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§ 1。 RIESZ 空间和全格序空间
1. 里斯的定义空间
回想一下,在集合 E 上,向量空间结构超过域 R 和阶结构被认为是兼容的,如果它们满足以下两个公理:
(OVS_I) 关系 x≤y 意味着 x+z≤y+z 对于所有 z∈E。
(OVS_{II}) 关系 x≥0 意味着 λx≥0 对于每个标量 λ>0。
空间 E,配备这两个结构,称为*有序向量空间*(TVS,II, §2, No. 5)。
Axiom(OVS_I)表示E上的阶结构和加法群结构是兼容的,在其他字中,E配备了这两个结构,是一个*有序的群*(A,VI, §1, No. 1)。
公理 (OVS_I) 意味着关系 x≤y 和 x+z≤y+z 是等价的。类似地,从(OVS_{II})可以得出,对于每个标量λ>0,关系x≤y和λx≤λy是等价的,因为λ−1>0和关系λx≤λy意味着λ−1(λx)≤λ−1(λy)。因此,我们可以说,在有序的向量空间中,比率>0的平移和同位是阶结构的自同构;这一事实也由说表达,阶在每个翻译和比率 >0 的每个位似下都是“不变”。此外,E 的阶结构与阶结构的对称性x↦−x 是同构。
有序向量空间被认为是 Riesz 空间(或晶格有序向量空间)*1 如果其阶结构是晶格排序(也就是说,如果元素的每个对 E 的 x,y 具有上界 sup(x,y) 和下确界 inf(x,y) )。2
(1) 也称为“向量格子”。
(2)Borne superérieure(supremum)又译为“最少上界”(S、R、§6、7)。同样,borne inférieure(infimum)也被翻译为“下确界”。
在任意集合 A 上定义的所有实值函数的空间 RA 是 Riesz 空间(对于序关系 ⟨x(t)≤y(t) for all t∈A⟩);例如,在 A 上定义的任意两个实数值函数 x,y 的上界(或下确界)等于映射 t↦sup(x(t),y(t))(或 t↦inf(x(t),y(t)))。
也可以说,Riesz 空间是向量空间 E 配备阶结构,这样,一方面,E 的结构和加法群结构定义 E (A, VI, §1, No. 9) 上的*格序群* 结构,另一方面满足公理 (OVSII)。
因此,格序群的所有性质都适用于Riesz空间;我们将在这里回顾主要的(cf. A,VI, §1,第 9 到 12 个),并指出从公理(OVSII)流出的推论。
我们首先记得写x+=sup(x,0)(x的*正部分*)、x−=(−x)+=sup(−x,0)(x的*负部分*)、∣x∣=sup(x,−x)(x的*绝对值*);然后x=x+−x−和∣x∣=x++x−;这里,这两个关系相当于
x+=21(∣x∣+x),x−=21(∣x∣−x).
关系 x≤y 相当于 ⟨x+≤y+ and x−≥y−⟩。对于任何 x 和 y,*三角形不等式* 成立:
(1)
∣x+y∣≤∣x∣+∣y∣.
根据>0的每位似下阶的不变性,
(2)
sup(λx,λy)=λsup(x,y)for all λ≥0.
特别是,
(3)
(λx)+=λx+,(λx)−=λx−for all λ≥0.
另一方面,对于λ<0,我们有(λx)+=(−λx)−=∣λ∣x−和(λx)−=(−λx)+=∣λ∣x+;由此可见,对于每个λ∈R和每个x∈E,
(4)
∣λx∣=∣λ∣⋅∣x∣.
阶在平移下的不变性表明,对于所有z∈E,
(5)
sup(x+z,y+z)=z+sup(x,y), 从而,特别是,
(6)
sup(x,y)=x+(y−x)+=21(x+y+∣x−y∣).
我们有关系
(7) inf(x,y)=−sup(−x,−y),
(8) sup(x,y)+inf(x,y)=x+y.
如果 x,y,z 是 ≥0 则(A,VI, §1, No. 12,命题 11)
(9) inf(x+y,z)≤inf(x,z)+inf(y,z).
如果 A 和 B 是 E 的两个子集,每个都有一个上界,那么 A + B 也有一个上界,并且
(10) sup(A+B)=supA+supB.
如果 inf(∣x∣,∣y∣)=0,E 中的两个元素 x,y 被认为是异类3(彼此);根据(8),该关系等价于sup(∣x∣,∣y∣)=∣x∣+∣y∣,并且根据(6),等价于∣∣x∣−∣y∣∣=∣x∣+∣y∣; 0 是唯一一个与自身无关的元素;对于每个x∈E、x+和x−都是外星人,并且可以被表征为唯一的外星人元素y≥0,z≥0使得x=y−z。如果y与x不相容,那么每个z∈E使得∣z∣≤∣y∣也与x不相容。如果y和z与x不相容,那么∣y∣+∣z∣也不相容,不等式 (9);特别是,对于每个整数 n>0,n∣y∣ 与 x 是陌生的,由此得出,对于每个标量 λ,λy 与 x 是陌生的,因为存在整数 n 使得∣λ∣≤n、从而∣λy∣≤n∣y∣。如果 E 的子集 A 由与 x 不同的元素组成,并且如果 A 有一个上界,那么该上界也与 x 不同(A,VI, §1, No. 12,第 13 条命题的 Cor.)。
最后,我们有分解引理(A,VI, §1, No. 10,Th.1):
如果* (xi)i∈I,(yj)j∈J 是 E 的元素 ≥0 中的两个有限序列,使得 ∑i∈Ixi=∑j∈Jyj,*则存在元素* ≥0 的有限序列 (zij)(i,j)∈I×J ,使得 xi=∑j∈Jzij 对于所有 i∈I,*和* yj=∑i∈Izij 对于所有 j∈J。
引用了 3
引用了 VI § 1. 。向量值函数的积分, 命题 11, VI § 1, 定理 1, VI § 1
2. 由正元素生成 Riesz 空间
令 E 为有序向量空间; E 的元素 ≥0 的集合 P 是顶点为 0 的凸锥体,即 (TVS, II, §2, No. 4), 集合使得
3原文为étrangers,又译为“coprime”(A、VI, §1, No. 12);还使用项“正交”、“不相交的”和“互奇异”。
P + P ⊂ P 和 λP ⊂ P 对于所有 λ > 0。相反,如果在 R 上的向量空间 E 中,P 是一个顶点为 0 的凸锥体,使得 P∩(−P)={0}(在其他字中,一个*尖的*和*真*凸锥体),人们知道(*loc.cit.*) 关系y−x∈P是序关系(表示为x≤y)与E的向量空间结构兼容。为此阶结构到定义a Riesz空间 结构对于E,有必要且充分:
1∘ P 生成 E,即每个 z∈E 都是形式 y−x,其中 x 和 y 属于到 P;
2∘ P满足以下两个条件之一: a) P 的元素中的每一个对在P中都有上界; b) P 的元素中的每个对在 P 中都有一个下确界(A,VI, §1, No. 9,命题 8)。
3. 完全格序空间
如果上面有界的 E 的每个非空子集在 E 中都有上界,则称 Riesz 空间 E 是完全格序的。
直接的,在完全格序的空间 E 中,下界的每个非空子集在 E 中都有下确界。
— 1) 如果 A 是在 A 上定义的实值函数的任何集合、空间 RA 是完全格序的,则其上界的族的 RA 中的上界是其*上包络*(GT,IV, §5, No. 5)。
2) 令F为任意集合; F 上*有界*实值函数的空间B(F),配备由RF诱导的阶结构,是完全格序的。然而,如果 F 是拓扑空间,则 F 上*连续*实值函数的空间 C(F)(配有由 RF 诱导的阶结构)是一个 Riesz 空间,通常不是完全晶格有序的(cf. 锻炼。13)。考虑例F=R的情况;令I为区间]0, 1[,φII的特征函数,并令H为连续函数x(t)的集合,使得x≤φI;很明显,H 在 C(F) 中有界。 函数φI是x∈H的*上包络*,但它不是它们在C(F)中的上界,因为φI是下半连续但不连续。让我们证明,事实上,H 在 C(F) 中没有上界;只要证明,如果u是一个连续的函数使得u≥φI,那么存在一个连续的函数v=u使得u≥v≥φI。现在,u(0)≥1,因此存在数α>0,使得u(t)>0对应于−α≤t≤0;如果 w 是连续函数,零在区间]−α,0 之外,且在该区间上有 0<w(t)<u(t),则函数 v=u−w 满足要求。
引用了 1
引用了 IV § 5. 。可测量函数和集合
对于有序向量空间 E 来说,它是完全格序的,E 是 Riesz 空间并且它是满足以下两个条件之一是必要且充分的:
被以下引用 1
被以下引用 推论 2, IV § 3
a) E 的非空子集 A、元素 ≥0 的由……组成,其上界有界并指向关系 ≤,在 E 中有上界;
b) 每非空子集 A、*由……组成 of 元素* ⩾0 of E 并针对关系 ⩾,*有下确界* E。
条件显然是必要的。相反,假设 E 是 Riesz 空间满足条件 a)。令 B 为上面有界的 E 的非空子集; B的有限子集上位的集合C由……组成针对关系⩽;设a为x∈C的元素和Ca集合之一,即⩾a;如果我们证明Ca有上界,那么它也将是B的上界。现在,Ca−a是元素⩾0的集合,以上面为界并指向关系⩽;因此它有一个上界b,因而a+b是Ca的上界。
另一方面,条件 b) 蕴含 a):对于,如果 F 是 E 的元素 ⩾0 的非空集合,在上面有界并指向 ⩽,并且如果 c 是上界对于F,则c−F是元素⩾0中的集合,指向⩾;如果它有下确界m,则c−m是F的上确界。
— 让 E 成为配备有与其订购的向量空间结构(TVS,II, §2, No. 7)兼容的 Hausdorff 拓扑的 Riesz 空间。 如果,对于每个集合 H⊂E ,其上界为关系 ⩽,* H *的 截面滤波器是收敛的,则 E 是完全格序的。
引用了 1
引用了 II § 2. 。 线性形式在 RIESZ 空间
事实上,我们知道H的截面滤波器的极限是E中H的上界(TVS,II, §2, No. 7,第18条命题)。
4. 全格序空间的子空间和乘积空间
令E为完全格序空间,H为E的线性子空间。由E在H上诱导的阶结构与H的向量空间结构兼容,但如此定义的有序向量空间H*不一定是完全晶格有序的空间*。
更准确地说,可能会发生 H 不是 Riesz 空间(示例 2),或者 H 是 Riesz 空间但不是完全格序的:后者是空间 B(R) 的子空间 C(R) 的情况(No. 3,例2)。
此外,如果 H 是 Riesz 空间(完全格序或非完全格序),则 H 的两个元素的上界 in H 可能与它们的上界 in E 不同(Exer. 3 b)。最后,H可能是完全格序的,H的每个*有限*子集的上界在E和H中是相同的,但是存在H的*无限*子集,其上界为H,E和H中的上界是不同的(Exer.13 f))。
令(Eι)ι∈I为有序向量空间的任意族。回想一下,在乘积空间E=∏ι∈IEι中,因子空间的序关系的*乘积*序关系是关系«xι⩽yι for all ι∈I»(S, III, §1, No. 4)。立即验证这个关系与E的向量空间结构兼容; E,配备此结构,称为订购的空间Eι的乘积空间。
令(Eι)ι∈I为有序向量空间的族。对于乘积空间 E=∏ι∈IEι 是 Riesz 空间 (分别是完全格序的空间),空间 Eι 中的每一个都是 Riesz 空间 (分别是完全格序的空间)是充分必要的晶格有序空间).
被以下引用 1
被以下引用 命题 12, VI § 1
让我们只检查完全格序空间的情况。假设所有Eι都是完全晶格有序的;令A为上面有界的E的非空子集,并让a=(aι)为A的上界。对于每个 ι∈I,prιA 的上界为 aι,因此在 Eι 中有一个上界 bι;显然b=(bι)是A在E中的上界。
相反,假设 E 是完全晶格有序的。令Aκ为上面有界的Eκ的子集,由x=(xι)形成的E的Aκ′子集,使得xκ∈Aκ和xι=0为ι=κ。 Aκ′在E的上界是直接的,因此有上界b=(bι);通过乘积序关系的定义,对于ι=κ必然是bι=0,bκ是Aκ的上等,从而完成证明。
令E为E的有序向量空间、V和W两个补充线性子空间。有人说E是V和W的有序直和,如果有序向量空间V×W的典范映射(x,y)↦x+y到有序向量空间E是同构。
对于有序向量空间 E 是两个补充线性子空间 V,W 的有序直和,关系 x∈V,y∈W,x+y≥0 隐含x≥0 和y≥0 是充分必要的。
被以下引用 1
被以下引用 定理 1(F.里斯)
由于x≥0和y≥0在E中暗示x+y≥0,叙述中的条件表示元素≥0的(x,y)↦x+y变换集合 V×W 变为集合元素 ≥0 E。
5. 完全晶格有序的能带空间
在完全格序空间 E 中,E 的线性子空间 B 如果满足以下条件,则被称为带: 1) 关系 x∈B,y∈E 和 ∣y∣≤∣x∣ 意味着y∈B; 2) 对于 B 的每个非空子集 X,其边界在 E 中,E 属于到 B 中X 的上等supX。
被以下引用 1
被以下引用 注
在集合A上定义的实值函数空间RA中,函数集合共零子集M点 A是一支乐队。
— *令 E 为完全格序空间,A E 由……组成元素 ⩾0 的非空子集,使得:1) A+A⊂A 和 2) 关系 x∈A, 0⩽y⩽x 暗示y∈A。令M为E中的上界集合,其中A的子集在E的上方有界。在这些条件下,E的每个元素x⩾0都可以写成形式y+z,其中y∈M是元素v∈A的上等v⩽x,并且其中z 是元素 ⩾0,对于 M 的每一个元素都是陌生的。
被以下引用 3
被以下引用 推论, 命题 6, 定理 1(F.里斯)
无论如何y⩽x,所以这一切都归结为表明z=x−y对于每个元素t∈A(No. 1)来说都是陌生的,在其他字中u=inf(z,t)是零。通过假设、u∈A和u⩽x−y,因此u+y⩽x;对于每个v∈A,使得v⩽x,乘以定义v⩽y,因此u+v⩽u+y⩽x;从 u+v∈A 到假设,也从 y 到 u+v⩽y 到定义;最后,由于u+y是元素u+v在E中的上等,使得v∈A和v⩽x,我们有u+y⩽y、从而u⩽0,从而完成证明。
在No. 1中回顾过的外星人元素的属性,以及乐队的定义,立即表明A′是一个乐队,因此A′′也是一个乐队。通过命题 5和定义,E的每个元素x⩾0可以写成x=y+z,y∈A′和z∈A′′,y和z为⩾0;因为E的每一个元素都是两个元素⩾0之差,所以我们有E=A′+A′′;另一方面,由于0是唯一一个与自身不相容的元素,所以我们有A′∩A′′={0},这证明E是A′和A′′的直和;最后,由于元素、⩾0的E的A′和A′′的分量是⩾0,E是A′和A′′的有序直和(No. 4,命题 4)。
仍有待证明 A′′ 与 A 生成的带 B 相同。现在,E是B的直和,并且由元素形成的乐队B′对于B的所有元素来说是陌生的;从A⊂B开始,我们有B′⊂A′;另一方面,B⊂A′′和E也是A′和A′′的直和;因此必然是B=A′′,B′=A′。
定理1和命题5使得可以给出由E的元素的集合生成的带的另一个定义:
— *令E为空间、E的完全格序空间、M子集,以及B由M生成的能带。令M1为E的元素⩾0中的集合,其中每个⩽是形式∑i∣xi∣中的一些元素,其中xi∈M;设M2为上面有界的M1的子集的上界集合;那么集合 M2 与 B 元素 ⩾0 集合相同。
引用了 2 · 被以下引用 1
引用了 命题 5, 定理 1(F.里斯)
被以下引用 推论
显然 M2⊂B 乘定义的频带;另一方面,如果B′是元素的带,与M1的每个元素都不相交,则定理1表明E是B和B′的有序直和。但命题 5表明,E的每个元素⩾0是M2的元素和和B′的元素、从而命题。
— *令a为完全格序空间E的元素,Ba由a生成的能带,Ba′与a不同的元素能带。对于E的每个元素x⩾0,Ba中x的分量(对于E的分解,作为Ba和Ba′的有序直和)等于supn∈N(inf(n∣a∣,x)).
引用了 3 · 被以下引用 2
引用了 命题 5, 命题 6, 定理 1(F.里斯)
被以下引用 命题 5, II § 2, 推论 2, V § 5
这是从命题 6 开始,应用于 M={a} 和命题 5。
注 a 和 ∣a∣ 生成的能带是相同的。如果a和b是E中互不相干的两个元素,并且如果A和B分别是由a和b生成的能带,则A中的每个元素对于 B 中的每一个元素都是陌生的;因为,b属于对于元素的A′来说是陌生的a,从而B⊂A′,并且,到定理1,A的每一个元素对于每一个来说都是陌生的元素共 A′。
习题
参见习题为 § 1。