폐쇄 그래프 정리(기능분석)

Closed graph theorem (functional analysis)

수학에서, 특히 기능 분석위상에서, 닫힌 그래프 정리닫힌 그래프를 가진 선형 연산자가 특정 조건에서 연속적이라는 것을 나타내는 근본적인 결과물이다.원래의 결과는 여러 번 일반화되었기 때문에 현재 "폐쇄 그래프 정리"라고 불리는 많은 이론들이 있다.

정의들

그래프 및 닫힌 그래프

f: Y그래프가 설정됨

통상적으로 및 Y () 위상 공간인 경우 Y이(가) 제품 위상과 함께 부여되는 것으로 가정한다.

Y (가) 위상학적 공간인 경우 , X : is a function, then has a closed graph (resp. sequentially closed graph) in if the graph of is a closed (resp. sequentially closed) subset of If = D= 또는 X X(가) 컨텍스트에서 분명한 경우 " X는 쓰기에서 생략될 수 있다.

선형 연산자

부분 지도([1] : X ↣ Y)로 표시된 부분 지도, X , X의 부분 집합에서 돔 f로 표시된 경우. {\ Yf: → Y (가) 기록되면 f : XY는 부분 맵이고 f = D라는 뜻이다.

: X→ Y (가) 닫히거나() 닫힌 그래프(가)가 있음 {\의 그래프가 Y Y 로 닫힌 경우(순차닫힌 그래프 포함)

: X→ Y (는) X (가) 벡터 인 경우 선형 연산자 또는 선형 연산자로, X D\ 의 벡터 하위 공간이며 선형 지도다.

닫힌 선형 연산자

이(가) 위상학적 벡터 공간(TV)이라고 가정해 보십시오.

연산자 : → Y 그래프가 . 에서 닫힌 경우 닫힌 선형 연산자 또는 닫힌 선형 연산자라고 부른다.

닫을 수 있는 지도 및 폐쇄

연산자 : → Y X\ (는) displaystyle D을(를) E X X {\ (resp. 다기능) : E {\ whose graph is equal to the closure of the set in Such an is called a closure of in , is denoted by 그리고 반드시 {\

: → Y is a closable linear operator then a core or an essential domain of is a subset such that the closure in of the graph of the restriction of to is equal to the closure of the graph of in (i.e. the closure of in is equal to the closure of

폐쇄형 지도 대 폐쇄형 선형 연산자

함수 분석에서 문헌을 읽을 때 : 이() 위상학적 벡터 공간(TV) 사이의 선형 지도라면 " (는) 거의 항상 그래프가 닫힌다는 것을 의미할 것이다.그러나 " (는) 닫혔으며, 특히 점 집합 위상에 대한 문헌에서 대신 다음을 의미할 수 있다.

위상학적 공간 사이의 f: 을(를) 의 닫힌 부분 집합 이미지가 . 의 닫힌 부분 집합인 경우 닫힌 맵이라고 한다.

"폐쇄 지도"의 이 두 정의는 동등하지 않다.만약 그것이 불분명하다면, 독자는 그들이 읽고 있는 문헌에 의해 "폐쇄 지도"가 어떻게 정의되는지를 확인하는 것이 좋다.

닫힌 그래프의 특성 지정(일반 토폴로지)

전체적으로 을(를) 위상학적 공간으로 하고 X을(를) 제품 위상과 함께 부여한다.

닫힌 그래프를 사용한 함수

: → Y 이(가) 함수일 경우, 다음 조건 중 하나를 만족하면 닫힌 그래프가 있다고 한다.

  1. (정의): 그래프 f (는) Y. Y의 닫힌 부분 집합이다.
  2. For every and net in such that in if is such that the net )=( ( i) left Y= y y=f[2]
    • Compare this to the definition of continuity in terms of nets, which recall is the following: for every and net in such that in , ( )( in Y
    • Thus to show that the function has a closed graph, it may be assumed that converges in to some (and then show that ) while to show that is continuous, it may not be assumed that converges in to some and instead, it must be proven that this is true (and moreover, it must more specifically be proven that f은(는) f () )로 수렴한다.

(가) Hausdorff 컴팩트 공간이라면 이 목록에 추가하십시오.

  1. 은(는) 연속적이다.[3]

이(가) 모두 먼저 카운트할 수 있는 공간인 경우 다음 목록에 추가하십시오.

  1. 에는 . Y의 순차 닫힌 그래프가 있음
순차적으로 닫힌 그래프로 함수

: → Y 이(가) 함수인 경우, 다음과 같다.

  1. 에는 . Y의 순차 닫힌 그래프가 있음
  2. 정의: 의 그래프는 . Y.}의 순차적으로 닫힌 부분 집합이다
  3. For every and sequence in such that in if is such that ( x ) ( f( )= )\right)}^{\ 다음 y= ). y[2]

닫힌 그래프가 있는 맵의 기본 속성

: ( ) (가) Banach 공간 사이의 선형 연산자라고 가정합시다.

  • 을(를) 닫으면 A- s D 이(가) 닫히고 여기서 s (는 스칼라, 함수는 {이다.
  • (가) 닫힌 경우 커널(또는 nullspace)은 . 의 닫힌 벡터 하위 공간이 된다.
  • (를) 닫고 주입하면 - 1 도 닫힌다.
  • A linear operator admits a closure if and only if for every and every pair of sequences and in both converging to in such that both and converge in one has

예제 및 counterexample

연속형 맵이지만 닫히지 않음

  • Let denote the real numbers with the usual Euclidean topology and let denote with the indiscrete topology (where is not Hausdorff and that every function valued in (는) 연속이다.Let be defined by and for all Then is continuous but its graph is not closed in [2]
  • If is any space then the identity map is continuous but its graph, which is the diagonal is closed in if 이(가) 하우스도르프일 경우에만.[4]특히 (가) Hausdorff가 아닐 경우 : → X X은(는) 연속적이지만 닫히지 않는다.
  • : Y이(가) 그래프가 닫히지 않은 연속형 맵이라면 {\(는) 하우스도르프 공간이 아니다.

닫혔지만 연속되지 않은 지도

  • If is a Hausdorff TVS and is a vector topology on that is strictly finer than then the identity map a closed discontin우성 선형 [5]연산자
  • == ([ , ) 을(를 은(는) 간격에 있는 모든 연속함수의 Banach 공간이다 [ ]. 도메인 을(를) 1 , , 한다면 f f}은(는 연산자로, 경계가 지정되지 않는다.[6]한편, D(f) = ([ , ) . C일 경우. 그러면 은(는) 더 이상 닫히지 않지만 닫힘이 될 것이며 닫힘은 C ([a , )에 정의된 확장자가 될 것이다
  • (가) 모두 일반적인 유클리드 위상에서의 실제 숫자 {를) 나타내도록 하십시오.Let be defined by and for all Then has a closed graph (and a sequentially closed graph) in Y 그러나 연속은 아니다(= 에 불연속성이 있기 때문에).[2]
  • Let denote the real numbers with the usual Euclidean topology, let denote with the discrete topology, and let be the identity map (i.e.모든 X에 대한그러면 : → Y Y는 그래프가 Y X\로 닫힌 선형 지도지만 분명히 연속적이지 않다(싱글톤 세트는 Y 에서 열렸지만 X에서는 열리지 않음).[2]

닫힌 그래프 정리

바나흐 공간 사이

Banach 공간에 대한 닫힌 그래프 정리 — : T Banach 공간 사이의 모든 곳에 정의된 선형 연산자라면, 다음은 동등하다.

  1. (는) 연속형입니다.
  2. (가) 닫힘(, X Y)의 제품 토폴로지에서 T 그래프가 X Y]
  3. If in then _{1}^{\infit T)}(
  4. If in then in
  5. If in and if converges in to some then
  6. If in and if converges in to some then

연산자는 어디서나 정의되어야 한다. 즉, 도메인 X 이 조건은 무한(연속적이지 않음)인 폐쇄형 선형 연산자가 존재하므로, 에서 파생 연산자에 의해 프로토타입적인 예가 제공된다.[ ), C C . C])의 엄격한 부분 집합인 {\displaystystyle C([0,1

닫힌 그래프 정리의 통상적인 증명은 개방형 매핑 정리를 채택한다.사실 폐쇄 그래프 정리, 오픈 맵핑 정리, 경계 역정리는 모두 동등하다.이러한 동등성은 Banach로서 X Y 중요성을 입증하는 역할을 한다. 예를 들어, 콤팩트한 지원을 가진 연속 함수를 사용하거나 위트를 따라 0이 아닌 많은 항을 가진 시퀀스를 사용하여 이 설정에서 무한의 invers를 갖는 선형 지도를 구성할 수 있다.최고의 규범이다.

완전한 메트리징 코도메인

닫힌 그래프 정리는 바나흐 공간부터 보다 추상적인 위상학적 벡터 공간까지 다음과 같은 방법으로 일반화할 수 있다.

정리 - 바레인으로 표시된 공간 X에서 프레셰트 공간 까지의 선형 연산자는 그래프가 닫힌 경우에만 연속적이다.

F-스페이스 사이

을(를) 로컬 볼록하게 하지 않아도 되는 버전이 있다.

정리 — 두 F-스페이스 사이의 선형 지도는 그래프가 닫힌 경우 및 닫힌 경우에만 연속적이다.[7][8]

이 정리는 다시 작성되며 그래프가 닫혔는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 조건으로 확장된다.

정리: → Y (가) 두 F-spaces 사이의 선형 지도라면, 다음과 같다.

  1. (는) 연속형입니다.
  2. 에는 닫힌 그래프가 있다.
  3. If in and if 왼쪽Y 에서 일부 Y y 그 다음 = 로 수렴한다.[9]
  4. If in and if converges in to some then

완전 유사측정 가능 코도메인

모든 측정 가능한 위상학적 공간유사하게 측정 가능하다.유사 측정 가능한 공간은 하우스도르프일 경우에만 측정이 가능하다.

Closed Graph Organization[10](폐쇄 그래프 정리) — 또한 국소적으로 볼 수 있는 초경량 공간에서 완전한 가성방정형 TVS로의 폐쇄된 선형 지도가 연속적이다.

닫힌 그래프 정리 — 국소적으로 볼록한 공간에서 완전한 유사하게 볼록한 국소 볼록한 공간으로 폐쇄되고 경계된 선형 지도는 연속적이다.[10]

코도메인이 완전하지 않거나 (의사) 메트리징 가능

정리[11]: (가) 그래프가 닫힌 선형 지도라고 가정합시다. (가) Baire TVS의 유도 한계이고 Y () 웹베드 공간인 경우 은(는) 연속이다.

Closed Graph Organization[10](폐쇄 그래프 정리) — 완전한 유사 측정 가능 TVS에서 국소적으로 볼록한 초경량 공간까지 폐쇄된 추체적 선형 지도가 연속적이다.

클로즈드 그래프 정리의 훨씬 일반적인 버전은

정리[12] Y 이(가) 두 개의 위상학적 벡터 공간(Hausdorff 또는 로컬 볼록스일 필요는 없음)이며 다음 특성을 갖는다고 가정하십시오.

(가) Y X의 닫힌 하위 공간이고 (가) X, G 의 연속 맵인 경우 개방형 매핑이다.

에서 : X 이(가) 그래프가 닫힌 선형 지도라면 T은(는) 연속이다.

보렐 그래프 정리

L에 의해 증명된 보렐 그래프 정리.슈워츠는 닫힌 그래프 정리가 분석에서 접하는 대부분의 공간에서 정의되고 평가되는 선형 지도에 유효하다는 것을 보여준다.[13]위상학적 공간은 분리 가능한 완전한 메트리징 가능한 공간이라면 폴란드 공간이라고 불리며, 소슬린 공간은 폴란드 공간의 연속적인 이미지임을 상기하라.분리 가능한 프래쳇 공간의 약한 이중과 분리 가능한 프래쳇-몬텔 공간의 강한 이중은 수슬린 공간이다.또한 유클리드 공간의 오픈 서브셋 위에 분포된 공간과 모든 Lp-스페이스는 분석에서 발생하는 많은 다른 공간들이 소슬린 공간이다.보렐 그래프 정리에는 다음과 같이 명시되어 있다.

Borel Graph TheoremLet be linear map between two locally convex Hausdorff spaces and If is the inductive limit of an arbitrary family of Banach spaces, if is a Souslin space, and if the graph of [13] Y, X에 설정된 보렐이며, 그러면 u는 연속이다.

A에 의해 증명된 이 정리의 개선.Martineau, K-analytic space를 사용한다.

위상학적 공간 이(가) 콤팩트 세트의 계수 가능한 조합의 교차점이라면 K라고σδ 부른다.

Hausdorff 위상학적 공간 이(가) Kσδ 공간의 연속 이미지인 경우( Y {\displaystyle 대한 K 공간 X X}와 X{\}의 연속 지도가 있는 경우 K 분석법이라고 한다.

모든 콤팩트 세트는 K-analytic으로 분리할 수 없는 K-analytic 공간이 있다.또한 모든 폴란드어, 수슬린어, 반사적프레셰트 공간은 프리셰트 공간의 약한 이중처럼 K-분석적이다.일반화된 보렐 그래프 정리는 다음과 같이 기술되어 있다.

일반화된 보렐 GraphTheorem[14]u:X→ Y{\displaystyle u:X\to Y} 선형 사상 두 지역적으로 볼록 하우스 도르프 X{X\displaystyle}, Y.spaces 사이에{Y\displaystyle}바나흐 공간의 자의적인 가족의 만약 X{X\displaystyle}은 귀납적 한계, 만약 Y{Y\displaystyle}은 K-analytic자 —. space, 그리고 u의 그래프가 , Y 닫히면 u는 연속이다.

관련결과

: Y(가) Hausdorff 로컬 볼록 TVS 에서 Hausdorff 유한 차원 Y )로 닫힌 선형 연산자라면 F는 연속이다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ Dolecki & Mynard 2016, 페이지 4-5.
  2. ^ a b c d e 나리치 & 베켄슈타인 2011, 페이지 459–483.
  3. ^ Munkres 2000, 페이지 171.
  4. ^ 루딘 1991, 페이지 50.
  5. ^ 나리치 & 베켄슈타인 2011, 페이지 480.
  6. ^ Kreyszig, Erwin (1978). Introductory Functional Analysis With Applications. USA: John Wiley & Sons. Inc. p. 294. ISBN 0-471-50731-8.
  7. ^ 쉐퍼 & 월프 1999, 페이지 78.
  8. ^ 트리에브(1995) 대상 페이지 173
  9. ^ 루딘 1991, 페이지 50-52.
  10. ^ a b c 나리치 & 베켄슈타인 2011, 페이지 474–476.
  11. ^ 나리치 & 베켄슈타인 2011, 페이지 479-483.
  12. ^ 2006년 3월 169페이지.
  13. ^ a b 2006년 3권 549호.
  14. ^ 2006년 3권 557–558.
  15. ^ 나리치 & 베켄슈타인 2011, 페이지 476.

참고 문헌 목록