ∪ PB ï¥âáïà §¡¨¥¨¥¬ ¬®¦¥á⢠A ∪ B , ¯®í⮬ã á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮µα (A ∪ B) =NXm=1µα (Im ) +MXµα (Jk ) = µα (A) + µα (B).k=1 ª¨¬ ®¡à §®¬, ª®¥ç ï ¤¤¨â¨¢®áâì ¬¥àë µα ¤®ª § .®ª ¦¥¬ ॣã«ïà®áâì µα ¤«ï «î¡®£® ¯à®¬¥¦ã⪠. ãáâì ç¨á« a ≤ b. 䨪á¨à㥬 ¯à®¨§¢®«ì®¥ ε > 0. ãé¥áâ¢ã¥â δ = δ(ε) > 0,â ª®¥, çâ® ¯à¨ ¢á¥å t ∈ (b, b + δ) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮α(t) − α(b + 0) ≤ ε, ¯à¨ ¢á¥å t ∈ (a − δ, a) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮α(a − 0) − α(t) ≤ ε.«¥¤®¢ ⥫ì®, ®âªàëâë© ¯à®¬¥¦ã⮪á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮G = (a − δ, b + δ) ⊃ [a, b]¨µα (G) − µα [a, b] = α(b + δ − 0) − α(b + 0) + α(a − 0) − α(a − δ + 0) ≤ 2ε. ª ª ª ¯à®¬¥¦ã⮪ [a, b] § ¬ªãâ, â® ¯®« £ ¥¬ F = [a, b]. «¥¤®¢ ⥫ì®, ॣã«ïà®áâì ¬¥àë µα ¤«ï ¯à®¬¥¦ã⪠[a, b] ¤®ª § . ᫨ a = b, â® (a, b) = [a, b) = (a, b] = ∅.