균일경계원리

Uniform boundedness principle

수학에서, 균일한 경계성 원리 또는 바나흐-슈타인하우스 정리기능 분석의 근본적인 결과 중 하나이다.한-바나흐 정리, 오픈 맵핑 정리 등과 함께 필드의 초석 중 하나로 꼽힌다.그것의 기본 형태에서, 바나흐 공간연속 선형 연산자(따라서 경계 연산자)의 패밀리의 경우, 점 경계도는 연산자 표준에서 균일한 경계도와 동등하다고 주장한다.

이 정리는 1927년 스테판 바나흐휴고 스타인하우스에 의해 처음 출판되었으나, 한스 한에 의해서도 독자적으로 증명되었다.

정리

균일한 경계성 원리 X을(를) 바나흐 공간, (를) 표준 벡터 공간으로 한다. (가) X에서 . 까지 연속 선형 연산자의 집합이라고 가정하십시오.

그때

의 완전성은 Baire 범주 정리를 사용하여 다음과 같은 짧은 증거를 가능하게 한다.

증명

X를 바나흐의 공간이 되게 하라.모든 , X에 대해,

모든 정수 , 대해 다음 작업을 수행하십시오.

각 집합 은(는) 닫힌 집합이며, 가정으로,

는 사각형 완전한 계량 공간 X는 베르의 범주 정리까지{X\displaystyle,}에는 몇가지 m이 존재하 ∈ N{\displaystylem\in \mathbb{N}}가 Xm{\displaystyle X_{m}}이 사각형 내부, 즉이 존재하는 x0∈ Xm(X_{m}}과ε>0{\displayst.yle 그런

X X(와{\\ 1}과 T u . 을(를) 연결한 후 다음을 수행하십시오.

의 단위 볼에서 (를) 압도하고 을(를) 압도하면 다음과 같다.

바이어 정리(Sokal 2011)를 사용하지 않는 간단한 증명도 있다.

코롤러리

CorollaryIf a sequence of bounded operators converges pointwise, that is, the limit of exists for all then these pointwise limits define a bounded linear operator

위의 코롤러리는 T 이(가) 연산자 규범에서 즉, 경계 집합에서 균일하게)로 수렴된다고 주장하지 않는다.그러나{ 은(는) 연산자 규범에 경계를 두고 있으며, 한계 T 은(는) 연속적인 것으로, " - {\ 3- [clarification needed] 추정치 n에 균일하게 수렴한다는 것을 보여준다.

Corollary — 표준 Y Y에 있는 모든 약하게 경계된 부분 집합 이(가) 경계됨.

실제로, 의 요소는 Banach 공간 , 에 대해 점 경계된 연속 선형 형태의 패밀리를 정의한다. which is the continuous dual space of By the uniform boundedness principle, the norms of elements of as functionals on that is, norms in the second dual are bounded.그러나 모든 , S에 대해 두 번째 이중의 표준은 Han-Banach 정리 Y, 의 표준과 일치한다.

( , Y) 은(는) 연산자 표준이 부여된 에서 Y, Y까지의 연속 연산자를 나타낸다.집합 {\이() , Y), 에서 바인딩되지 않은 경우, 균일한 경계 원칙은 다음을 암시한다.

실제로 (는) . X에 조밀도가 있다. X{\ R{\R}의 보수는 닫힌 집합의 계수 가능한 조합이다. . 정리를 증명하는 데 사용되는 논거에 의해 은(는) 어디에도 밀도 없다. 즉, 부분집합 n 는 첫 번째 범주의 것이다.따라서 은(는) Baire 공간에서 첫 번째 범주의 하위 집합의 보완물이다.Baire 공간의 정의에 의해 그러한 집합(comeagre 또는 잔차 집합이라고 함)은 밀도가 높다.그러한 추론은 특이점의 응축 원리로 이어져 다음과 같이 공식화할 수 있다.

TheoremLet be a Banach space, a sequence of normed vector spaces, and for every let an unbounded family in 그러면 세트

잔차 집합이므로 . X에서 밀도가 높음

증명

의 보완은 계산 가능한 조합이다.

첫 번째 범주의 집합.따라서 잔존 세트 은 밀도가 높다.

예제: Fourier 시리즈의 점적합성

를) 으로 하고, C() {를 동일한 규범과 함께 , 대한 연속 함수의 Banach 공간이 되게 한다.균일한 경계 원리를 사용하면 푸리에 시리즈가 점으로 수렴되지 않는 ) )에 요소가 있음을 보여줄 수 있다.

( T), 의 경우 해당 Fourier 시리즈는 다음과 같이 정의된다.

N-th 대칭 부분 합은
여기서 N Dirichlet 커널이다. 를) 수정하고{ N( f)( ) . 의 수렴을 고려하십시오. 함수 , : ( ) 정의됨
경계가 있다The norm of in the dual of is the norm of the signed measure namely

는 것을 확인할 수 있다.

So the collection is unbounded in the dual of Therefore, by the uniform boundedness principle, for any the푸리에 시리즈가 에서 분산되는 연속 함수 집합은 ). C )로 조밀하다

특이점의 응축 원리를 적용하면 더 많은 것이 결론날 수 있다.(x ){\{m}.} } N x 를 위와 유사한 방식으로 정의하십시오.그러면 특이점의 응축 원리는 푸리에 시리즈가 각 m 에서 분산되는 연속함수의 집합이 ( C, f 의 푸리에 시리즈가 () )로 수렴된다고 한다.Carleson의 정리로는 모든 x , {\in \ f

일반화

위상 벡터 공간(TV) , 에서 "경계 부분 집합"은 특히 폰 노이만 경계 부분 집합의 개념을 가리킨다.만약 X{X\displaystyle} 또는 seminormednormed 공간이 발생하고,(4)norm ‖ ⋅ ‖과,{\displaystyle\와 같이 \cdot),} 다음 하위 집합 B{B\displaystyle}(폰 노이만)을 다스릴 수 있는 말하는 정의 방법으로 b∈ B‖ b‖<>∞.{\displaystyle \sup_{b\in B}\ b\<>\inft 저녁밥을 먹다만, 만약 그것이 표준 bounded, 만약.y.}

막대형 공간

균일한 경계 원리가 가지고 있는 국소적으로 볼록한 위상 벡터 공간의 클래스를 찾으려는 시도는 결국 바레인으로 연결된 공간으로 이어졌다.즉, 균일한 경계성 원리에 대한 최소 제한적 설정은 바레인으로 된 공간이며, 여기서 다음과 같은 일반화된 버전의 정리가 유지된다(Bourbaki 1987, Organis III.2.1). (

정리 — 바레인이 있는 X{\ X로컬 볼록 Y,{\을(를) 고려할{\X}에서 Y 까지의 점 경계 연속 선형 매핑의 모든 계열은 등가(그리고 균일하게 등가)이다.

X (가) Baire 이고 Y{\}이(가) 로컬 볼록 공간일 때마다 이 문장이 유지된다.[1]

위상 벡터 공간의 균일한 경계성

위상학적 벡터 공간 의 하위 집합 패밀리 B 이(가) 있는 , 균일하게 되어 있다고 한다

만약의 경우에 그리고 단지 만약의 경우에 일어난다.
is a bounded subset of ; if is a normed space then this happens if and only if there exists some real such that

(가) X X과(와) 같다는 아래 명제의 결론은 H 등가성 X의 모든 싱글톤 부분집합 bount라는 사실로부터 다음 정리의 첫 번째 부분의 도움을 받아 추론할 수 있다.부분 집합 취급을 하다

Proposition[2]— 레트 H⊆ L(X, Y){H\subseteq L(X,Y)\displaystyle}지속적인 선형 사업자의 두 위상 벡터 공간 X{X\displaystyle}, Y{Y\displaystyle}및 X의 C⊆ X{\displaystyle C\subseteq X}는 어떠한 한정적 부분 집합자 사이의 집합.{X\displaystyle} 그렇다면 가족 세트. (): 은(는) 다음 조건 중 하나가 충족되는 Y 로 균일하게 경계한다.

  1. 은(는) 및 모든 C 볼록 콤팩트 하우스도르프 하위 공간이며 H ) {c): : H은(는) Y. Y의 경계 부분 집합이다.
  2. (는) 등각적이다.[proof 1]

The family is uniformly bounded in if and only if there exists some bounded subset of such that which happens H ( ) 이(가) . Y의 경계 부분 집합인 경우

비메거기 하위 집합과 관련된 일반화

비평균 집합의 개념은 다음 버전의 균일한 경계 원리에 사용되지만 X 은(는) 배어 공간으로 가정되지 않는다.

정리[2] ( , ) 을(를) 두 위상 공간 X {\ Y 사이의 연속 선형 연산자 집합(필수적으로 Hausdorff 또는 국소 볼록스는 아님)으로 한다.모든 , 대해 기준의 x x궤도를 나타낸다.

and let denote the set of all whose orbit is a bounded subset of If is of the second category (that is, nonmeager) in then a H (는) 동일하다.

증명[2]

(가) 동일하다는 증거:

Let be balanced neighborhoods of the origin in satisfying It must be shown that there exists a neighborhood of the origin in ( ) 같은 재생 X{\ H Let.

는 X X 닫힌 부분 집합으로서(닫힌 부분 집합의 교차점이기 때문에) 모든 , 에 대해 h() V
(표시되는 대로, C 의 위상학적 내부가 비어 있지 않기 때문에, 세트 - displaystyle 은 사실 X의 원점 부근이다.)If then being bounded in implies that there exists some integer such that so if then H이(가) 임의였으므로,
라는 것을 증명하는 것이다.
Because is of the second category in the same must be true of at least one of the sets for some The map defined by 는 (굴절) 동형이기 때문에 세트 )= 은(는) X .{\ X의 두 번째 범주에 속하며, (는) 닫히고 , 의 두 번째 범주에 속하므로 위상학적 내부는 비어 있지 않다. . x - - x\에 의해 정의된 맵 X → X가) 동형이기 때문에 집합이 된다.
= , X의 근린이며, 이는 수퍼셋 - C 모든 H에 대해 동일하다는 것을 의미한다.
이것은 (가) 동등하다는 것을 증명한다.


= X

Because is equicontinuous, if is bounded in then is uniformly bounded in In particular, for any because 는) 의 경계 부분집합 )= ) Y 경계 부분집합이다. 따라서 B=

전체 측정 가능한 도메인

디우도네(1970년)는 일반적인 바나흐 공간보다는 프레셰트 공간과 함께 이 정리의 약한 형태를 증명한다.

Theorem[2]— 레트 H모든 x에 ⊆ L(X, Y){H\subseteq L(X,Y)\displaystyle}지속적인 선형 사업자들의 완전한 계량화 가능 위상 벡터 공간 X{X\displaystyle}( 프레셰 공간 또는 F-space 같은)에서Hausdorff 위상 벡터 공간 Y에 집합.{Y\displaystyle}만약 ∈ X,{\displaystyle.x\X 궤도로

경계 부분 집합인 경우 (는) 등각형이다.

그래서 특히 표준화된 공간이라면, 그리고 만약

(는) 등각적이다.

참고 항목

메모들

  1. ^ Let be a neighborhood of the origin in Since is equicontinuous, there exists a neighborhood of the origin in such that for every 르(H.}{X\displaystyle,}이 몇가지 실질적인 r을 존재하기 때문에 C{C\displaystyle}X에서, 제한됩니다;0{\displaystyle r>0}모든 h에 대한 만약 t≥ r{\displaystyle t\geq r}C⊆ tU.{\displaystyle C\subseteq tU.}그래서 ∈ H{\displaystyleh\in H}과 모든 t≥ r,{\displaystyl.et\ge which implies that Thus is bounded in

인용구

  1. ^ 2001년 8월 1일.
  2. ^ a b c d 루딘 1991, 42-47페이지

참고 문헌 목록