Операторы проектирования (стр. 2 из 4)

Определение. М – замкнутое подпространство топологического векторного пространства X. Если в X существует такое замкнутое подпространство N, что X=M+N и MÇN={0}, то говорят, что М дополняемо в X и что X является прямой суммой подпространств X=MÅN.

Определение. Топологическое векторное пространство X называется F-пространством, если топология порождается некоторой полной инвариантной метрикой.

Теорема o замкнутом графике.

Предположим, что X и Y являются F-пространствами, отображение Т:X→Y линейно и множество G={(x, Tx): xÎX} (его график) замкнуто в X´Y. Тогда Т – непрерывно.

Предложение 2. Пусть Ù - линейный функционал на топологическом векторном пространстве X. Допустим, что Ùx ¹0 для некоторого x из X.

Тогда если Ù непрерывен, то ядро N(Ù) замкнуто в X.

Доказательство.

Так как N(Ù) = Ù

({0}), а {0} – замкнутое множество поля скаляров (как любое одноточечное подмножество), то тогда непрерывность Ù влечет замкнутость ядра (как прообраз замкнутого множества при непрерывном отображении).

Теорема 1.

а) Если Р – непрерывный проектор в топологическом векторном пространстве X, то X представляется в виде прямой суммы подпространств X=R(P)ÅN(P);

б) Обратно: если Х является F-пространством и X представляется в виде прямой суммы подпространств Х=АÅВ, то проектор Р с образом А и ядром В непрерывен.

Доказательство:

а) Так как Р и I-P непрерывны, то подпространства N(P) и R(P)=N(I-P) замкнуты (см. предложение 2), значит по второму свойству проекторов X=R(P)ÅN(P);

Чтобы доказать б) достаточно проверить, что проектор Р удовлетворяет условиям теоремы о замкнутом графике .

Пусть последовательности x

→x и Px →y.

Так как Px

принадлежит А, А – замкнуто, следовательно y принадлежит A, а значит y = Py.

Аналогично x

- Px принадлежит В, В – замкнуто, следовательно x-y принадлежит B, значит Py = Px поэтому y = Px. Получили, что точка (x, y) принадлежит G (см. теорему о замкнутом графике). Отсюда вытекает, что проектор Р непрерывен.

Определение. Топологической группой называется группа G, снабженная такой топологией, относительно которой групповые операции в G непрерывны.

Расшифровка этого определения состоит в том, что постулируется непрерывное отображение j:G´G®G, определенного равенством: j(x,y)=xy

.

Определение. Топологическая группа G, топология которой компактна, называется компактной группой.

Определение. Топологическое векторное пространство X называется локально выпуклым, если в нем всякое непустое открытое множество содержит непустое выпуклое открытое подмножество.

Определение. Пространство X называется пространством Фреше , если оно является локально выпуклым F-пространством.

Определение. Предположим, что топологическое векторное пространство X и топологическая группа G связаны следующим образом: кждому элементу s из G сопоставлен непрерывный линейный оператор T

:X®X, причем

T

= T T , где s, t принадлежат G

и отображение (s, x) ® T

x прямого произведения G´X в пространстве X непрерывно. В этом случае говорят, что группа G непрерывно и линейно действует в пространстве X.

Теорема 2.

Пусть Y – дополняемое подпространство Фреше Х, и пусть компактная группа G непрерывна и линейно действует на Х, причем Т

(Y)ÌY для любого sÎG. Тогда существует непрерывный проектор Q пространства Х на подпространство Y, коммутирующий со всеми операторами Т .

Лемма Фату. Пусть на множестве E задана последовательность измеримых, почти всюду конечных функций f

(x), которая сходится по мере к некоторой почти всюду конечной функции f . Тогда

dm £ dm

Пример недополняемого подпространства.

Рассмотрим подпространство Y=H

пространства Х=L , где L - пространство всех суммируемых функций на комплексной плоскости, а H состоит из всех функций L , для которых (n)=0, при всех n<0. (n) обозначает n-ый коэффициент Фурье функции f и вычисляется:

(n)= e dx, (n=0, 1, 2, …). (1)

(для простоты обозначается: f(x)=f(e

)).

В качестве группы G возьмем мультипликативную группу всех комплексных чисел, по модулю равных 1, и сопоставим каждому элементу

e

ÎG оператор сдвига t , полагая, что

(t

f)(x) = f(x+s), где s – некоторое вещественное число. (2)

Теперь посмотрим, как изменяются коэффициенты Фурье при таком сдвиге: (

)(n) = e dx.

Произведем замену: x+s = t Þ x = t-s. Тогда

(

)(n)= e d(t-s) =

=

e e dt=e e dt=e (n),

то есть (t

f) (n)= e (n). (3).

Так как e

ÎG, то t (H ) = H для любого вещественного s.

Если бы подпространство H

было дополняемо в L , то из Т2. следовало бы существование такого непрерывного проектора Q пространства L на H , что t Q = Qt для любого вещественного s. (4).

Найдем вид проектора. Положим e

(x)=e . Тогда t e =e e , а так как оператор Q линеен, то