Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 51
Текст из файла (страница 51)
« ¡ ï* ⮯®«®£¨ï í⮬ ¯ à £à ä¥ ¡ã¤¥¬ à áᬠâਢ âì ª®¬¯«¥ªá®¥ «¨¥©®¥®à¬¨à®¢ ®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, k · k). ¡®§ 稬 τw∗ ¨ σw∗ ᮮ⢥âá⢥® á« ¡ãî ⮯®«®£¨î ¢ X ∗ ¨ ¥ñ ¯à¥¤¡ §ã. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 5.5.1. «ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X , äãªæ¨® « f0 ∈ X ∗ ¨ ç¨á« ε > 0 ®¯à¥¤¥«¨¬ ¬®¦¥á⢮V ∗ (x, f0 , ε) =®¯®«®£¨ï ¢ ¬®¦¥á⢥¬®¦¥áâ¢nσw∗ =n¯o¯f ∈ X ∗ ¯ |f (x) − f0 (x)| < ε .X ∗,¯à¥¤¡ §®© ª®â®à®© ï¥âáï ᥬ¥©á⢮¯o¯V ∗ (x, f0 , ε) ¯ x ∈ X, f0 ∈ X ∗ , ε > 0 , §ë¢ ¥âáï á« ¡®©* ⮯®«®£¨¥© ¢ X ∗ ¨ ®¡®§ ç ¥âáï τw .∗ ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.5.1. ¬¥â¨¬, ç⮠ᥬ¥©á⢮ σw 㤮¢«¥â¢®àï¥âãá«®¢¨î ã⢥ত¥¨ï 1.1.10, â ª ª ª ¤«ï «î¡®£® x ∈ X ¨ «î¡®£® f ∈∈ X ∗ ¢ë¯®«¥® f ∈ V ∗ (x, f, 1). à¨çñ¬ á ¬® ¬®¦¥á⢮ X ∗ ï¥âáï í«¥¬¥â®¬ ᥬ¥©á⢠σw , â ª ª ª X ∗ = V (0, 0, 1) ∈ σw .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ᥬ¥©á⢮ σw ¤¥©áâ¢¨â¥«ì® ï¢«ï¥âáï ¯à¥¤¡ §®© ¥ª®â®à®©â®¯®«®£¨¨ ¢ X ∗ , ª®â®à ï ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 5.5.1 §ë¢ ¥âáï á« ¡®©*.∗∗∗∗ ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.5.2. ãáâì F : X → X ∗∗ | ¨§®¬¥âà¨ç¥áª¨© ¨§®-¬®à䨧¬ ¢¨¤ (F x)(f ) = f (x) ¤«ï ¢á¥å x ∈ X ¨ f306∈ X ∗,¢¢¥¤ñë©¢ ã⢥ত¥¨¨ 5.1.1.
®£¤ ¤«ï «î¡ë寮«ãç ¥¬V ∗ (x, f0 , ε) =nx ∈ X , f0 ∈ X ∗¨ε > 0¯o¯f ∈ X ∗ ¯ |(F x)(f ) − (F x)(f0 )| < ε =∗= V (f0 , F x, ε) ∈ σw,â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢ë ¢ª«î票ï σw ⊂ σw∗ ¨ τw ⊂ τw∗ . ᫨ ¯à®áâà á⢮ X à¥ä«¥ªá¨¢®, â. ¥. ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 5.1.2 ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮∗Im F = X ∗∗ , â® ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢠σw = σw¨ τw = τw∗ .∗∗∗∗ ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.5.3. ® ®¯à¥¤¥«¥¨î ¯à¥¤¡ §ë σw á« ¡®©* ⮯®«®£¨¨ ¢ ¯à®áâà á⢥ X ∗ ¯®«ãç ¥¬, çâ® «î¡®© äãªæ¨® « Φ ∈∈ Im F ⊂ X ∗∗ ¡ã¤¥â ¥¯à¥àë¢ë¬ ®â®á¨â¥«ì® á« ¡®©* ⮯®«®£¨¨τw . ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® äãªæ¨® « Φ ∈ Im F áãé¥áâ¢ã¥â¢¥ªâ®à x ∈ X , â ª®©, çâ® Φ = F x, â. ¥. Φ(f ) = f (x) ¤«ï «î¡®£®f ∈ X ∗ . ®£¤ ¤«ï «î¡®£® äãªæ¨® « f0 ∈ X ∗ ¨ ç¨á« ε > 0áãé¥áâ¢ã¥â á« ¡ ï* ®ªà¥áâ®áâì äãªæ¨® « f0 ¢¨¤ V ∗ (x, f0 , ε) ∈∈ τw , â ª ï, çâ® ¤«ï «î¡®£® f ∈ V ∗ (x, f0 , ε) ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 5.5.1¯®«ãç ¥¬ |f (x) − f (x0 )| = |Φ(f ) − Φ(f0 )| < ε. «¥¤®¢ ⥫ì®, äãªæ¨® « Φ ∈ Im F ï¥âáï á« ¡®* ¥¯à¥àë¢ë¬ X ∗ .¥à® ¨ ®¡à ⮥ ã⢥ত¥¨¥, â.
¥. ¥á«¨ «¨¥©ë© äãªæ¨® « Φ: X ∗ → C ï¥âáï á« ¡®* ¥¯à¥àë¢ë¬ X ∗ , â® Φ ∈ Im F ,â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ Φ = F x ∈ X ∗∗ ¤«ï ¯®¤å®¤ï饣® ¢¥ªâ®à x ∈ X . ¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨ «¨¥©ë© äãªæ¨® « Φ ï¢«ï¥âáï á« ¡®* ¥¯à¥àë¢ë¬ ¢ ã«¥, â® ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â á« ¡ ï*®ªà¥áâ®áâì ã«ï U0 ∈ τw , â ª ï, çâ® ¤«ï «î¡®£® f ∈ U0 ¢ë¯®«¥®¥à ¢¥á⢮ |Φ(f )| < ε.
® ®¯à¥¤¥«¥¨î á« ¡®©* ⮯®«®£¨¨, áãé¥áâN∗¢ãîâ ®¬¥à N , ¢¥ªâ®àë {xk }Nk=1 ⊂ X , äãªæ¨® «ë {fk }k=1 ⊂ X ¨N¯®«®¦¨â¥«ìë¥ ç¨á« {δk }k=1 , â ª¨¥, çâ® ¢ë¯®«¥ë ¢ª«î票ï∗∗∗∗0∈N\V ∗ (xk , fk , δk ) ⊂ U0 .k=1®£¤ |fk (xk )| < δk ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, N . áᬮâਬ ç¨á«®³δ = mink∈1,N´δk − |fk (xk )| > 0.307®£¤ ¤«ï «î¡®£® äãªæ¨ « ¢¥á⢠f ∈NTV ∗ (xk , 0, δ)k=1¯®«ãç ¥¬ ¥à -|f (xk ) − fk (xk )| ≤ |f (xk )| + |fk (xk )| < δ + |fk (xk )| ≤ δk«¥¤®¢ ⥫ì®, fN\∈NTk=1V ∗ (xk , fk , δk ),V ∗ (xk , 0, δ) ⊂k=1N\∀ k ∈ 1, N .â.
¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥V ∗ (xk , fk , δk ) ⊂ U0 .k=1â® ®§ ç ¥â, çâ® ¤«ï «î¡®£® äãªæ¨® « f ∈ X ∗ ¢¨¤ |f (xk )| == |(F xk )(f )| < δ ¯à¨ k ∈ 1, N á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ |Φ(f )| < ε.NT ç áâ®áâ¨, ¤«ï «î¡®£® äãªæ¨® « f ∈Ker(F xk ) ¨ «î¡®£®k=1ç¨á« t > 0 ¯®«ãç ¥¬ |(tf )(xk )| = |t(F xk )(f )| = 0 < δ , çâ® ®§ ç ¥â|Φ(tf )| < ε, â.
¥. |Φ(f )| < εt → 0 ¯à¨ t → +∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, Φ(f ) == 0, â. ¥. f ∈ Ker Φ . ª¨¬ ®¡à §®¬, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥N\Ker(F xk ) ⊂ Ker Φ.k=1 áᬮâਬ «¨¥©®¥ ®â®¡à ¦¥¨¥ Ψ : X ∗ → CN ¢¨¤ ³´Ψ (f ) = f (x1 ), . . . , f (xN )∀ f ∈ X ∗.³´¯à¥¤¥«¨¬ ®â®¡à ¦¥¨¥ H: Im Ψ → C ¢¨¤ H Ψ (f ) = Φ(f ) ¤«ï«î¡®£® f ∈ X ∗ . ¯à¥¤¥«¥¨¥ ®â®¡à ¦¥¨ï H ª®à४â®, â ª ª ª¥á«¨ äãªæ¨® «ë f ∈ X ∗ ¨ g ∈ X ∗ ¯®à®¦¤ îâ ®¤ã ¨ âã ¦¥ â®çªã¢ «¨¥©®¬ ¯à®áâà á⢥ Im Ψ , â. ¥.
¨¬¥¥â ¬¥áâ® à ¢¥á⢮ Ψ (f ) =NT= Ψ (g), â® á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ f − g ∈Ker(F xk ) ⊂ Ker Φ .k=1³´«¥¤®¢ ⥫ì®, Φ(f ) = Φ(g), â. ¥. ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ H Ψ (f ) =³´= H Ψ (g) . 祢¨¤®, çâ® ®â®¡à ¦¥¨¥ H «¨¥©®, â ª ª ª ¤«ï«î¡ëå äãªæ¨® «®¢ f, g ∈ X ∗ ¨ ᪠«ï஢ α, β ∈ C ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢠³´³´H αΨ (f ) + βΨ (g) = H Ψ (αf + βg) = Φ(αf + βg) =³´³´= αΦ(f ) + βΦ(g) = αH Ψ (f ) + βH Ψ (g) .308 ᨫ㠫¨¥©®á⨠®â®¡à ¦¥¨ï H , ®¯à¥¤¥«ñ®¬ ª®¥ç®¬¥à®¬«¨¥©®¬ ¯à®áâà á⢥ Im Ψ , áãé¥áâ¢ãîâ ᪠«ïàë {αk }Nk=1 ⊂ C, â ª¨¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® f ∈ X ∗ á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮NN³´ XXαk (F xk )(f ) = Φ(f ),αk f (xk ) =H Ψ (f ) =k=1k=1µNPNP¶â.
¥. Φ =αk (F xk ) = Fαk xk . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¯®«ãç ¥¬k=1k=1¢ª«î票¥ Φ ∈ Im F ⊂ X ∗∗ , çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.5.4. ãáâì ¯à®áâà á⢮ X ¥à¥ä«¥ªá¨¢®, â. ¥.Im F 6= X ∗∗ . ®£¤ á« ¡ ï* ⮯®«®£¨ï ¢ X ∗ áâண® á« ¡¥¥ á« ¡®©â®¯®«®£¨¨ ¢ X ∗ . ¥©á⢨⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â äãªæ¨® «Φ ∈ X ∗∗ \ Im F.®£¤ ¢ ᨫ㠧 ¬¥ç ¨© 5.5.3 ¨ 5.4.2 äãªæ¨® « Φ ¥ ï¥âáï á« ¡®* ¥¯à¥àë¢ë¬ ¨ ï¥âáï á« ¡® ¥¯à¥àë¢ë¬ ¢ X ∗ .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¨á¯®«ì§ãï § ¬¥ç ¨¥ 5.5.2, ¯®«ãç ¥¬ τw τw∗ .∗ â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.5.1. ®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì äãªæ¨® «®¢∗{fn }∞n=1 ⊂ Xï¥âáï á« ¡®* á室ï饩áï ª äãªæ¨® «ã g ∈ X ∗ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X ¢ë¯®«¥® á®®â®è¥¨¥fn (x) → g(x) ¯à¨ n → ∞. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì fnτw ∗→ g ¯à¨ n → ∞.
® § ¬¥ç ¨î 5.5.3 ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X äãªæ¨® « F x ∈ X ∗∗ ï¥âáï á« ¡®* ¥¯à¥àë¢ë¬. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 1.1.7äãªæ¨® « F x ï¥âáï ᥪ¢¥æ¨ «ì® ¥¯à¥àë¢ë¬, â. ¥. ¯®«ãç ¥¬ á®®â®è¥¨¥ (F x)(fn ) = fn (x) → (F x)(g) = g(x) ¯à¨ n → ∞.ãáâì ⥯¥àì ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X ¢ë¯®«¥® fn (x) → g(x)¯à¨ n → ∞. áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî á« ¡ãî* ®ªà¥áâ®áâì U (g)äãªæ¨® « g. ® ®¯à¥¤¥«¥¨î á« ¡®©* ⮯®«®£¨¨ áãé¥áâ¢ã¥â ®M∗¬¥à M , ¢¥ªâ®àë {zm }Mm=1 ⊂ X , äãªæ¨® «ë {hm }m=1 ⊂ X ¨ ¯®M«®¦¨â¥«ìë¥ ç¨á« {εm }m=1 , â ª¨¥, çâ® á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥g∈M\V ∗ (zm , hm , εm ) ⊂ U (g).m=1309«ï «î¡®£® m ∈ 1, M ¨¬¥¥¬ á®®â®è¥¨ï¨lim fn (zm ) = g(zm )n→∞¯à¥¤¥«¨¬ ç¨á«®|g(zm ) − hm (zm )| < εm .³ε = minm∈1,M´εm − |g(zm ) − hm (zm )|> 0.ãé¥áâ-¢ã¥â ®¬¥à N , â ª®©, çâ® ¤«ï ¢á¥å n > N ¨ ¢á¥å m ∈ 1, M ¢ë¯®«¥®¥à ¢¥á⢮ |g(zm ) − fn (zm )| < ε.
®£¤ ¤«ï «î¡®£® n > N ¯®«ãç ¥¬|fn (zm ) − hm (zm )| ≤ |fn (zm ) − g(zm )| + |g(zm ) − hm (zm )| << ε + |g(zm ) − hm (zm )| ≤ εm ∀ m ∈ 1, M .«¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï ¢á¥å n > N ¯®«ãç ¥¬ ¢ª«î票¥fn ∈M\V ∗ (zm , hm , εm ) ⊂ U (g),m=1â. ¥. fn τ→w∗g¯à¨ n → ∞, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.5.2. ।¥« á« ¡®* á室ï饩áï ¢ ¯à®áâà á⢥ X ∗ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⨠¥¤¨á⢥¥.∗ ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {fn }∞n=1 ⊂ Xï¥âáï á« ¡®* á室ï饩áï ª äãªæ¨® « ¬ g ∈ X ∗ ¨ h ∈ X ∗ . ®£¤ ¯® ã⢥ত¥¨î 5.5.1 ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢠g(x) = lim fn (x) = h(x).
«¥¤®¢ ⥫ì®, g(x) = h(x) ¤«ï «î¡®£®n→∞x ∈ X , çâ® ¨ ®§ ç ¥â à ¢¥á⢮ äãªæ¨® «®¢ g = h. à ¨ ¬ ¥ à 5.5.1. ਢ¥¤ñ¬ ¯à¨¬¥à ¥à¥ä«¥ªá¨¢®£® ¡ 客 ¯à®áâà á⢠X , â ª®£®, çâ® ¢ ¥£® ᮯàï¦ñ®¬ ¯à®áâà á⢥ X ∗ áãé¥áâ¢ã¥â á« ¡®* á室ïé ïáï ¨ á« ¡® à á室ïé ïáï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì. áᬮâਬ ¯à®áâà á⢮ X = c0 . ®£¤ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨© 5.2.5 ¨ 5.2.3 ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢠X ∗ = `1 ¨ X ∗∗ = `∞ . áᬮâਬ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì äãªæ¨® «®¢ fn ∈ c∗0 ¢¨¤ fn (y) = y(n) ¤«ï «î¡®£® y ∈ c0 . ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.2.5 äãªæ¨® « fn ॠ«¨§ã¥âáï¡ §¨áë¬ í«¥¬¥â®¬ en ¨§ ¯à®áâà á⢠`1 ¯® ä®à¬ã«¥fn (y) =∞Xy(k)en (k).k=1310«ï «î¡®£® y ∈ c0 ¯®«ãç ¥¬ fn (y) = y(n) → 0 ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì fn ï¥âáï á« ¡®* á室ï饩áï ª ã«î¢ c∗0 , â. ¥. ¡ §¨á ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì en á« ¡®* á室¨âáï ª ã«î ¢∗`1 .
áᬮâਬ äãªæ¨® « Φ ∈ c∗∗0 = `1 = `∞ , ª®â®àë© à¥ «¨§ã¥âkáï í«¥¬¥â®¬ z ∈ `∞ ¢¨¤ z(k) = (−1) ᮣ« á® ã⢥ত¥¨î 5.2.3∞Px(k)z(k) ¤«ï «î¡®£® x ∈ `1 . ®«ãç ¥¬ ¯®¯® ä®à¬ã«¥ Φ(x) =k=1∞Pá«¥¤®¢ ⥫ì®áâì Φ(en ) =en (k)z(k) = (−1)n , ª®â®à ï ¥ ¨¬¥¥âk=1¯à¥¤¥« ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì en ¥ ï¥âáï á« ¡® á室ï饩áï ¢ `1 , â. ¥. ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì äãªæ¨® «®¢fn ¥ ï¥âáï á« ¡® á室ï饩áï ¢ c∗0 . ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.5.5. «¨ç¨¥ ¢ «¨¥©®¬ ®à¬¨à®¢ ®¬ ¯à®áâà á⢥, ïî饬áï ᮯàï¦ñë¬ ª ¥ª®â®à®¬ã «¨¥©®¬ã ®à¬¨à®¢ ®¬ã ¯à®áâà áâ¢ã, á« ¡®* á室ï饩áï ¨ ®¤®¢à¥¬¥® á« ¡®à á室ï饩áï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ¨, á«ã¦¨â ¤®ª § ⥫ìá⢮¬ ¥£® ¥à¥ä«¥ªá¨¢®áâ¨. â®â § ¬¥ç ⥫ìë© ä ªâ ¬®¦® ¨á¯®«ì§®¢ âì ¤«ï¤®ª § ⥫ìá⢠¥à¥ä«¥ªá¨¢®á⨠¯à®áâà á⢠`∞ , ª®â®à®¥, ¢ ᨫãã⢥ত¥¨ï 5.2.3, ï¥âáï ᮯàï¦ñë¬ ª ¯à®áâà áâ¢ã `1 .
ãáâìΦ: `∗1 → `∞ | ¨§®¬¥âà¨ç¥áª¨© ¨§®¬®à䨧¬, ®¯¨á ë© ¢ ã⢥ত¥¨¨ 5.2.3. áᬮâਬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì zn ∈ `∞ ¢¨¤ ½zn (k) =¨ í«¥¬¥â z¯®«ãç ¥¬∈ `∞1, k ≤ n,0, k > n,¢¨¤ z(k) = 1 ¤«ï ¢á¥å k ∈ N. «ï «î¡®£® x ∈ `1¯¯∞∞¯¡¯ ¯ X¯X¡ −1¢¯ −1 ¢¯ ¯¯x(k)¯ ≤|x(k)| → 0¯ Φ (z) (x) − Φ (zn ) (x)¯ = ¯¯¯k=n+1k=n+1¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.5.1, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì zn á« ¡®* á室¨âáï ª í«¥¬¥âã z . ª ª ª ᮣ« á® § ¬¥ç ¨î 5.5.2 á« ¡ ï á室¨¬®áâì ¢á¥£¤ ¢«¥çñâ á« ¡ãî*, â®, ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.5.2, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì zn ¬®¦¥â á室¨âìáï á« ¡®â®«ìª® ª ⮬㠦¥ í«¥¬¥âã z .
® ª ª à § íâ®â ä ªâ ¥ ¨¬¥¥â ¬¥áâ !¥©á⢨⥫ì®, à áᬮâਬ ¯®¤¯à®áâà á⢮ L = Lin{zn }∞n=1 , ®ç¥¢¨¤® á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å 䨨âëå ç¨á«®¢ëå ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⥩.311á®, çâ® à ááâ®ï¨¥ ®â í«¥¬¥â z ¤® ¯®¤¯à®áâà á⢠L ¢ ¯à®áâà á⢥ `∞ ¥ ¬¥ìè¥ ¥¤¨¨æë. ®í⮬ã z 6∈ [L]. «¥¤®¢ ⥫ì®,¢ ᨫ㠯ãªâ 1 á«¥¤á⢨ï 5.1.2 ⥮६ë - å áãé¥áâ¢ã¥âäãªæ¨® « f ∈ `∗∞ , â ª®©, çâ® f (z) = 1 ¨ f = 0 [L]. ® ⮣¤ f (zn ) = 0 ¤«ï «î¡®£® n ∈ N, â.