関数解析および関連する 数学 の分野 において 、 連続線型演算子 または 連続線型写像は、 位相ベクトル空間 間の 連続 線型変換 です 。
2 つのノルム空間 間の演算子は、 連続線型演算子である場合に限り、
有界線型演算子 となります。
連続線形演算子
連続性の特徴
が 2 つの位相ベクトル空間 (TVS)間の 線形演算子 である とします 。次の式は同値です。
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
ふ
{\displaystyle F}
連続的です。
ふ
{\displaystyle F}
ある時点で連続して いる
x
∈
バツ
。
{\displaystyle x\in X.}
ふ
{\displaystyle F}
原点において連続している
バツ
。
{\displaystyle X.}
が局所的に凸で ある 場合 、このリストは以下を含むように拡張できます。
はい
{\displaystyle Y}
上の任意の連続 半ノルム に対して、 上 の 連続半ノルムが存在し、
q
{\displaystyle q}
はい
、
{\displaystyle Y,}
p
{\displaystyle p}
バツ
{\displaystyle X}
q
∘
ふ
≤
p
。
{\displaystyle q\circ F\leq p.}
と が 両方とも ハウスドルフ 局所凸空間である場合 、このリストは以下を含むように拡張できます。
バツ
{\displaystyle X}
はい
{\displaystyle Y}
ふ
{\displaystyle F}
は弱連続で あり 、その 転置は の等連続部分集合を の 等連続 部分集合に 写像する 。
t
ふ
:
はい
′
→
バツ
′
{\displaystyle {}^{t}F:Y^{\prime }\to X^{\prime }}
はい
′
{\displaystyle Y^{\prime}}
バツ
′
。
{\displaystyle X^{\prime }.}
が連続空間( 擬距離化可能空間 など) である 場合 、このリストは以下を含むように拡張される可能性があります。
バツ
{\displaystyle X}
ふ
{\displaystyle F}
その定義域のいくつかの点(または同等に、すべての点)において 連続的で ある。
が擬距離化可能または距離化可能(ノルム空間や バナッハ空間 など) である 場合 、このリストに以下を追加できます。
バツ
{\displaystyle X}
ふ
{\displaystyle F}
は有界線型演算子 である (つまり、 の有界部分集合を の有界部分集合に写像する )。
バツ
{\displaystyle X}
はい
{\displaystyle Y}
が半ノルム空間( ノルム空間 など) である 場合 、このリストは以下を含むように拡張できます。
はい
{\displaystyle Y}
ふ
{\displaystyle F}
0の近傍を
はい
。
{\displaystyle Y.}
と が 両方とも ノルム 空間または 半ノルム空間 (両方の半ノルムが で示される)である 場合 、このリストは以下を含むように拡張できます。
バツ
{\displaystyle X}
はい
{\displaystyle Y}
‖
⋅
‖
{\displaystyle \|\cdot \|}
任意 のに対して 、
r
>
0
{\displaystyle r>0}
δ
>
0
{\displaystyle \delta >0}
全ての
x
、
ええ
∈
バツ
、
もし
‖
x
−
ええ
‖
<
δ
それから
‖
ふ
x
−
ふ
ええ
‖
<
r
。
{\displaystyle {\text{ すべての }}x,y\in X に対して、{\text{ }}\|xy\|<\delta {\text{ ならば }}\|Fx-Fy\|<r.}
およびが 有限次元
のハウスドルフ局所凸空間である 場合、このリストは以下を含むように拡張できます。
バツ
{\displaystyle X}
はい
{\displaystyle Y}
はい
{\displaystyle Y}
のグラフは で閉じている。
ふ
{\displaystyle F}
バツ
×
はい
。
{\displaystyle X\times Y.}
連続性と境界性
全体を通して、 位相ベクトル空間 (TVS)
間の 線形マップ です。
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
有界サブセット
位相ベクトル空間の「有界集合」の概念は、 フォン・ノイマン有界集合 という概念です。空間が ノルム空間 (または 半ノルム空間 )でもある場合、部分集合がフォン・ノイマン有界となるのは、 ノルム 有界 である場合に限ります 。つまり、ノルム(または半ノルム)空間の部分集合は 、ノルム有界(またはフォン・ノイマン有界と同等)である場合に 有界である
と呼ばれます。たとえば、 絶対値 を持つスカラー体(または )は ノルム空間であるため、部分集合が 有界となるのは が 有限である場合に限ります。これは、 が原点(ゼロ)を中心とする開いた(または閉じた)球体に含まれる場合に限ります。
S
{\displaystyle S}
すする
s
∈
S
‖
s
‖
<
∞
。
{\displaystyle \sup _{s\in S}\|s\|<\infty .}
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
C
{\displaystyle \mathbb {C} }
|
⋅
|
{\displaystyle |\cdot |}
S
{\displaystyle S}
すする
s
∈
S
|
s
|
{\displaystyle \sup _{s\in S}|s|}
S
{\displaystyle S}
任意の変換、スカラー倍数、および境界付き集合のサブセットは、再び境界付きになります。
集合で制限された関数
が集合である 場合、 は
S
⊆
バツ
{\displaystyle S\subseteq X}
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
S
{\displaystyle S}
が有界な部分 集合 で 、 がノルム(または半ノルム)空間である場合に が有界となるのは、次の場合に限られます。 線型 写像
が 集合上で有界となる に対して が有界となる場合 ( および有界集合の任意の平行移動は再び有界となるため 任意の非ゼロのスカラー に対して が有界となる場合 ( および有界集合の任意のスカラー倍は再び有界となるため)。したがって、 が ノルムまたは半ノルム空間である場合、線型写像 が(等価的に、任意の)非退化の開いた球または閉じた球(必ずしも原点を中心とする必要はなく、任意の半径を持つ)上で有界となるのは、それが原点を中心とする閉じた単位球上で有界となる場合に限られます。
ふ
(
S
)
{\displaystyle F(S)}
はい
、
{\displaystyle Y,}
(
はい
、
‖
⋅
‖
)
{\displaystyle (Y,\|\cdot \|)}
すする
s
∈
S
‖
ふ
(
s
)
‖
<
∞
。
{\displaystyle \sup _{s\in S}\|F(s)\|<\infty .}
ふ
{\displaystyle F}
S
{\displaystyle S}
x
+
S
:=
{
x
+
s
:
s
∈
S
}
{\displaystyle x+S:=\{x+s:s\in S\}}
x
∈
バツ
{\displaystyle x\in X}
ふ
(
x
+
S
)
=
ふ
(
x
)
+
ふ
(
S
)
{\displaystyle F(x+S)=F(x)+F(S)}
c
S
:=
{
c
s
:
s
∈
S
}
{\displaystyle cS:=\{cs:s\in S\}}
c
≠
0
{\displaystyle c\neq 0}
ふ
(
c
S
)
=
c
ふ
(
S
)
{\displaystyle F(cS)=cF(S)}
(
バツ
、
‖
⋅
‖
)
{\displaystyle (X,\|\cdot \|)}
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
{
x
∈
バツ
:
‖
x
‖
≤
1
}
。
{\displaystyle \{x\in X:\|x\|\leq 1\}.}
有界線形マップ
定義により、 TVS 間の 線型写像は 有界 である と言われ、
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
有界線型作用素 とは、その定義域の (フォン・ノイマン)有界部分 に対して その余域の有界部分集合である場合、またはもっと簡単に言えば、その定義域のすべての有界部分集合上で有界である場合に成り立つ。定義域 がノルム(または半ノルム)空間である場合、原点を中心とする開または閉単位球に対してこの条件を確認すれば十分である。明示的には、 この球を表す場合、が 有界線型作用素であるためには、 が の有界部分集合 場合 ノルム 空間である場合に限り、このことが起こる 。 逐次連続 線型作用素はすべて有界である。
B
⊆
バツ
{\displaystyle B\subseteq X}
ふ
(
B
)
{\displaystyle F(B)}
バツ
{\displaystyle X}
B
1
{\displaystyle B_{1}}
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
ふ
(
B
1
)
{\displaystyle F\left(B_{1}\right)}
はい
;
{\displaystyle Y;}
はい
{\displaystyle Y}
‖
ふ
‖
:=
すする
‖
x
‖
≤
1
‖
ふ
(
x
)
‖
<
∞
{\displaystyle \|F\|:=\sup _{\|x\|\leq 1}\|F(x)\|<\infty }
近傍と局所的境界で制限された関数
対照的に、地図 は
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
点 の近傍で区切られた 、または
x
∈
バツ
{\displaystyle x\in X}
この点の 近傍 が存在し、 その近傍 が の 有界部分 集合 である場合、で局所的に有界となります
。これは「
x
{\displaystyle x}
あなた
{\displaystyle U}
バツ
{\displaystyle X}
ふ
(
あなた
)
{\displaystyle F(U)}
はい
。
{\displaystyle Y.}
ある点の近傍に境界がある ということは、その領域内に局所的に境界がある 点 が存在する場合であり 、その場合、この線型写像は 必ず すべての 点で局所的に境界がある。用語「
x
{\displaystyle x}
ふ
{\displaystyle F}
「局所的に有界 」は、その定義域のすべての点で局所的に有界であるマップを指すために使用されることがありますが、関数解析の著者の中には、「局所的に有界」を「 有界線形演算子 」の同義語として定義する人もいます。これらは関連しているが同じ概念では ありません ある点で 局所的に有界」の定義については異論はありません )。
近傍に有界ということは連続的であることを意味し、有界であることを意味する
線型写像が「(ある点の)近傍で有界」となるのは、その定義域のすべての点で局所的に有界となる場合のみであり、その場合、線型写像は必然的に 連続であり ノルム空間 でなくても )したがって 有界 でもある(連続線型作用素は常に 有界線型作用素 であるため)。
任意の線型写像について、近傍で有界であれば連続であり、 連続であれば 有界 である。 ノルム空間 である場合は両方とも成り立つ 。以下に例と追加の詳細を示す。
連続的かつ境界付きだが近傍には境界なし
次の例は、線形マップが 連続的 (したがって境界付き) であっても、近傍で境界が付けられない可能性があることを示しています。特に、"近傍で境界が付けられる" ことは、 必ずしも " 境界付き" であることと同義では ない ことを示しています。
例 : いかなる近傍でも有界ではない連続かつ有界な線型写像 : が 何らかの局所凸位相ベクトル空間 上の恒等写像である 、この線型写像は常に連続 (実際、 TVS 同型 であっても) かつ 有界 ですが、 が 半ノルム可能空間 である で ある 原点の有界な近傍が存在する場合に限り、近傍で有界になります ( がハウスドルフである場合 、ノルム可能空間 であることと同じになります )。これは、線型写像が連続であっても、いかなる近傍でも 有界ではない 可能性があることを示しています。実際、この例は、 半ノルム可能でない すべての局所凸空間には、任意の点の任意の近傍で有界ではない線型 TVS 自己同型が あることを示しています。したがって、近傍で有界なすべての線型写像は必然的に連続ですが、その逆は一般には保証されません。
識別子
:
バツ
→
バツ
{\displaystyle \operatorname {Id} :X\to X}
識別子
{\displaystyle \operatorname {Id} }
バツ
、
{\displaystyle X,}
バツ
{\displaystyle X}
バツ
{\displaystyle X}
会話の保証
以下の議論をまとめると、ノルム(または半ノルム)空間上の線型写像にとって、連続であること、 有界 であること、近傍で有界であることはすべて 同値で ある。定義域 または 共定義域がノルム可能(または半ノルム可能)な線型写像は、近傍で有界である場合にのみ連続である。また、 局所凸空間 で値を持つ 有界線型作用素は、その定義域が (擬似)距離化可能 または ボルノロジー で ある場合に連続となる 。
「連続」とは「近傍で制限される」ことを意味することを保証する
TVS が局所的に有界であるとは、 有界集合 でもある近傍が存在する場合 を言う 。 たとえば、 原点を中心とする単位球は原点の有界近傍であるため、すべての ノルム 空間または 半ノルム空間は 局所的に有界な TVS である。 が(局所的に有界な) TVS 内の原点の有界近傍である場合、任意の連続線型写像によるその像は有界集合になる (したがって、この写像はこの近傍 で有界である )。したがって、局所的に有界な TVS から他の任意の TVS への線型写像は、近傍で有界である場合に限り連続である。さらに、この特性を持つ任意の TVS は局所的に有界な TVS でなければならない。明示的に、 が、その 定義域が であるすべての連続線型写像 (任意の TVS への) が 必然的に近傍で有界になるような TVS である場合、 は 局所的に有界な TVS でなければならない ( 恒等関数は 常に連続線型写像であるため)。
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
バツ
{\displaystyle X}
バツ
{\displaystyle X}
バツ
{\displaystyle X}
バツ
→
バツ
{\displaystyle X\to X}
TVS から局所的に有界な TVS (任意の線型関数など) への線型写像は、近傍で有界である場合に限り連続である。
逆に、 TVS が、共域を持つすべての連続線型写像 (任意の TVS から) が 必然的に近傍で有界となるような TVS である場合、は 局所的に有界な TVS でなければならない。
特に、任意の TVS 上の線型関数が連続となるのは、近傍で有界となる場合に限ります。
はい
{\displaystyle Y}
はい
{\displaystyle Y}
はい
{\displaystyle Y}
したがって、線型写像の 領域 または 余領域がノルム可能または半ノルム可能である場合、連続性は近傍で制限されることと
同等になります。
「有界」は「連続」を意味することを保証する
連続線型作用素は常に 有界線型作用素 である。
しかし重要なのは、任意の位相ベクトル空間間の線型作用素の最も一般的な設定では、線型作用素が 有界 であっても連続では ない 可能性があるということである。
擬似距離化可能な 定義域を持つ線型写像(任意の ノルム空間 など )は 、連続であるときに限り 有界となる。 ボルノロジー空間から 局所凸空間 へ
の線型写像についても同様である 。
「境界付き」は「近傍で境界付き」を意味することを保証する
一般に、線型写像またはその定義域または余域に関する追加情報がない場合、写像が「有界」であることは、それが「近傍で有界」であることと同義ではありません。 が ノルム空間 から何らかの TVS への 有界線型作用素である場合、 は必然的に連続です。これは、 の原点を中心とする任意の 開球が 、有界部分集合 ( は有界線型写像である ため、 は有界であることを意味する ) であると同時に、 の原点の近傍である ため、 は原点の この近傍で有界であり 、(前述のように) 連続性が保証されるためです。
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
バツ
{\displaystyle X}
ふ
:
バツ
→
はい
{\displaystyle F:X\to Y}
B
{\displaystyle B}
バツ
{\displaystyle X}
ふ
(
B
)
{\displaystyle F(B)}
ふ
{\displaystyle F}
バツ
、
{\displaystyle X,}
ふ
{\displaystyle F}
B
{\displaystyle B}
連続線形関数
位相ベクトル空間 (TVS)上のすべての線形関数は 線形演算子であるため、連続線形演算子について上で説明したすべての特性がそれらに適用されます。ただし、それらの特殊な性質のため、より一般的な連続線形演算子について言えることよりも、連続線形関数について言えることの方が多くあります。
連続線形関数の特性評価
を体上の 位相ベクトル空間 (TVS)とする ( ハウス ドルフ や 局所凸で ある必要はない )。 を上の 線型汎関数 とする。
以下は同値である:
バツ
{\displaystyle X}
ふ
{\displaystyle \mathbb {F} }
バツ
{\displaystyle X}
ふ
:
バツ
→
ふ
{\displaystyle f:X\to \mathbb {F} }
バツ
。
{\displaystyle X.}
ふ
{\displaystyle f}
連続的です。
ふ
{\displaystyle f}
均一に連続している
バツ
。
{\displaystyle X.}
ふ
{\displaystyle f}
ある時点で連続し て いる
バツ
。
{\displaystyle X.}
ふ
{\displaystyle f}
原点では連続です。
定義により、 原点で連続であるとは、 共域内の 半径が を中心とするすべての開球(または閉球)に対して、 における原点の 近傍 が存在し 、
ふ
{\displaystyle f}
B
r
{\displaystyle B_{r}}
r
>
0
{\displaystyle r>0}
0
{\displaystyle 0}
ふ
、
{\displaystyle \mathbb {F} ,}
あなた
{\displaystyle U}
バツ
{\displaystyle X}
ふ
(
あなた
)
⊆
B
r
。
{\displaystyle f(U)\subseteq B_{r}.}
が閉じた球体である 場合 、条件は
B
r
{\displaystyle B_{r}}
ふ
(
あなた
)
⊆
B
r
{\displaystyle f(U)\subseteq B_{r}}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
≤
r
。
{\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|\leq r.}
この 上限の 特徴付けにおいて、 が閉じた球体であること が重要です。 が 代わりに開いた球体であると仮定すると、が真であるための 十分条件ではあるが必要 条件で はありません (たとえば、が 上の恒等写像で の 場合を考えてみましょう)。 一方、非厳密な不等式は が真であるための 必要 条件ではあるが 十分条件ではありません (たとえば、と閉じた近傍を考えてみましょう)。これは、 極集合 などの線型関数を含む多くの定義が、 (開いたものではなく)閉じた近傍と (厳密な ではなく )非厳密な不等式を含む理由の 1 つです。
B
r
{\displaystyle B_{r}}
B
r
{\displaystyle B_{r}}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
<
r
{\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|<r}
ふ
(
あなた
)
⊆
B
r
{\displaystyle f(U)\subseteq B_{r}}
ふ
=
識別子
{\displaystyle f=\operatorname {Id} }
バツ
=
ふ
{\displaystyle X=\mathbb {F} }
あなた
=
B
r
{\displaystyle U=B_{r}}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
≤
r
{\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|\leq r}
ふ
(
あなた
)
⊆
B
r
{\displaystyle f(U)\subseteq B_{r}}
バツ
=
R
、
ふ
=
識別子
、
{\displaystyle X=\mathbb {R} ,f=\operatorname {Id} ,}
あなた
=
[
−
r
、
r
]
{\displaystyle U=[-r,r]}
≤
{\displaystyle \,\leq \,}
<
{\displaystyle \,<\,}
ふ
{\displaystyle f}
は、(ある点の)近傍で制限されます。言い換えると、 そのドメインのある点で局所的に制限されます。
ふ
{\displaystyle f}
明示的には、これはある点の 近傍が存在し、 その近傍は の 有界部分 集合 、つまり、 近傍上のこの上限 が に等しいの は、
あなた
{\displaystyle U}
x
∈
バツ
{\displaystyle x\in X}
ふ
(
あなた
)
{\displaystyle f(U)}
ふ
;
{\displaystyle \mathbb {F};}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
<
∞
。
{\textstyle \displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|<\infty .}
あなた
{\displaystyle U}
0
{\displaystyle 0}
ふ
=
0.
{\displaystyle f=0.}
重要なのは、線形関数が「近傍で有界」であることは、一般に 「 有界線形関数」であることと同等では ない ということです。これは、 (前述のように)線形写像が 有界 であっても連続では ない 可能性があるからです。ただし、ドメインが ノルム 空間または 半ノルム空間 である場合、連続性と 有界性 は同等です。つまり、ノルム空間上の線形関数の場合、「有界」であることは「近傍で有界」であることと同等です。
ふ
{\displaystyle f}
は原点の近傍で制限されます。言い換えると、 は原点で局所的に制限されます。
ふ
{\displaystyle f}
等式は すべてのスカラーに対して成り立ち 、のとき 、は 原点の近傍になります。したがって、特に、が 正の実数である場合、すべての正の実数に対して、 集合は 原点の近傍であり、 を使用して 次のステートメントを証明します。
すする
x
∈
s
あなた
|
ふ
(
x
)
|
=
|
s
|
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
{\displaystyle \sup _{x\in sU}|f(x)|=|s|\sup _{u\in U}|f(u)|}
s
{\displaystyle s}
s
≠
0
{\displaystyle s\neq 0}
s
あなた
{\displaystyle sU}
R
:=
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
{\textstyle R:=\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|}
r
>
0
、
{\displaystyle r>0,}
いいえ
r
:=
r
R
あなた
{\displaystyle N_{r}:={\tfrac {r}{R}}U}
すする
ん
∈
いいえ
r
|
ふ
(
ん
)
|
=
r
。
{\displaystyle \displaystyle \sup _{n\in N_{r}}|f(n)|=r.}
r
:=
1
{\displaystyle r:=1}
R
≠
0.
{\displaystyle R\neq 0.}
原点の 近傍が存在し、
あなた
{\displaystyle U}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
≤
1
{\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|\leq 1}
この不等式は、任意の実数に対して、 この単一の近傍の 正のスカラー倍数が 上記(4)で与えられた 原点における連続性 の定義を満たす 場合にのみ成立する。
すする
x
∈
r
あなた
|
ふ
(
x
)
|
≤
r
{\displaystyle \sup _{x\in rU}|f(x)|\leq r}
r
>
0
、
{\displaystyle r>0,}
{
r
あなた
:
r
>
0
}
{\displaystyle \{rU:r>0\}}
あなた
{\displaystyle U}
不等式 の (絶対)極集合 と呼ばれる 集合の定義により 、極集合、つまりこの特定の不等式が 双対理論 で重要な役割を果たしている場合に限り、不等式が成立します 。
あなた
∘
、
{\displaystyle U^{\circ },}
あなた
、
{\displaystyle U,}
すする
あなた
∈
あなた
|
ふ
(
あなた
)
|
≤
1
{\displaystyle \sup _{u\in U}|f(u)|\leq 1}
ふ
∈
あなた
∘
。
{\displaystyle f\in U^{\circ }.}
ふ
{\displaystyle f}
は、その定義域のあらゆる点で局所的に有界です。
の核は で閉じている。
ふ
{\displaystyle f}
バツ
。
{\displaystyle X.}
そうでなければ 、の核は では稠密で は ない。
ふ
=
0
{\displaystyle f=0}
ふ
{\displaystyle f}
バツ
。
{\displaystyle X.}
上 の 連続半ノルムが存在し、
p
{\displaystyle p}
バツ
{\displaystyle X}
|
ふ
|
≤
p
。
{\displaystyle |f|\leq p.}
特に、半ノルム が連続で ある場合に限り、連続です。
f
{\displaystyle f}
p
:=
|
f
|
{\displaystyle p:=|f|}
のグラフは 閉じている。
f
{\displaystyle f}
Re
f
{\displaystyle \operatorname {Re} f}
は連続であり、ここで は 実部 を表す 。
Re
f
{\displaystyle \operatorname {Re} f}
f
.
{\displaystyle f.}
およびが複素ベクトル空間である 場合 、このリストは以下を含むように拡張できます。
X
{\displaystyle X}
Y
{\displaystyle Y}
の 虚数部は 連続しています。
Im
f
{\displaystyle \operatorname {Im} f}
f
{\displaystyle f}
ドメインが 連続したスペース である場合 、このリストは以下を含むように拡張される可能性があります:
X
{\displaystyle X}
f
{\displaystyle f}
は、その定義域のいくつかの点(または同等に、すべての点)において 連続的で ある。
定義域 が 距離化可能または擬距離化可能 (たとえば、 フレシェ空間 または ノルム空間 )である場合、このリストは以下を含むように拡張されることがあります。
X
{\displaystyle X}
f
{\displaystyle f}
は有界線型作用素 である (つまり、その定義域の有界部分集合をその共定義域の有界部分集合に写像する)。
領域が ボルノロジー空間 (例えば 擬似距離化可能な TVS )であり、 局所 的に凸で ある場合 、このリストは以下を含むように拡張される可能性があります。
X
{\displaystyle X}
Y
{\displaystyle Y}
f
{\displaystyle f}
は有界線型演算子 である 。
f
{\displaystyle f}
は、その定義域のいくつかの点(または同等に、すべての点) において連続的で ある。
f
{\displaystyle f}
原点において連続的に連続している。
さらに が 実数 上のベクトル空間である場合 (特に が 実数値であることを意味する)、このリストは以下を含むように拡張される。
X
{\displaystyle X}
f
{\displaystyle f}
連続半ノルムが存在し 、 [
p
{\displaystyle p}
X
{\displaystyle X}
f
≤
p
.
{\displaystyle f\leq p.}
ある実数では 半空間は 閉じています。
r
,
{\displaystyle r,}
{
x
∈
X
:
f
(
x
)
≤
r
}
{\displaystyle \{x\in X:f(x)\leq r\}}
任意の実数に対して 半空間 は閉じている。
r
,
{\displaystyle r,}
{
x
∈
X
:
f
(
x
)
≤
r
}
{\displaystyle \{x\in X:f(x)\leq r\}}
が複素数である場合、 と の 3 つすべてが 連続 (それぞれ、 有界 )である か、そうでない場合は 3 つすべてが 不連続 (それぞれ、非有界 ) です。
X
{\displaystyle X}
f
,
{\displaystyle f,}
Re
f
,
{\displaystyle \operatorname {Re} f,}
Im
f
{\displaystyle \operatorname {Im} f}
例
有限次元ハウスドルフ 位相ベクトル空間 (TVS) を定義域とするすべての線型写像は連続である。ただし、有限次元 TVS がハウスドルフでない場合は、これは当てはまりません。
ゼロに等しい TVS 間の すべての (定数) 写像は、連続、有界、および 原点の近傍で有界である線型写像です。特に、すべての TVS には空でない 連続双対空間 があります(ただし、定数ゼロ写像が唯一の連続線型関数である可能性もあります)。
X
→
Y
{\displaystyle X\to Y}
X
{\displaystyle X}
が任意の ハウスドルフTVSであるとする。すると、 上の すべての 線型関数が 必然的に連続となるのは、 のすべてのベクトル部分空間 が閉じている場合に限ります。 上のすべての線型関数 が必然的に有界線型関数となるのは、 のすべての 有界部分集合 が有限次元ベクトル部分空間に含まれている場合に限ります。
X
{\displaystyle X}
X
{\displaystyle X}
X
{\displaystyle X}
X
{\displaystyle X}
X
{\displaystyle X}
プロパティ
局所的に凸な 距離化可能な位相ベクトル空間は、 その 上のすべての有界な線型関数が連続である場合に限り、
正規化可能 です。
連続線形演算子は、 有界集合 を有界集合にマッピングします。
証明では、開集合を線形位相空間に平行移動させると再び開集合になること、
およびの任意 の部分集合と 任意の
部分集合の等式が、 の 加法性 により真となることを利用して、
F
−
1
(
D
)
+
x
=
F
−
1
(
D
+
F
(
x
)
)
{\displaystyle F^{-1}(D)+x=F^{-1}(D+F(x))}
D
{\displaystyle D}
Y
{\displaystyle Y}
x
∈
X
,
{\displaystyle x\in X,}
F
.
{\displaystyle F.}
連続線形関数の性質
が複素 ノルム空間 であり、が 上 の線型汎関数である 場合、 (特に、一方が無限大であるとき、かつ他方が無限大であるときのみ)。
X
{\displaystyle X}
f
{\displaystyle f}
X
,
{\displaystyle X,}
‖
f
‖
=
‖
Re
f
‖
{\displaystyle \|f\|=\|\operatorname {Re} f\|}
TVS 上のすべての非自明な連続線型関数は 開写像 である 。
が 実ベクトル空間上の線型関数であり 、が 上 の半ノルムである 場合、次の式が成り立つ。
X
{\displaystyle X}
f
{\displaystyle f}
X
{\displaystyle X}
p
{\displaystyle p}
X
,
{\displaystyle X,}
|
f
|
≤
p
{\displaystyle |f|\leq p}
f
≤
p
.
{\displaystyle f\leq p.}
が 線形関数で、 が空でない部分集合である場合、集合を定義することによって、
上限はより簡潔に次の よう
に記述できます。
が スカラーである場合、したがって
が 実数であり、が原点を中心とする 半径 の閉球である 場合、以下は同値です。
f
:
X
→
F
{\displaystyle f:X\to \mathbb {F} }
U
⊆
X
{\displaystyle U\subseteq X}
f
(
U
)
:=
{
f
(
u
)
:
u
∈
U
}
and
|
f
(
U
)
|
:=
{
|
f
(
u
)
|
:
u
∈
U
}
,
{\displaystyle f(U):=\{f(u):u\in U\}\quad {\text{ and }}\quad |f(U)|:=\{|f(u)|:u\in U\},}
sup
u
∈
U
|
f
(
u
)
|
{\displaystyle \,\sup _{u\in U}|f(u)|\,}
sup
|
f
(
U
)
|
{\displaystyle \,\sup |f(U)|\,}
sup
|
f
(
U
)
|
=
sup
{
|
f
(
u
)
|
:
u
∈
U
}
=
sup
u
∈
U
|
f
(
u
)
|
.
{\displaystyle \sup |f(U)|~=~\sup\{|f(u)|:u\in U\}~=~\sup _{u\in U}|f(u)|.}
s
{\displaystyle s}
sup
|
f
(
s
U
)
|
=
|
s
|
sup
|
f
(
U
)
|
{\displaystyle \sup |f(sU)|~=~|s|\sup |f(U)|}
r
>
0
{\displaystyle r>0}
B
≤
r
:=
{
c
∈
F
:
|
c
|
≤
r
}
{\displaystyle B_{\leq r}:=\{c\in \mathbb {F} :|c|\leq r\}}
r
{\displaystyle r}
f
(
U
)
⊆
B
≤
1
{\textstyle f(U)\subseteq B_{\leq 1}}
sup
|
f
(
U
)
|
≤
1
{\textstyle \sup |f(U)|\leq 1}
sup
|
f
(
r
U
)
|
≤
r
{\textstyle \sup |f(rU)|\leq r}
f
(
r
U
)
⊆
B
≤
r
.
{\textstyle f(rU)\subseteq B_{\leq r}.}
参照
有界線形作用素 – 位相ベクトル空間間の線形変換 Pages displaying short descriptions of redirect targets
コンパクト演算子 – 連続線形演算子のタイプ
連続線形拡張 – 関数解析における数学的手法
縮約(作用素論) - サブユニットノルムを持つ有界作用素
不連続線形マップ
最も細かい局所凸位相 – 凸開集合によって定義される位相を持つベクトル空間 Pages displaying short descriptions of redirect targets
線形関数 – ベクトル空間からそのスカラー体への線形写像 Pages displaying short descriptions of redirect targets
局所凸位相ベクトル空間 – 凸開集合によって定義される位相を持つベクトル空間
正の線形関数 - 半順序を持つ順序ベクトル空間 Pages displaying wikidata descriptions as a fallback
線型写像の空間上の位相
非有界演算子 – 密な線形部分空間上で定義された線形演算子
参考文献
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