Борнологическое пространство
В математике , особенно в функциональном анализе , борнологическое пространство — это тип пространства, который в некотором смысле обладает минимальной структурой, необходимой для решения вопросов ограниченности множеств и линейных отображений , точно так же, как топологическое пространство обладает минимальный объем структуры, необходимый для решения вопросов преемственности . Борнологические пространства отличаются тем свойством, что линейное отображение борнологического пространства в любые локально выпуклые пространства непрерывно тогда и только тогда, когда оно является ограниченным линейным оператором .
Борнологические пространства впервые были изучены Джорджем Макки . [ нужна ссылка ] Название придумал Бурбаки. [ нужна ссылка ] после «борне» — французское слово, означающее « ограниченный ».
Борнологии и ограниченные карты
[ редактировать ]Борнология площадке на съемочной это коллекция подмножеств которые удовлетворяют всем следующим условиям:
- обложки то есть, ;
- устойчив относительно включений; то есть, если и затем ;
- устойчив при конечных объединениях; то есть, если затем ;
Элементы коллекции называются -ограниченные или просто ограниченные множества , если понятно. [ 1 ] Пара называется ограниченной структурой или борнологическим множеством . [ 1 ]
Базовая фундаментальная или система борнологии является подмножеством из так, что каждый элемент является подмножеством некоторого элемента Учитывая коллекцию подмножеств наименьшая борнология, содержащая называется борнологией, порожденной [ 2 ]
Если и являются борнологическими множествами, то их произведение борнологии на Борнология имеет в своей основе совокупность всех множеств вида где и [ 2 ] Подмножество ограничен в борнологии произведения тогда и только тогда, когда его образ при канонических проекциях на и оба ограничены.
Ограниченные карты
[ редактировать ]Если и являются борнологическими множествами, то функция называется локально ограниченным отображением или ограниченным отображением (относительно этих борнологий), если оно отображает -ограниченные подмножества к -ограниченные подмножества то есть, если [ 2 ] Если вдобавок является биекцией и также ограничено, тогда называется борнологическим изоморфизмом .
Векторные борнологии
[ редактировать ]Позволять быть векторным пространством над полем где имеет рождение Борнология на называется векторной борнологией на если оно устойчиво относительно сложения векторов, скалярного умножения и образования сбалансированных оболочек (т. е. если сумма двух ограниченных множеств ограничена и т. д.).
Если представляет собой топологическое векторное пространство (TVS) и это борнология на то следующие условия эквивалентны:
- является векторной борнологией;
- Конечные суммы и сбалансированные оболочки -ограниченные множества -ограниченный; [ 2 ]
- Карта скалярного умножения определяется и дополнительная карта определяется оба ограничены, когда их домены несут свои рожденные продукты (т. е. они отображают ограниченные подмножества в ограниченные подмножества). [ 2 ]
Векторная борнология называется выпуклой векторной борнологией, если она устойчива относительно образования выпуклых оболочек (т.е. выпуклая оболочка ограниченного множества ограничена), тогда И векторная борнология называется разделенным, если единственное ограниченное векторное подпространство — 0-мерное тривиальное пространство
Обычно, является либо действительным, либо комплексным числом, и в этом случае векторная борнология на будем называть выпуклой векторной борнологией, если имеет базу, состоящую из выпуклых множеств.
Подмножества родоядных
[ редактировать ]Подмножество из называется рожденоядным и рожденоядным, если оно поглощает любое ограниченное множество.
В векторной борнологии является рожденоядным, если оно поглощает каждое ограниченное сбалансированное множество и в выпуклой векторной борнологии является рожденоядным, если поглощает каждый ограниченный диск.
Две топологии TVS в одном и том же векторном пространстве имеют одни и те же ограниченные подмножества тогда и только тогда, когда у них одни и те же рожденоядные животные. [ 3 ]
Каждое рождённое подмножество локально выпуклого метризуемого топологического векторного пространства является окрестностью начала координат. [ 4 ]
Конвергенция Макки
[ редактировать ]Последовательность в ТВС называется сходящейся по Макки к если существует последовательность положительных действительных чисел расходится к такой, что сходится к в [ 5 ]
Борнология топологического векторного пространства
[ редактировать ]Каждое топологическое векторное пространство по крайней мере, в недискретнозначном поле дает борнологию на путем определения подмножества быть ограниченным (или ограниченным по фон Нейману) тогда и только тогда, когда для всех открытых множеств содержащий нуль, существует с Если является локально выпуклым топологическим векторным пространством , тогда ограничен тогда и только тогда, когда все непрерывные полунормы на ограничены
Множество всех ограниченных подмножеств топологического векторного пространства называется борнологией или борнологией фон Неймана .
Если — локально выпуклое топологическое векторное пространство , то поглощающий диск в является рожденоядным (соответственно инфрарожденным) тогда и только тогда, когда его функционал Минковского локально ограничен (соответственно инфраограничен). [ 4 ]
Индуцированная топология
[ редактировать ]Если является выпуклой векторной борнологией в векторном пространстве тогда коллекция всех выпуклых сбалансированных подмножеств которые являются рожденоядными, образует базис окрестности в начале координат локально выпуклой топологии на называется топологией, индуцированной . [ 4 ]
Если является TVS, то борнологическое пространство, связанное с векторное пространство наделенный локально выпуклой топологией, индуцированной борнологией фон Неймана [ 4 ]
Теорема [ 4 ] - Позволять и быть локально выпуклым TVS и пусть обозначать наделенный топологией, индуцированной борнологией фон Неймана Определять сходным образом. Тогда линейное отображение является ограниченным линейным оператором тогда и только тогда, когда является непрерывным.
Более того, если является борнологическим, является Хаусдорфом, и является непрерывным линейным отображением, то также Если вдобавок также ультраборнологический, то непрерывность подразумевает непрерывность где ультраборнологическое пространство, связанное с
Квазиборнологические пространства
[ редактировать ]Квазиборнологические пространства были введены С. Айахеном в 1968 году. [ 6 ]
Топологическое векторное пространство (ТВП) с непрерывным двойным называется квазиборнологическим пространством [ 6 ] если выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Каждый ограниченный линейный оператор из в другой TVS является непрерывным . [ 6 ]
- Каждый ограниченный линейный оператор из в полную метризуемую TVS непрерывна. [ 6 ] [ 7 ]
- Каждый узел в рожденоядной струне является окрестностью начала координат. [ 6 ]
Всякая псевдометризуемая TVS квазиборнологична. [ 6 ] ТВС в котором каждое рожденоядное множество является окрестностью начала координат, является квазиборнологическим пространством. [ 8 ] Если является квазиборнологической TVS, то это тончайшая локально выпуклая топология на это грубее, чем делает в локально-выпуклое борнологическое пространство.
Борнологическое пространство
[ редактировать ]В функциональном анализе локально выпуклое топологическое векторное пространство является борнологическим пространством, если его топология может быть восстановлена из его борнологии естественным путем.
Всякое локально-выпуклое квазиборнологическое пространство является борнологическим, но существуют борнологические пространства, не являющиеся квазиборнологическими. [ 6 ]
Топологическое векторное пространство (ТВП) с непрерывным двойным называется борнологическим пространством , если оно локально выпукло и выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Всякое выпуклое, сбалансированное и рожденоядное множество в является окрестностью нуля. [ 4 ]
- Каждый ограниченный линейный оператор из в локально выпуклую TVS непрерывна . [ 4 ]
- Напомним, что линейное отображение ограничено тогда и только тогда, когда оно отображает любую последовательность, сходящую к в области к ограниченному подмножеству кодомена. [ 4 ] В частности, любое линейное отображение, секвенциально непрерывное в начале координат, ограничено.
- Каждый ограниченный линейный оператор из в полунормированное пространство является непрерывным. [ 4 ]
- Каждый ограниченный линейный оператор из в банахово пространство является непрерывным. [ 4 ]
Если является хаусдорфовым локально выпуклым пространством , то к этому списку можно добавить: [ 7 ]
- Локально выпуклая топология, индуцированная борнологией фон Неймана на то же самое, что задана топология.
- Каждая ограниченная полунорма на является непрерывным. [ 4 ]
- Любая другая топология хаусдорфова локально выпуклого топологического векторного пространства на который имеет ту же (фон Неймановскую) борнологию, что и обязательно грубее, чем
- — индуктивный предел нормированных пространств. [ 4 ]
- — индуктивный предел нормированных пространств как варьируется по замкнутым и ограниченным дискам (или как варьируется по ограниченным дискам ). [ 4 ]
- несет топологию Макки и все ограниченные линейные функционалы на являются непрерывными. [ 4 ]
-
имеет оба следующих свойства:
- является выпукло-секвенциальным или C-секвенциальным , что означает, что каждое выпуклое секвенциально открытое подмножество открыт,
- является последовательно борнологическим или S-борнологическим , что означает, что каждое выпуклое и рожденоядное подмножество последовательно открыт.
Всякий секвенциально-непрерывный линейный оператор из локально-выпуклого борнологического пространства в локально-выпуклую TVS непрерывен, [ 4 ] где напомним, что линейный оператор секвенциально непрерывен тогда и только тогда, когда он секвенциально непрерывен в начале координат. Таким образом, для линейных отображений борнологического пространства в локально выпуклое пространство непрерывность эквивалентна секвенциальной непрерывности в начале координат. В более общем плане у нас даже есть следующее:
- Любая линейная карта из локально-выпуклого борнологического пространства в локально-выпуклое пространство который отображает нулевые последовательности в ограниченным подмножествам обязательно является непрерывным.
Достаточные условия
[ редактировать ]Теорема Макки – Улама [ 9 ] — Продукт коллекции локально-выпуклое борнологическое пространство борнологично тогда и только тогда, когда не допускает меры Улама .
Как следствие теоремы Макки-Улама, «для всех практических целей произведение борнологических пространств является борнологическим». [ 9 ]
Все следующие топологические векторные пространства являются борнологическими:
- Любая локально выпуклая псевдометризуемая TVS борнологична. [ 4 ] [ 10 ]
- Таким образом, каждое нормированное пространство и пространство Фреше борнологичны.
- Любой строгий индуктивный предел борнологических пространств, в частности любое строгое LF -пространство , является борнологическим.
- Это показывает, что существуют борнологические пространства, которые не метризуемы.
- Счетное произведение локально выпуклых борнологических пространств является борнологическим. [ 11 ] [ 10 ]
- Факторы хаусдорфовых локально-выпуклых борнологических пространств являются борнологическими. [ 10 ]
- Прямая сумма и индуктивный предел хаусдорфовых локально выпуклых борнологических пространств являются борнологическими. [ 10 ]
- Пространства Фреше- Монтеля имеют борнологические сильные двойственные пространства .
- Сильный двойник любого рефлексивного пространства Фреше является борнологическим. [ 12 ]
- Если сильное двойственное метризуемому локально выпуклому пространству сепарабельно , то оно борнологическое. [ 12 ]
- Векторное подпространство хаусдорфова локально выпуклого борнологического пространства. который имеет конечную коразмерность в является борнологическим. [ 4 ] [ 10 ]
- Наилучшая локально выпуклая топология векторного пространства является борнологической. [ 4 ]
- Контрпримеры
Существует борнологическое LB-пространство , сильный бидуал которого не является борнологическим. [ 13 ]
Замкнутое векторное подпространство локально выпуклого борнологического пространства не обязательно является борнологическим. [ 4 ] [ 14 ] Существует замкнутое векторное подпространство локально выпуклого борнологического пространства, которое является полным (и, следовательно, секвенциально полным), но не является ни бочоночным, ни борнологическим. [ 4 ]
Борнологические пространства не обязательно должны быть бочоночными , а бочоночные пространства не обязательно должны быть борнологическими. [ 4 ] Поскольку каждое локально выпуклое ультраборнологическое пространство является бочкообразным, [ 4 ] отсюда следует, что борнологическое пространство не обязательно является ультраборнологическим.
Характеристики
[ редактировать ]- Сильное двойственное пространство локально выпуклому борнологическому пространству полно . [ 4 ]
- Всякое локально-выпуклое борнологическое пространство является инфрабаррельным . [ 4 ]
- Всякая хаусдорфова последовательно полная борнологическая ТВС является ультраборнологической . [ 4 ]
- Таким образом, любое полное хаусдорфово борнологическое пространство является ультраборнологическим.
- В частности, каждое пространство Фреше является ультраборнологическим. [ 4 ]
- Конечное произведение локально выпуклых ультраборнологических пространств является ультраборнологическим. [ 4 ]
- Каждое хаусдорфово борнологическое пространство является квазибочоночным . [ 15 ]
- Учитывая борнологическое пространство с непрерывным двойным топология совпадает с топологией Макки
- В частности, борнологические пространства — это пространства Макки .
- Каждое квазиполное (т.е. все замкнутые и ограниченные подмножества полны) борнологическое пространство является бочоночным . Однако существуют борнологические пространства, которые не имеют цилиндрической формы.
- Каждое борнологическое пространство является индуктивным пределом нормированных пространств (и банаховых пространств, если пространство также квазиполно).
-
Позволять — метризуемое локально выпуклое пространство с непрерывным двойственным Тогда следующие условия эквивалентны:
- является борнологическим.
- является квазиствольным .
- является бочковым .
- это выдающееся пространство .
- Если является линейным отображением локально выпуклых пространств, и если является борнологическим, то следующие условия эквивалентны:
- является непрерывным.
- является последовательно непрерывным. [ 4 ]
- Для каждого набора это ограничено ограничен.
- Если является нулевой последовательностью в затем является нулевой последовательностью в
- Если является сходящейся нулевой последовательностью Макки в затем является ограниченным подмножеством
- Предположим, что и являются локально выпуклыми TVS и что пространство непрерывных линейных отображений наделена топологией равномерной сходимости на ограниченных подмножествах Если является борнологическим пространством, и если завершено тогда это полноценный ТВС. [ 4 ]
- В частности, сильный двойник локально выпуклого борнологического пространства является полным. [ 4 ] Однако оно не обязательно должно быть роднологическим.
- Подмножества
- В локально-выпуклом борнологическом пространстве каждое выпуклое множество рожденных это район ( не обязательно должен быть диском). [ 4 ]
- Каждое рождённое подмножество локально выпуклого метризуемого топологического векторного пространства является окрестностью начала координат. [ 4 ]
- Замкнутые векторные подпространства борнологического пространства не обязательно должны быть борнологическими. [ 4 ]
Ультраборнологические пространства
[ редактировать ]Диск в топологическом векторном пространстве. называется инфрарождённым, если он поглощает все банаховы диски .
Если локально выпукла и хаусдорфова, то диск инфрарожденен тогда и только тогда, когда он поглощает все компакт-диски.
Локально выпуклое пространство называется ультраборнологическим, если выполняется любое из следующих эквивалентных условий:
- Каждый диск инфрарожденных является окрестностью начала координат.
- — индуктивный предел пространств как варьируется на всех компакт-дисках в
- Полунорма по ограниченное на каждом банаховом диске, обязательно непрерывно.
- Для всякого локально выпуклого пространства и каждая линейная карта если ограничено на каждом банаховом диске, тогда является непрерывным.
- Для каждого банахова пространства и каждая линейная карта если ограничено на каждом банаховом диске, тогда является непрерывным.
Характеристики
[ редактировать ]Конечное произведение ультраборнологических пространств является ультраборнологическим. Индуктивные пределы ультраборнологических пространств являются ультраборнологическими.
См. также
[ редактировать ]- Борнология - математическое обобщение ограниченности.
- Набор Bornivorous - набор, который может поглотить любое ограниченное подмножество.
- Ограниченное множество (топологическое векторное пространство) - Обобщение ограниченности
- Локально выпуклое топологическое векторное пространство - векторное пространство с топологией, определяемой выпуклыми открытыми множествами.
- Пространство линейных карт
- Топологическое векторное пространство - векторное пространство с понятием близости.
- Векторная борнология
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Наричи и Бекенштейн 2011 , с. 168.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 156–175.
- ^ Вилански 2013 , с. 50.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 441–457.
- ^ Шварц 1992 , стр. 15–16.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Наричи и Бекенштейн, 2011 , стр. 453–454.
- ^ Перейти обратно: а б Адаш, Эрнст и Кейм 1978 , стр. 60–61.
- ^ Вилански 2013 , с. 48.
- ^ Перейти обратно: а б Наричи и Бекенштейн 2011 , с. 450.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Адаш, Эрнст и Кейм 1978 , стр. 60–65.
- ^ Наричи и Бекенштейн 2011 , с. 453.
- ^ Перейти обратно: а б Шефер и Вольф 1999 , с. 144.
- ^ Халилулла 1982 , стр. 28–63.
- ^ Шефер и Вольф 1999 , стр. 103–110.
- ^ Адаш, Эрнст и Кейм 1978 , стр. 70–73.
Библиография
[ редактировать ]- Адаш, Норберт; Эрнст, Бруно; Кейм, Дитер (1978). Топологические векторные пространства: теория без условий выпуклости . Конспект лекций по математике. Том. 639. Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-08662-8 . OCLC 297140003 .
- Бербериан, Стерлинг К. (1974). Лекции по функциональному анализу и теории операторов . Тексты для аспирантов по математике. Том. 15. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-0-387-90081-0 . ОСЛК 878109401 .
- Бурбаки, Николя (1987) [1981]. Топологические векторные пространства: главы 1–5 . Элементы математики . Перевод Эгглстона, Х.Г.; Мадан, Южный Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-13627-4 . OCLC 17499190 .
- Конвей, Джон Б. (1990). Курс функционального анализа . Тексты для аспирантов по математике . Том. 96 (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-0-387-97245-9 . OCLC 21195908 .
- Эдвардс, Роберт Э. (1995). Функциональный анализ: теория и приложения . Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-68143-6 . ОСЛК 30593138 .
- Гротендик, Александр (1973). Топологические векторные пространства . Перевод Чалджуба, Орландо. Нью-Йорк: Издательство Gordon and Breach Science. ISBN 978-0-677-30020-7 . OCLC 886098 .
- Хогбе-Нленд, Анри (1977). Борнологии и функциональный анализ . Амстердам: North-Holland Publishing Co., стр. xii+144. ISBN 0-7204-0712-5 . МР 0500064 .
- Хогбе-Нленд, Анри (1977). Борнологии и функциональный анализ: вводный курс теории двойственности. Топология-борнология и ее использование в функциональном анализе . Математические исследования Северной Голландии. Том. 26. Амстердам Нью-Йорк Нью-Йорк: Северная Голландия. ISBN 978-0-08-087137-0 . МР 0500064 . OCLC 316549583 .
- Ярхов, Ганс (1981). Локально выпуклые пространства . Штутгарт: Б. Г. Тойбнер. ISBN 978-3-519-02224-4 . OCLC 8210342 .
- Халилулла, С.М. (1982). Контрпримеры в топологических векторных пространствах . Конспект лекций по математике . Том. 936. Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-11565-6 . OCLC 8588370 .
- Кете, Готфрид (1983) [1969]. Топологические векторные пространства I. Основные принципы математических наук. Том 159. Перевод Гарлинга, DJH Нью-Йорк: Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-64988-2 . МР 0248498 . OCLC 840293704 .
- Кригль, Андреас; Михор, Питер В. (1997). Удобная настройка глобального анализа . Математические обзоры и монографии. Американское математическое общество . ISBN 9780821807804 .
- Наричи, Лоуренс; Бекенштейн, Эдвард (2011). Топологические векторные пространства . Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1584888666 . OCLC 144216834 .
- Шефер, Хельмут Х .; Вольф, Манфред П. (1999). Топологические векторные пространства . ГТМ . Том. 8 (Второе изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York Выходные данные Springer. ISBN 978-1-4612-7155-0 . OCLC 840278135 .
- Шехтер, Эрик (1996). Справочник по анализу и его основам . Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-622760-4 . OCLC 175294365 .
- Шварц, Чарльз (1992). Введение в функциональный анализ . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 978-0-8247-8643-4 . ОСЛК 24909067 .
- Вилански, Альберт (2013). Современные методы в топологических векторных пространствах . Минеола, Нью-Йорк: ISBN Dover Publications, Inc. 978-0-486-49353-4 . OCLC 849801114 .