Bourbaki

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附录

修复了仿射变换的点或群

1. 可解群的情况

设 E 为实数向量空间,K 为 E 的凸子集。映射 u:K→Ku : K \to K,这样对于 K 中的 x,yx, y 以及 [0,1][0, 1] 中的每个实数 tt,我们有

u(tx+(1−t)y)=tu(x)+(1−t)u(y) u(t x + (1 - t) y) = t u(x) + (1 - t) u(y)

被称为仿射变换。从关系 (1) 我们推出

u(∑i∈Itixi)=∑i∈Itiu(xi) u \left( \sum_{i \in I} t_i x_i \right) = \sum_{i \in I} t_i u(x_i)

对于 K 中的每个有限集合 I、点 xix_i 以及正实数 tit_i,使得 ∑i∈Iti=1\sum_{i \in I} t_i = 1。

令uu和vv为K上的两个仿射变换,则映射u∘vu \circ v为K上的仿射变换。如果v:E→Ev : E \to E为线性映射,则v(K)⊂Kv(K) \subset K、映射u:K→Ku : K \to K其中重合 K 上的 vv 是仿射变换。

定理 1(马尔科夫-角谷) 07WI

— *令 E 为在域 R\mathbf{R} 上的 Hausdorff 局部凸向量空间,K 为 E 的非空紧凸子集。令 Γ\Gamma 为 K 上连续仿射变换的集合,成对可置换。那么 K 中存在点 a,使得 u(a)=au(a) = a 对于所有 u∈Γu \in \Gamma。

对于每个u∈Γu \in \Gamma,令KuK_u为所有x∈Kx \in K中的集合,使得u(x)=xu(x) = x。我们将证明KuK_u非空。设xx为K的点;对于每个整数n≥1n \geq 1,令xnx_n为E的元素1n∑i=0n−1ui(x)\frac{1}{n} \sum_{i=0}^{n-1} u^i(x)。由于K在uu、点xnx_n属于下是凸且稳定的,并且由于K是紧的,因此存在极限点aa共序列(xn)n≥1(x_n)_{n \geq 1}。从K到E的映射y↦u(y)−yy \mapsto u(y) - y是连续的,因而u(a)−au(a) - a是序列(u(xn)−xn)n≥1(u(x_n) - x_n)_{n \geq 1}的极限点。但我们有u(xn)−xn=1n(un(x)−x)u(x_n) - x_n = \frac{1}{n} (u^n(x) - x)。

由于 K 是紧致的,因此也是有界的(III,p. 3,道具 2),序列 (un(x)−x)n≥1(u^n(x) - x)_{n \geq 1} 是有界的;因而,序列(1n(un(x)−x))n≥1\left( \frac{1}{n}(u^n(x) - x) \right)_{n \geq 1}趋于0(III,p. 4,命题3),并且由于E是Hausdorff,所以我们有u(a)−a=0u(a) - a = 0。因而a∈Kua \in K_u。

每个集合KuK_u都是紧空间K的闭凸子集,我们将证明交⋂u∈ΓKu\bigcap_{u \in \Gamma} K_u非空。为此,只需证明,对于n≥1n \geq 1和Γ\Gamma中的u1,...,unu_1, ..., u_n,集合Ku1∩...∩KunK_{u_1} \cap ... \cap K_{u_n}非空即可。 n=1n = 1的情况已经考虑完毕,我们通过归纳对nn进行辩论。假设 n≥2n \geq 2 并放入 L=Ku1∩...∩Kun−1L = K_{u_1} \cap ... \cap K_{u_{n-1}}。通过归纳的假设,L是E的非空紧凸子集。由于unu_n与u1,...,un−1u_1, ..., u_{n-1}可交换,我们有un(L)⊂Lu_n(L) \subset L。 应用证明的第一个部分到unu_n在L上引起的仿射变换,我们结论在L中存在点aa使得un(a)=au_n(a) = a;然后aa属于到Ku1∩...∩KunK_{u_1} \cap ... \cap K_{u_n},那么它是非空的。

推论 07WJ

— *令 G 为 K 上连续仿射变换的可解群。则 K 中存在点,其在 G 下不变。

通过可解群 (A, I, § 6, No. 4) 的定义,存在 G 的不同子群的有限递减序列 (Gi)0≤i≤n(G_i)_{0 \leq i \leq n},使得 G0=GG_0 = G、Gn={e}G_n = \{e\} 且群 Gi−1/GiG_{i-1}/G_i 是*可交换的* 1≤i≤n1 \leq i \leq n。令KiK_i表示K中GiG_i的固定点的集合。然后是Kn=KK_n = K。此外,对于1≤i≤n1 \leq i \leq n,GiG_i诱导的每元素在KiK_i上进行恒等变换;因而,如果 KiK_i 非空,我们就可以在 K 上推出阿贝尔的群 Gi−1/GiG_{i-1}/G_i 的作用;由此可见。 1 KiK_i中Gi−1/GiG_{i-1}/G_i固定点的集合Ki−1K_{i-1}非空。通过在 ii 上下降归纳,我们结论 K0K_0 非空,因此得出推论。

2. 不变意味着

设X为拓扑空间。让B(X;R)\mathscr{B}(X; \mathbf{R})表示从X到R\mathbf{R}的连续有界映射的实数向量空间由……组成。赋予范数∥f∥=sup⁡x∈X∣f(x)∣\|f\| = \sup_{x \in X} |f(x)|,这是巴纳赫空间(GT,X, § 3, No. 1);它也是一个有序的向量空间,其中关系f≥gf \geq g表示“f(x)≥g(x)f(x) \geq g(x)对于所有x∈Xx \in X”。

定义 1 07WK

空间 B(X;R)\mathscr{B}(X; \mathbf{R})上的正线性形式μ\mu,其中X是拓扑空间,其中∥μ∥=1\|\mu\| = 1称为X上的均值。

\* 当 X 是紧致的时,X 上的均值是 X 上的正测度,使得 μ(X)=1\mu(X) = 1。 \*

引理 1 07WL

X 上的平均值集合 K 是 Banach 空间 E=B(X;R)E = \mathscr{B}(X; \mathbf{R}) 的对偶的单位球的子集,其元素是线性形式 μ\mu,使得μ(1)=1\mu(1) = 1。它是 E′E' 的子集,对于 σ(E′,E)\sigma(E', E) 是凸且紧的。

引用了 1

引用了 III § 3. 。连续空间线性映射

令 E 上的 μ\mu 为线性形式,使得 μ(1)=1\mu(1) = 1。对于每函数 f∈Ef \in E,我们定义函数 f′∈Ef' \in E f′(x)=∥f∥−f(x)f'(x) = \|f\| - f(x) (x∈Xx \in X)。首先假设μ\mu是均值;对于每个f∈Ef \in E,我们有f′≥0f' \geq 0,因而μ(f′)≥0\mu(f') \geq 0,*即*μ(f)≤∥f∥\mu(f) \leq \|f\|;因而∥μ∥≤1\|\mu\| \leq 1。

相反,假设μ\mu属于到E′E',则∥μ∥≤1\| \mu \| \leq 1;对于每个正数函数f∈Ef \in E,我们有μ(f′)≤∥f′∥\mu(f') \leq \| f' \|,因而

∥f∥−μ(f)=μ(f′)≤∥f′∥≤∥f∥, \| f \| - \mu(f) = \mu(f') \leq \| f' \| \leq \| f \|,

最后μ(f)≥0\mu(f) \geq 0;因而,μ\mu是一个平均值。

显然KK是凸的;从 cor 可以看出,σ(E′,E)\sigma(E', E) 是紧致的。 3 个III、p. 17。

Q.E.D.

令Γ\Gamma为从XX到XX的连续映射的集合,成对通勤。让γ∈Γ\gamma \in \Gamma。对于每个函数 f∈Ef \in E,我们有 f∘γ∈Ef \circ \gamma \in E;因此我们可以对XX上的均值集合KK进行定义仿射变换uγu_{\gamma},通过

uγμ(f)=μ(f∘γ)(μ∈K,f∈E). u_{\gamma} \mu(f) = \mu(f \circ \gamma) \quad (\mu \in K, f \in E).

如果KK由σ(E′,E)\sigma(E', E)诱导分配拓扑,映射uγu_{\gamma}是连续的。如果γ\gamma是同胚,uγμu_{\gamma} \mu可以由μ\mu通过迁移或结构推出。最后,我们对Γ\Gamma中的所有γ,γ′\gamma, \gamma'有uγuγ′=uγ′γuγu_{\gamma} u_{\gamma'} = u_{\gamma' \gamma} u_{\gamma}。由马尔科夫-卡库塔尼 th。 (IV, p. 39, th.1), 在XX上存在一个均值μ\mu,使得uγμ=μu_{\gamma} \mu = \mu对于所有γ∈Γ\gamma \in \Gamma;在其他字中,对于f∈Ef \in E和γ∈Γ\gamma \in \Gamma,μ\mu满足关系μ(f)=μ(f∘γ)\mu(f) = \mu(f \circ \gamma)。

以类似的方式,th 的推论。 1 (IV, p. 40) 意味着以下结果:

命题 1 07WM

设XX为拓扑空间,GG为可解群。我们假设GG对左侧的XX进行运算,这样对于所有g∈Gg \in G,从XX到XX的映射x↦g.xx \mapsto g.x都是连续的。那么 XX 上存在一个均值,该均值在 GG 下不变。

推论 07WN

设GG为可解拓扑群。那么 GG 上存在一个均值,它在左平移和右平移下保持不变。

应用 prop 就足够了。 1 到可解的群 G×GG \times G 通过 (g.g′).x=gxg′−1(g.g').x = {gxg'}^{-1} 作用于 GG。

3. 里尔-纳尔泽夫斯基定理

In this section, EE denotes a normed space over the field R\mathbf{R} and T\mathscr{T} a Hausdorff locally convex topology on EE for which the norm of EE is lower semi-continuous. 这些假设在以下情况下尤其得到满足:

a) T\mathscr{T} 是由范数空间 EE 的范数引发的拓扑。 b) T\mathscr{T} 是规范化空间 EE 的弱化拓扑 σ(E,E′)\sigma(E, E')。 c) EE 是规范的空间 FF 和 T=σ(F′,F)\mathscr{T} = \sigma(F', F) 的对偶。 d) 存在两个范数空间、F1F_1和F2F_2,使得E=L(F1;F2)E = \mathscr{L}(F_1 ; F_2)和T\mathscr{T}是简单收敛的拓扑。

除非另有明确说明,拓扑概念指拓扑T\mathscr{T}。

令 KK 为 EE 的凸子集。假设 KK 是紧致的(对于拓扑 T\mathscr{T}),并且 KK 满足 EE 的范数定义的距离的第一个可数公理。

引理 2 07WO

假设KK包含至少有两个点。对于每个ε>0\varepsilon > 0,存在KK的划分分为两个非空子集K1K_1和K2K_2,具有以下性质:

引用了 1

引用了 II § 7. 。极端点和极端生成元

a) K1K_1 是凸且紧的; b) K2K_2 中的每个 x1x_1 和 x2x_2 都有 ∥x1−x2∥<ε\| x_1 - x_2 \| < \varepsilon。

令LL 为KK 的所有极值点的集合的闭包。由克赖因-米尔曼 th。 (II,p. 55,第1),KK是LL的闭凸包络。由于KK包含至少有两个点,LL也是如此。对于每个x∈Lx \in L,令AxA_x为所有y∈Ly \in L中的集合,使得∥x−y∥≤ε/4\| x - y \| \leq \varepsilon / 4。到假设,在KK,存在LL的可数子集DD,使得L=⋃x∈DAxL = \bigcup_{x \in D} A_x。由于范数是下半连续的,因此集合AxA_x都是闭集。 应用贝尔的第 3 次。 (GT, IX, § 5, No. 3, th. 1) 到紧空间 LL,我们看到DD中存在点aa,EE中存在开子集UU,使得L∩UL \cap U为非空且包含在 AaA_a 中。由于LL包含至少有两个点,并且由于EE是Hausdorff,因此我们可以通过L∉UL \notin U这样的方式来选择UU。

Let MM be the closed convex envelope of L∩∁UL \cap \complement U. For every 实数 tt such that 0<t<10 < t < 1, let MtM_t be 集合 of all 向量 of 形式 tx1+(1−t)x2tx_1 + (1 - t) x_2 with x1∈Mx_1 \in M and x2∈Kx_2 \in K; this is a non-empty, compact convex 子集 of KK. We shall prove that Mt≠KM_t \neq K by reductio ad absurdum.假设Mt=KM_t = K; then every extremal 点 xx in KK 属于 to MtM_t, hence can be written in 形式 x=tx1+(1−t)x2x = tx_1 + (1 - t) x_2 with x1∈Mx_1 \in M and x2∈Kx_2 \in K.这意味着x=x1=x2x = x_1 = x_2,所以x∈Mx \in M。作者:Krein-Milman th。 (II, p. 55, th. 1), we have K=MK = M, and KK is the closed convex envelope of L∩∁UL \cap \complement U. By II, p. 56, corollary, this implies that L⊂L∩∁UL \subset L \cap \complement U, which 与……矛盾关系 L∩U≠∅L \cap U \neq \varnothing.

Put d=sup⁡x∈K,y∈K∥x−y∥d = \sup_{x \in K, y \in K} \| x - y \| and 选择实数 tt such that 0<t<10 < t < 1 and t<ε/4dt < \varepsilon / 4d.输入K1=MtK_1 = M_t和K2=K−MtK_2 = K - M_t。 By the preceding argument, 集合 K1K_1 and K2K_2 are non-empty, and K1K_1 is convex and compact. Let M′M' be the closed convex envelope of L∩UL \cap U. Since KK is the closed convex envelope of 集合 L=(L∩∁U)∪(L∩U)L = (L \cap \complement U) \cup (L \cap U), it is also the closed convex envelope of M∪M′M \cup M'. Let x1x_1 and x2x_2 be two 点 in K2K_2; for i=1,2i = 1, 2, there exist yi∈My_i \in M, zi∈M′z_i \in M' and 实数 αi\alpha_i such that 0≤αi≤10 \leq \alpha_i \leq 1 and xi=αiyi+(1−αi)zix_i = \alpha_i y_i + (1 - \alpha_i) z_i.如果αi≥t\alpha_i \geq t,那么

xi=tyi+(1−t){αi−t1−tyi+1−αi1−tzi} x_i = t y_i + (1 - t) \left\{ \frac{\alpha_i - t}{1 - t} y_i + \frac{1 - \alpha_i}{1 - t} z_i \right\}
;这个与……矛盾假设那个xi∉Mix_i \notin M_i。因此αi<t\alpha_i < t,对于i=1,2i = 1, 2,等等
∥xi−zi∥=∥αi(yi−zi)∥=αi∥yi−zi∥≤αid<dt<ε/4. \| x_i - z_i \| = \| \alpha_i (y_i - z_i) \| = \alpha_i \| y_i - z_i \| \leq \alpha_i d < dt < \varepsilon / 4 .
For every 点 zz in M′M', we have ∥z−a∥≤ε/4\| z - a \| \leq \varepsilon / 4, since L∩U⊂AaL \cap U \subset A_a, and so, in particular ∥zi−a∥≤ε/4\| z_i - a \| \leq \varepsilon / 4.因此
∥x1−x2∥≤∑i=12(∥xi−zi∥+∥zi−a∥)<ε. \| x_1 - x_2 \| \leq \sum_{i=1}^2 (\| x_i - z_i \| + \| z_i - a \|) < \varepsilon .
这样就完成了证明。

引理 3 07WP

设 G 为 K 上连续(对于 T\mathscr{T})仿射变换的群。假设 K 非空,并且对于 K 中的所有 x、y 和 G 中的所有 g 都有 ∥gx−gy∥=∥x−y∥\|gx - gy\| = \|x - y\|。则 K 中存在点,它在 G 下是不变的。

引用了 1

引用了 III § 3. 。连续空间线性映射

令J\mathfrak{J}为K的非空子集族,对于G来说是闭凸且稳定的。如果(Lα)α∈I(L_\alpha)_{\alpha \in I}是J\mathfrak{J}的元素族,且按包含全序,则集合L=⋂α∈ILαL = \bigcap_{\alpha \in I} L_\alpha属于到J\mathfrak{J}。因而(S,III, § 3, No. 4,th.2),J\mathfrak{J}中存在元素L,这对于包含关系来说是最小的。我们将证明L约化到点。

我们通过反证法进行论证,假设L包含至少有两个不同的点x1x_1和x2x_2,放入x=(x1+x2)/2x = (x_1 + x_2)/2和ε=∥x1−x2∥/2\varepsilon = \|x_1 - x_2\|/2。凸和紧集 L 满足由范数 (GT, IX, § 2, No. 8) 定义的距离的第一可数公理。因而,我们可以应用引理 2 并找到L的紧凑且凸的子集L1L_1,与∅\varnothing和L不同,具有以下性质:

(A) 对于L−L1L - L_1中的每个y1y_1和y2y_2,我们有∥y1−y2∥<ε\|y_1 - y_2\| < \varepsilon。

我们将通过反证法证明gx∈L1gx \in L_1对于所有g∈Gg \in G。令g∈Gg \in G使得gx∈L−L1gx \in L - L_1那么我们有

∥gxi−gx∥=∥xi−x∥=∥x1−x2∥/2=ε, \|gx_i - gx\| = \|x_i - x\| = \|x_1 - x_2\|/2 = \varepsilon ,

i=1,2i = 1, 2。到性质 (A),我们有gxi∈L1gx_i \in L_1。由于L1L_1是凸的,我们将结论从gx=(gx1+gx2)/2gx = (gx_1 + gx_2)/2属于到L1L_1,即与……矛盾假设。

令 L′L' 为 x 的轨道 GxGx 的闭凸包络。 集合L′L'属于至J\mathfrak{J}。根据前面的论证,我们有L′⊂L1L' \subset L_1,因此有L′⊂L,L′≠LL' \subset L, L' \neq L。这样与……矛盾L和证明的最小特征标就完成了。

定理 2(里尔-纳尔泽夫斯基) 07WQ

— *令 E 为赋范空间,K 为 E 的非空凸子集,对于弱化的拓扑 σ(E,E′)\sigma(E, E') 是紧致的。设G为K的等距仿射变换的群,则K中存在点,其在G下不变。

对于每个g∈Gg \in G,令KgK_g表示K中所有点x中的集合,使得gx=xgx = x;令 K 被指定为弱化的拓扑;每个集合KgK_g在紧致空间K中都是凸且闭的。我们将证明交⋂g∈GKg\bigcap_{g \in G} K_g非空;为此,只需证明对于G中的每个g1,...,gng_1, ..., g_n来说集合Kg1∩...∩KgnK_{g_1} \cap ... \cap K_{g_n}非空即可。固定g1,...,gng_1, ..., g_n并令H为{g1,...,gn}\{ g_1, ..., g_n \}生成的G的子群。 K 中的选择点 a,令 L 表示 a 的轨道 Ha 的闭凸包络。令 D 为形式 λ1h1a+⋯+λmhma\lambda_1 h_1 a + \cdots + \lambda_m h_m a 的元素的可数集合,其中 λ1,...,λm\lambda_1, ..., \lambda_m 是正有理数数,使得 λ1+⋯+λm=1\lambda_1 + \cdots + \lambda_m = 1 和 h1,...,hmh_1, ..., h_m 是 H 中的元素。 D 的 D‾\overline{D} 对于强拓扑是凸的,因此它对于 σ(E,E′)\sigma(E, E') 是封闭的(IV,p. 4,道具 2);因而D‾=L\overline{D} = L,这证明L是一个度量空间满足距离(x,y)↦∥x−y∥(x, y) \mapsto \|x - y\|的第一个可数公理。现在我们可以应用引理 2。L中存在点 b,它在H下是不变的,因而b∈Kg1∩...∩Kgnb \in K_{g_1} \cap ... \cap K_{g_n}。

推论 07WR

— 设 E 为自反 Banach 空间,赋模空间 E 的自同构的 G 群,以及 E 的 K 子集。假设 K 在 G 下非空、凸、闭、有界且稳定。则 K 中存在点,其在 G 下不变。

引用了 1

引用了 IV § 2. 。双向。反射空间

由于 E 是自反的,因而 K 对于 σ(E,E′)\sigma(E, E') (IV, p. 15, th. 1) 是紧致的。此外,G属于到L(E)\mathscr{L}(E)的每元素。

4. 应用。

\* A) 表示群 : 令 E 为复希尔伯特空间、G 群和 π\pi E 上 G 的酉表示,即同态从 G 到 E 的自同构的群。令 EGE^G 为希尔伯特所有向量的E由……组成的子空间在π(G)\pi(G)下不变。对于每个 x∈Ex \in E,令 KxK_x 为 x 的轨道的闭凸包络。修复 E 中的点 x。

我们将证明KxK_x中存在唯一的点,它在π(G)\pi(G)下不变,即x在EGE^G上的投影。由IV、p. 44推论(应用于底层实数向量空间到E),KxK_x中存在点,在π(G)\pi(G)下不变;令 a 为点;然后a∈EGa \in E^G。令 P 为所有 y∈Ey \in E 的集合,使得 y−xy - x 与 EGE^G 正交;我们立即看到 P 在 π(G)\pi(G) 下是闭的、凸的且不变的;因而x∈Px \in P,因而Kx⊂PK_x \subset P,最后a∈Pa \in P。在其他字中,a−xa - x与EGE^G正交;因而 a 是 x 到 EGE^G 的投影。 \*

\* B) 希尔伯特空间中运算符的踪迹: 假设表示π\pi是不可约的,即不存在E的希尔伯特子空间,不同于{0}\{0\}和E,它在π(G)\pi(G)下不变。令 F=L2(E)F = \mathscr{L}^2(E) 为 E 的所有 Hilbert-Schmidt 自同态的希尔伯特空间,标量为乘积 ⟨u∣v⟩=Tr⁡(u∗v)\langle u|v \rangle = \operatorname{Tr}(u^*v)。我们定义一个酉表示λ\lambda从G通过公式进入F

λ(g).u=π(g) uπ(g)−1(u∈F, g∈G) \lambda(g).u = \pi(g)\ u\pi(g)^{-1} \quad (u \in F,\ g \in G)

λ(G)\lambda(G) 下 E 不变量的所有元素的空间 FGF^G 由 E 的希尔伯特-施密特自同态 uu 组成,对于所有 g∈Gg \in G 与 π(g)\pi(g) 交换。根据 Schur 的引理,这样的 uu 就是位似。因此我们必须考虑两种情况: 1) 如果 E 是无限维的,则 FG={0}F^G = \{0\}; 2) 如果 E 是有限维的,则 F=L(E)F = \mathscr{L}(E) 和 FG=C.1EF^G = \mathbf{C}.1_E。

将A)的结果应用代入酉表示λ\lambda,我们得到以下定理:

设u∈L2(E)u \in \mathscr{L}^2(E),并令AuA_u为E的自同态π(g) uπ(g)−1\pi(g)\ u\pi(g)^{-1}的集合的L2(E)\mathscr{L}^2(E)的闭凸包络,其中g穿过G。如果E是无限维的,则我们有0∈Au0 \in A_u。如果 E 是维数 d 的有限维,则 AuA_u 中存在唯一的位似,即 u 的投影 1d Tr⁡(u). 1E\frac{1}{d}\ \operatorname{Tr}(u).\ 1_E 到 L2(E)\mathscr{L}^2(E) 的子空间 C.1E\mathbf{C}.1_E。 \*

C) 紧凑群的哈尔测度:

设 G 为紧群,并令 E = C(G,R)\mathscr{C}(G, \mathbf{R}) 为 G 上所有实值连续函数的 Banach 空间,赋予范数

∥f∥=sup⁡x∈G∣f(x)∣. \| f \| = \sup_{x \in G} |f(x)| .

对于所有x∈Gx \in G,我们通过公式对E进行定义自同构γx\gamma_x和δx\delta_x

γxf(y)=f(x−1y),δxf(y)=f(yx) \gamma_x f(y) = f(x^{-1}y) , \quad \delta_x f(y) = f(yx)

(y∈G, f∈Ey \in G,\ f \in E)。

令f∈Ef \in E、Γf\Gamma_f(或Δf\Delta_f)表示封闭凸包络i。当 x 范围大于 G 时,所有函数 γxf\gamma_x f(或 δxf\delta_x f)中的集合的 E。我们将证明存在唯一常数函数 μ(f)\mu(f) 属于到 Γf\Gamma_f,唯一常数函数 μ′(f)\mu'(f) 属于到 Δf\Delta_f,并且这些常数相等。

很明显,G 上的连续函数在 E 的自同构 γx\gamma_x(或 δx\delta_x)下是不变的当且仅当它是常数。现在,G 中 x 的所有函数 γxf\gamma_x f(分别为 δxf\delta_x f)中的集合在 E 中是紧致的,因为从 G 到 E 的映射 x↦γxfx \mapsto \gamma_x f(分别为 x↦δxfx \mapsto \delta_x f)是连续的(GT,X, § 3, No. 4,第 3 个)。由此可见(II,p. 25,命题 3),对于由范数定义的拓扑,Γf\Gamma_f(分别为 Δf\Delta_f)在 E 中为紧集,因此对于 σ(E,E′)\sigma(E, E')。作者:Ryll-Nardzewski。 (IV,p. 43,第2),Γf\Gamma_f和Δf\Delta_f存在常数函数。尚待证明,如果c1∈Γfc_1 \in \Gamma_f和c2∈Δfc_2 \in \Delta_f是常数,则c1=c2c_1 = c_2。

让ε>0\varepsilon > 0。到假设时,G 中存在点 x1,...,xn, y1,...,ynx_1, ..., x_n,\ y_1, ..., y_n 且正实数 λ1,...,λn, μ1,...,μm\lambda_1, ..., \lambda_n,\ \mu_1, ..., \mu_m 使得

λ1+⋯+λn=μ1+⋯+μm=1. \lambda_1 + \cdots + \lambda_n = \mu_1 + \cdots + \mu_m = 1 .
sup⁡x∈G∣∑i=1nλif(xix)−c1∣≤ε, \sup_{x \in G} \left| \sum_{i=1}^n \lambda_i f(x_i x) - c_1 \right| \leq \varepsilon ,
sup⁡x∈G∣∑j=1mμjf(xyj)−c2∣≤ε. \sup_{x \in G} \left| \sum_{j=1}^m \mu_j f(xy_j) - c_2 \right| \leq \varepsilon .

输入r=∑i,jλiμjf(xiyj)r = \sum_{i,j} \lambda_i \mu_j f(x_i y_j)。然后r−c1=∑j=1mμjajr - c_1 = \sum_{j=1}^m \mu_j a_j与aj=∑i=1nλif(xiyj)−c1a_j = \sum_{i=1}^n \lambda_i f(x_i y_j) - c_1;根据 (7),我们有 ∣aj∣≤ε|a_j| \leq \varepsilon 对应 1≤j≤m1 \leq j \leq m,因此有 ∣r−c1∣≤ε|r - c_1| \leq \varepsilon。同样,我们证明不等式∣r−c2∣≤ε|r - c_2| \leq \varepsilon,因此∣c1−c2∣≤2ε|c_1 - c_2| \leq 2\varepsilon。由于 ε\varepsilon 是任意的,因此我们得到 c1=c2c_1 = c_2,正如断言的那样。

通过μ(f)\mu(f)的定义,对于每个ε>0\varepsilon > 0,我们可以在G中找到正的数λ1,...,λn\lambda_1, ..., \lambda_n,其中和1和元素x1,...,xnx_1, ..., x_n,使得∣∑i=1nλif(xix)−μ(f)∣≤ε\left| \sum_{i=1}^n \lambda_i f(x_i x) - \mu(f) \right| \leq \varepsilon对于所有x∈Gx \in G。

直接的对于E中的f,gf, g和每个标量λ\lambda,我们有Γf+g⊂Γf+Γg\Gamma_{f+g} \subset \Gamma_f + \Gamma_g和Γγf=λΓf\Gamma_{\gamma f} = \lambda \Gamma_f,因此我们有关系μ(f+g)=μ(f)+μ(g)\mu(f+g) = \mu(f) + \mu(g)和μ(λf)=λμ(f)\mu(\lambda f) = \lambda \mu(f)。因此,从 E 到 R\mathbf{R} 的映射 μ:f↦μ(f)\mu : f \mapsto \mu(f) 是紧致空间 G (IV, p. 40) 上的平均值; 在其他情况下,字μ\mu是G上的正测度,使得μ(G)=1\mu(G) = 1。

μ\mu在GG的左平移下不变是直接的,等式μ(f)=μ′(f)\mu(f) = \mu'(f)意味着μ\mu在右平移下也是不变的。 \* 在其他字中,μ\mu 是 GG 上的左度量和右度量(INT,VII, § 1, No. 2,定义 2)。 \*

*D) 不变测度的存在:

令XX为豪斯多夫拓扑空间,μ\mu为XX的正有界测度,GG群为XX的同胚。假设对于所有g∈Gg \in G,映射g:X→Xg : X \to X下μ\mu的测度g.μg.\mu、像为基μ\mu。令ugu_g为XX上的μ\mu可积正函数,使得g.μ=ug.μg.\mu = u_g.\mu。还假设XX上存在两个正的μ\mu、可积函数、ϕ\phi和ψ\psi,它们不是μ\mu-空,并且使得ϕ≤ug≤ψ\phi \leq u_g \leq \psiμ\mu-对于所有g∈Gg \in G来说几乎无处不在。我们将证明XX上存在正有界测度ν≠0\nu \neq 0,其中基μ\mu,且在GG下不变。

Let PP be the subset of the Banach space E=L1(X,μ)E = L^1(X, \mu) consisting of classes of functions ff such that ϕ≤f≤ψ\phi \leq f \leq \psi μ\mu-almost everywhere. 那么PP对于弱化的拓扑σ(E,E′)\sigma(E, E')来说是紧致的。 The mapping h↦h.μh \mapsto h.\mu from PP into the Banach space F=Mb(X)F = \mathscr{M}^b(X) of bounded real measures on XX, is a bijection from PP onto a subset P1P_1 of EE which is convex and compact for the topology σ(F,F′)\sigma(F, F'). 由假设,g.μ∈P1g.\mu \in P_1 为所有 g∈Gg \in G。 令KK为所有测度g.μg.\mu的集合的封闭凸包络。 对于所有g∈Gg \in G,映射ν↦g.ν\nu \mapsto g.\nu是KK的等距仿射变换。 作者:Ryll-Nardzewski。 (IV,p. 43,th.2),存在一个测度ν∈K\nu \in K,它在GG下不变。 我们有ϕ.μ≤ν\phi.\mu \leq \nu,因此有ν≠0\nu \neq 0。 \*

Exercises

习题

参见习题附录 0。

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