次自反空間

一個賦范線性空間X稱為次自反(Sub- reflexive),是指在其單位球面上達到範數的有界線性泛函f∈ X*全體在X*中關於範數拓撲稠。 根據Bishop- Phelps定理容易看到,所有Banach空間都次自反,而對於不完備的賦范線性空間則可能次自反,也可能非次自反 。

定義

次自反空間 (sub-reflexive space)是自反空間概念的推廣。設X是賦范線性空間,若X’中在X的閉單位球上達到範數的元素f的全體在X*中稠密(按範數拓撲),則稱X是次自反的。每個巴拿赫空間都是次自反的。

線性賦范空間

設X為非空集合,K為實數域(或複數域),如果在X的元素之間定義了加法運算“+”,K中的元素和X的元素之間定義了數乘運算“·”,並且這兩個運算之間滿足以下條件:

X關於加法構成加法交換群,即:

(1)對於一切x、y∈X,x+y∈X。

(2)結合律。對於一切x,y,z∈X,成立:

(x+y)+z=x+(y+z)

(3)在X中存在唯一的元素θ(稱為零元素),使得對一切x∈X,成立x+θ=x。

(4)對於一切x∈X,存在唯一的x′,使得x+x′=θ(x′稱為x的負元素記為-x)。

(5)交換律。對於一切x,y∈X,x+y=y+x。

數乘運算滿足:

(1)對於一切α∈K,一切x∈X,α·x∈X。

(2)(α+β)·x=α·x+β·x,(α,β∈K,x∈X)。α·(x+y)=α·x+α·y,

(3)α·(β·x)=(αβ)·x,

則(X,+,·)稱為數域K上的線性空間(或向量空間)。線性空間中的元稱為點(或向量)。如果K為實數域(或複數域),則(X,+,·)稱為實線性空間(或複線性空間)。

設‖·‖是線性空間X→R的映射,如果滿足以下3個條件:

(1)正定性。一切x∈X,‖x‖≥0並且‖x‖=0若且唯若x=θ。

(2)三角不等式。‖x+y‖≤‖x‖+‖y‖,(∀x,y∈X)。

(3)一次絕對齊性。‖αx‖=|α||x|,(∀α∈K,∀x∈X),則‖·‖稱為線性空間X上的範數。

當賦準範數的線性空間的準範數是範數時,該線性空間稱為線性賦范空間(或稱B空間)。

如果X是線性賦范空間,則X必定是賦準范的線性空間 (F空間)。

自反空間

設X為線性賦范空間,X*為X的共軛空間,將X*的共軛空間(X*)*記為X**,稱X**為X的第二次共軛空間。

對於一切x∈X,令:

次自反空間 次自反空間

則x**是X*上的有界線性泛函,映射:

τ:x→x**

稱為自然映射。

設X為線性賦范空間,則運算元τ:x→x**是X到X**的保范線性運算元,即:(1)(αx+βy)**=αx**+βy**。(2)‖x**‖=‖x‖。

巴拿赫空間X與它的第二次共軛空間X**的一個閉子空間等距同構。

運算元τ:x→x**把X(同構)嵌入X**。為簡單起見,往往不區別x與x**,把X與τ (X)視為同一,從而X⊂X**,並稱τ為(自然)嵌入運算元。

設X為線性賦范空間,如果X=X**,則稱X為自反空間。

Lp[X,∑,μ](1<p<+∞)是自反空間,而L[X,∑,μ]以及L∞[X,∑,μ]不是自反空間,特別Lp[a,b](1<p<+∞;a,b∈R)是自反空間而L[a,b]以及L∞[a,b]不是自反空間。

設X為自反空間,則X*也是自反空間。

彼茨(B.J.Pettis)定理 設X為巴拿赫空間,則X為自反空間若且唯若X的任何閉子空間均為自反空間。

發展

1963年,R.C.James給出了關於自反空間的一個重要特徵,指出一個Banach空間X自反的充要條件是X上全體有界線性泛函在其單位球面S上達到範數。如果一個Banach空間X不自反,則由R.C.James的結果,一定存在X上有界線性泛函f∈ X*在其單位球面S上不能達到範數。那么對於一般Banach空間的有界線性泛函是否還有進一步特徵呢? E.Bishop和R.Phelps證明了Banach空間X在其單位球面上達到範數的有界線性泛函f∈ X*全體在X*中一定稠。這一結論被稱為Bishop- Phelps定理。根據這個定理,賦范線性空間中的次自反概念也就隨之產生。此外,一個一致凸Banach空間X一定自反,但其逆命題不真。這方面的一個結果是:如果自反Banach空間X的單位球面一致Eberlein緊(UEC),那么這個空間有一等價各向一致凸(URED)範數。

巴拿赫空間

巴拿赫空間是按範數導出的距離完備的賦范線性空間。設(X,‖·‖)為賦范線性空間.對x,y∈X,ρ(x,y)=‖x-y‖定義了X上的一個距離,使X成為度量空間。如果X按這個距離是完備的,就稱X為巴拿赫空間。L(Ω)(1≤p≤+∞),C(Ω),c,c等都是巴拿赫空間的例子。

巴拿赫空間(含賦范空間)是1922年巴拿赫(Banach,S.)與維納(Wiener,N.)相互獨立提出的,並且在不到10年的時間內便發展為相當完美而又有多方面套用的理論.1932年,巴拿赫論述這部分理論的《線性運算元理論》一書的問世,是泛函分析作為獨立的數學分支出現的標誌。巴拿赫空間至今仍是泛函分析研究的基本對象之一。

次自反空間的性質

性質1  M是賦范線性空間X的一稠子空間,則M的共軛空間M′等距同構於X的共軛空間X*。

次自反空間 次自反空間
次自反空間 次自反空間

證明 ,用 f'表示f從M到X的保范延拓,設T:f→ f‘,由保范延拓的唯一性,T是一個從M*→X*的連續映射。,設f= g|M是g在M上的限制,記S={x∈ H|‖ x‖ = 1},由M在X中的稠性,可得:

‖ g‖ = supx∈ S{| g(x)|}= supx∈ S∩ M{| g(x)|}= supx∈ S∩ M{| f(x)|}= ‖ f‖M,

次自反空間 次自反空間

故T是一個從M*→X*的等距映射。另一方面,,因為M在X中稠,故存在{xn}∈M,xn→x,由此得:

次自反空間 次自反空間

故T線性,所以T又是從M*→X*的一個同構映射。證畢。

設X是一Banach空間,X*是它的共軛空間,記F(x)={f∈ X*| f(x)= ‖ x‖²= ‖ f‖²},稱F(x)為X上的共軛映象,又記F- 1(f)={x∈ X| f(x)= ‖ x‖²= ‖ f‖²},稱F- 1(f)為F(x)的逆映象。

性質2 F(x)是Banach空間X上的共軛映象,則以下條件等價:

(1) F(x)在X上范-范下半連續;

(2) F(x)在X上單值且連續;

(3) F(x)單值且〈 F(x+ ty),y〉→〈 F(x),y〉對y一致,(t→ 0);

(4)存在一個支撐函式o:X→X*,使得〈 y,o(x+ λy)〉→〈 y,o(x)〉對y一致,(λ→ 0);

(5) X的範數Frechet-可微;

(6) X的共軛空間X*弱一致凸(WUR)。

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