Bourbaki

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§ 2。 线性形式在 RIESZ 空间

1. Riesz 空间呈阳性线性形式

我们回忆一下以下定义(TVS,II, §2, No. 5):

定义 1 08KI

给定一个有序的向量空间 E,如果对于 E 中的每个 x≥0x \geq 0 都有L(x)≥0L(x) \geq 0,则 E 上的线性形式 L 被认为是正数。

被以下引用 2

被以下引用 III § 1. 。局部紧凑措施空间, 命题 9, III § 1

由于L(y)−L(x)=L(y−x)L(y) - L(x) = L(y - x),关系x≤yx \leq y意味着L(x)≤L(y)L(x) \leq L(y),或者LL在E上是递增函数,这也是一样的。

例 1 08KJ

设 A 为任意集合,E 是 A 上定义的所有实值函数的空间 RA\mathbf{R}^A 的线性子空间。对于每个元素 a∈Aa \in A,映射 x↦x(a)x \mapsto x(a) 是 E 上的正线性形式。

被以下引用 1

被以下引用 例 3

例 2 08KK

令I=[a,b]I = [a, b]为R\mathbf{R}的紧区间,E由I上的规范实值函数形成的Riesz空间(FRV,II, §1, No. 3); 映射 x↦∫abx(t) dtx \mapsto \int_a^b x(t) \, dt 是 E 上的正线性形式。

例 3 08KL

设 F 为 F 上的任意集合、U\mathscr{U} 超滤器(GT、I, §6, No. 4),E 为 F 上有界实值函数的 Riesz 空间 B(F)\mathscr{B}(F)。对于每个 x∈Ex \in E,lim⁡Ux(t)\lim_{\mathscr{U}} x(t) 都存在,因为x(U)x(\mathscr{U})是超滤器相对于紧集x(F)x(F)的基,因此是收敛的。此外,如果x≥0x \geq 0则lim⁡Ux(t)≥0\lim_{\mathscr{U}} x(t) \geq 0乘以不等式扩张的原理;因此映射x↦lim⁡Uxx \mapsto \lim_{\mathscr{U}} x是E上的正线性形式。如果将U\mathscr{U}视为由集合包含元素a∈Fa \in F形成的超滤器,则恢复正线性形式 x↦x(a)x \mapsto x(a)(例1)。

引用了 1

引用了 例 1

命题 1 08KM

令E为E到R\mathbf{R}的有序向量空间、L映射,使得L(x+y)=L(x)+L(y)L(x + y) = L(x) + L(y)并且关系x≥0x \geq 0蕴含L(x)≥0L(x) \geq 0;然后对于每个标量 λ\lambda 和每个 x≥0x \geq 0 L(λx)=λL(x)L(\lambda x) = \lambda L(x)。

被以下引用 1

被以下引用 命题 3

由于L(−x)=−L(x)L(-x) = -L(x)(LL是R\mathbf{R}中加法群E的表示),我们可以将自己限制在λ≥0\lambda \geq 0的情况。对于每个整数n≥0n \geq 0,我们有L(nx)=nL(x)L(nx) = nL(x),从而L((1/n)x)=(1/n)L(x)L((1/n)x) = (1/n)L(x),因此对于每个有理数r≥0r \geq 0,我们有L(rx)=rL(x)L(rx) = rL(x)。另一方面,E 中的LL 是递增;如果rr和r′r'是有理数数使得r≤λ≤r′r \leq \lambda \leq r',则有rL(x)≤L(λx)≤r′L(x)rL(x) \leq L(\lambda x) \leq r'L(x);由于 rL(x)rL(x) 和 r′L(x)r'L(x) 与 λL(x)\lambda L(x) 的差异尽可能小,因此我们有 L(λx)=λL(x)L(\lambda x) = \lambda L(x)。

命题 2 08KN

令 E 为实数向量空间,C 一个在 E 中顶点为 0 的凸锥体,使得 E=C−CE = C - C,并且将 C 的 x↦M(x)x \mapsto M(x) 映射放入R\mathbf{R},使得M(λx+μy)=λM(x)+μM(y)M(\lambda x + \mu y) = \lambda M(x) + \mu M(y) 对于所有 x∈Cx \in C, y∈Cy \in C、λ≥0\lambda \geq 0、μ≥0\mu \geq 0。那么,存在且仅有一个线性形式L即扩展M到E。

被以下引用 4

被以下引用 例, 引理, 命题 3, 定理 1, VII § 1

到假设,每个z∈Ez \in E都可以写成z=y−xz = y - x,其中x,yx, y属于到C;此外,如果还有z=y′−x′z = y' - x'和x′∈Cx' \in C,y′∈Cy' \in C,那么

M(y)−M(x)=M(y′)−M(x′)M(y) - M(x) = M(y') - M(x');因为,从关系y−x=y′−x′y - x = y' - x'我们推断出y+x′=x+y′y + x' = x + y',因而M(y)+M(x′)=M(x)+M(y′)M(y) + M(x') = M(x) + M(y')。让我们用M(y)−M(x)M(y) - M(x)的L(z)L(z)公共的值来表示zz的所有表达式作为CC的两个元素的差y−xy - x;立即验证LL是线性形式在EE上延伸MM; LL的唯一性是由CC生成空间EE产生的。

命题 3 08KO

令EE为EE的元素⩾0\geqslant 0的有向有序向量空间、PP集合以及PP的x↦M(x)x \mapsto M(x)映射到R\mathbf{R},其中值 ⩾0\geqslant 0,这样M(x+y)=M(x)+M(y)M(x + y) = M(x) + M(y)适用于PP中的所有x,yx, y。那么,存在且仅有一个正线性形式LL即扩展MM到EE。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 1, 命题 2

被以下引用 § 2. 。 线性形式在 RIESZ 空间, 定理 1, III § 1. 。局部紧凑措施空间

从E=P−PE = P - P开始,与命题2中相同的推理首先证明EE的*加法*映射LL到R\mathbf{R}的存在和唯一性到扩展MM。 命题 1 然后显示对于所有 λ⩾0\lambda \geqslant 0 和所有 x∈Px \in P,L(λx)=λL(x)L(\lambda x) = \lambda L(x),从直接的 LL 是线性形式。

2. 相对有界线性形式

令 EE 为有向有序向量空间。令QQ为EE上*正*线性形式的集合;它是EE的代数对偶E∗E^*的子集(EE上所有线性形式的空间)。对于每个标量λ>0\lambda > 0,Q+Q⊂QQ + Q \subset Q和λQ⊂Q\lambda Q \subset Q是直接的(在其他字中,QQ是E∗E^*中的*凸锥体*)。此外,Q∩(−Q)={0}Q \cap (-Q) = \{0\},因为如果LL和−L-L都是正线性形式,那么L(x)⩾0L(x) \geqslant 0和L(x)⩽0L(x) \leqslant 0对于所有x⩾0x \geqslant 0,从而L(x)=0L(x) = 0对于所有x⩾0x \geqslant 0,因此L=0L = 0(No. 1,提案 3)。 集合 QQ 因此 E∗E^* 上的定义和 序关系 L⩽ML \leqslant M,相当于 « M−LM - L 是 EE » 上的正线性形式,或者再次为 « 对于每个 x⩾0x \geqslant 0, L(x)⩽M(x)L(x) \leqslant M(x) »;对于这个阶结构,E∗E^*的元素⩾0\geqslant 0是正的线性形式(这证明了引入术语的合理性)。令Ω\Omega为QQ生成的E∗E^*的线性子空间,即EE上线性形式的集合,是*两个正数线性形式的差*;当EE是Riesz空间时,我们将给出Ω\Omega的元素的另一个刻画。

定义 2 08KP

给定 Riesz 空间 EE,EE 上的线性形式 LL 被认为是相对有界的,如果对于 EE 中的每个 x⩾0x \geqslant 0,LL 在集合上有界y∈Ey \in E使得∣y∣⩽x|y| \leqslant x.

定理 1 08KQ

1° *在阶中,Riesz 空间 EE 上的线性形式 LL 相对有界,它是两个正线性形式之差是充要的。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 3, II § 1. 。 RIESZ 空间和全格序空间

被以下引用 例, 定理 2, III § 1, 定理 3, III § 1

2° 在 EE 上相对有界线性形式有序向量空间 Ω\Omega 是完全格序的 Riesz 空间。

如果L=U−VL = U - V,其中UU和VV在EE上为正线性形式,关系−x≤y≤x-x \leq y \leq x意味着

−U(x)≤U(y)≤U(x)and−V(x)≤V(y)≤V(x), -U(x) \leq U(y) \leq U(x) \quad \text{and} \quad -V(x) \leq V(y) \leq V(x),

从而∣L(y)∣≤U(x)+V(x)|L(y)| \leq U(x) + V(x)就是直接的;因此,LL是相对有界的。相反,假设 LL 是相对有界的;这一切都归结为证明,存在一个正的线性形式NN,使得N(x)≥L(x)N(x) \geq L(x)对于所有x≥0x \geq 0,因为N−LN - L将是一个正的线性形式。

现在,如果正数线性形式NN有性质,那么对于每个x≥0x \geq 0和0≤y≤x0 \leq y \leq x,我们有N(x)≥N(y)≥L(y)N(x) \geq N(y) \geq L(y),因此N(x)≥sup⁡0≤y≤xL(y)N(x) \geq \sup_{0 \leq y \leq x} L(y);如果我们证明实值函数

x↦M(x)=sup⁡0≤y≤xL(y), x \mapsto M(x) = \sup_{0 \leq y \leq x} L(y),

定义在元素 ≥0\geq 0 的集合 PP EE 上,可以扩展到 EE 上的正线性形式(也表示为 MM),我们将演示定理的第一个部分,并且将此外,还证明了MM是00和LL在Ω\Omega中的上乘。从M(x)≥0M(x) \geq 0到PP,一切都归结为证明

M(x+x′)=M(x)+M(x′) M(x + x') = M(x) + M(x')

对于元素 x≥0, x′≥0x \geq 0,\ x' \geq 0 EE 中的每对(No. 1,提案 3)。 定义,

M(x)+M(x′)=sup⁡0≤y≤xL(y)+sup⁡0≤y′≤x′L(y′)=sup⁡0≤y≤x, 0≤y′≤x′L(y+y′)≤M(x+x′). M(x) + M(x') = \sup_{0 \leq y \leq x} L(y) + \sup_{0 \leq y' \leq x'} L(y') = \sup_{0 \leq y \leq x,\ 0 \leq y' \leq x'} L(y + y') \leq M(x + x').

另一方面,对于每个zz使得0≤z≤x+x′0 \leq z \leq x + x',我们有x+x′=z+ux + x' = z + u和u≥0u \geq 0;由分解引理 (§ 1, No. 1),存在两个元素 y, y′y,\ y',使得 0≤y≤x, 0≤y′≤x′0 \leq y \leq x,\ 0 \leq y' \leq x' 且使得 z=y+y′, u=(x−y)+(x′−y′)z = y + y',\ u = (x - y) + (x' - y');然后

L(z)=L(y)+L(y′)≤M(x)+M(x′), L(z) = L(y) + L(y') \leq M(x) + M(x'),

因此M(x+x′)=sup⁡0≤z≤x+x′L(z)≤M(x)+M(x′)M(x + x') = \sup_{0 \leq z \leq x + x'} L(z) \leq M(x) + M(x'),它完成了定理的第一个部分的证明。此外,我们已经证明 Ω\Omega 是一个 Riesz 空间 并且,对于 EE 上的每个相对有界的线性形式 LL 以及对于每个 x≥0x \geq 0,

(1)

L+(x)=sup⁡0≤y≤xL(y). L^+(x) = \sup_{0 \leq y \leq x} L(y).

仍有待观察 Ω\Omega 是完全晶格有序的;为此,只需证明*正* 线性形式的任何集合 HH,在上面有界并指向关系 ⩽\leqslant,在 Ω\Omega 中具有上界。

更一般地说,我们有以下引理:

引理 08KR

— *令 E 为有向有序向量空间,E∗E^* 其对偶,以正线性形式为正元素进行排序。设(uα)(u_\alpha)是E∗E^*的元素的递增定向族。如果,对于 E 中的每个 x⩾0x \geqslant 0,sup⁡uα(x)<+∞\sup u_\alpha(x) < +\infty,则族 (uα)(u_\alpha) 在 E∗E^* 中有一个至高点 uu,并且,对于 E 中的所有 x⩾0x \geqslant 0,

u(x)=sup⁡αuα(x). u(x) = \sup_{\alpha} u_\alpha(x).
引用了 1

引用了 命题 2

在 E 中所有 x⩾0x \geqslant 0 的集合 P 中,定义映射 uu 乘以公式 (2);对于所有λ⩾0\lambda \geqslant 0和x∈Px \in P来说,直接的等于u(λx)=λu(x)u(\lambda x) = \lambda u(x);为了证明引理因此,根据 No. 1 的命题 2 就足够了

u(x+y)=u(x)+u(y) u(x + y) = u(x) + u(y)

对于P中的x,yx, y。但这就是注意到上的直接的,u(x)=lim⁡uα(x)u(x) = \lim u_\alpha(x)相对于指标的有向集合(单调极限定理)。

从公式 (1) 可以立即推断出,如果 LL 和 MM 是 E 上两个相对有界的线性形式,则对于每个 x⩾0x \geqslant 0,

{sup⁡(L,M)(x)=sup⁡y⩾0, z⩾0, y+z=x(L(y)+M(z))inf⁡(L,M)(x)=inf⁡y⩾0, z⩾0, y+z=x(L(y)+M(z)). \begin{cases} \sup(L, M)(x) = \sup_{y \geqslant 0,\ z \geqslant 0,\ y+z=x} (L(y) + M(z)) \\ \inf(L, M)(x) = \inf_{y \geqslant 0,\ z \geqslant 0,\ y+z=x} (L(y) + M(z)). \end{cases}

特别是,如果在第一个公式中,MM被−L-L替换,我们得到

∣L∣(x)=sup⁡y⩾0, z⩾0, y+z=xL(y−z). |L|(x) = \sup_{y \geqslant 0,\ z \geqslant 0,\ y+z=x} L(y - z).

现在,如果x=y+zx = y + z、y⩾0y \geqslant 0和z⩾0z \geqslant 0,则−x⩽y−z⩽x-x \leqslant y - z \leqslant x;相反,关系∣u∣⩽x|u| \leqslant x意味着L(u)⩽∣L∣(∣u∣)⩽∣L∣(x)L(u) \leqslant |L|(|u|) \leqslant |L|(x)。由此我们推导出公式

∣L∣(x)=sup⁡∣y∣⩽xL(y)for x⩾0, |L|(x) = \sup_{|y| \leqslant x} L(y) \quad \text{for } x \geqslant 0,

从而,特别是,

∣L(x)∣⩽∣L∣(∣x∣) |L(x)| \leqslant |L|(|x|)

对于所有x∈Ex \in E。

命题 4 08KS

— 在阶中,Riesz 空间 EE 上的两个正线性形式 L,ML, M 在空间 Ω\Omega 中彼此互不相容,对于每个数 ε>0\varepsilon > 0 和每个 x≥0x \geq 0 来说,这是充分必要的EE,EE存在两个元素y≥0,z≥0y \geq 0, z \geq 0,使得x=y+zx = y + z和L(y)+M(z)≤εL(y) + M(z) \leq \varepsilon。

被以下引用 2

被以下引用 命题 5, 习题 18, § 1

事实上,通过(3)的第二个公式,这个条件表达了inf⁡(L,M)=0\inf(L, M) = 0。

命题 5 08KT

— 令 LL 为 Riesz 空间 EE 上的正线性形式。 In order that a positive linear form MM on EE belong to the band generated by LL in Ω\Omega, it is necessary and sufficient that, for every x≥0x \geq 0 in EE and every number ε>0\varepsilon > 0, there exist a number δ>0\delta > 0 such that the relations 0≤y≤x0 \leq y \leq x and L(y)≤δL(y) \leq \delta imply M(y)≤εM(y) \leq \varepsilon.

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 推论, II § 1, 定理 1(F.里斯), II § 1, 命题 4

被以下引用 习题 4, § 2, 推论 5, V § 5

让我们首先证明条件是必要的。如果 M≥0M \geq 0 属于到 Ω\Omega 中LL 生成的能带,则(§ 1, No. 5,第 6 条命题的修正)

M=sup⁡n(inf⁡(nL,M)). M = \sup_n \left( \inf(nL, M) \right).

如果有一个集合

Un=M−inf⁡(nL,M), U_n = M - \inf(nL, M),

因而,UnU_n 是EE 上的正线性形式,Ω\Omega 中的inf⁡nUn=0\inf_n U_n = 0;因而,(引理)Un(x)U_n(x)趋于0,而nn趋于无穷大,并且存在nn使得Un(x)≤ε/2U_n(x) \leq \varepsilon/2。固定这样的nn,我们对所有yy有Un(y)≤ε/2U_n(y) \leq \varepsilon/2,这样0≤y≤x0 \leq y \leq x,因此关系0≤y≤x0 \leq y \leq x意味着

M(y)≤ε2+inf⁡(nL,M)(y)≤ε2+nL(y); M(y) \leq \frac{\varepsilon}{2} + \inf(nL, M)(y) \leq \frac{\varepsilon}{2} + nL(y);

如果yy满足L(y)≤ε/2nL(y) \leq \varepsilon/2n,则M(y)≤εM(y) \leq \varepsilon成立,从而建立了我们的断言。

现在让我们证明条件就足够了。对于EE上的每个正线性形式MM,可以写出M=U+VM = U + V,其中UU属于属于Ω\Omega中LL生成的带,其中VV与LL、UU不相容, VV 为正(§ 1, No. 5,Th.1)。如果MM满足条件或叙述,那么V=M−UV = M - U也满足,因为0≤V≤M0 \leq V \leq M。由此我们将推导出V=0V = 0。对于EE中的每个x≥0x \geq 0和每个数η>0\eta > 0,存在EE的两个元素y≥0,z≥0y \geq 0, z \geq 0,使得x=y+zx = y + z和L(y)+V(z)≤ηL(y) + V(z) \leq \eta(命题4);给定任意数 ε>0\varepsilon > 0、选择 η≤ε\eta \leq \varepsilon,使得关系 0≤u≤x0 \leq u \leq x 和 L(u)≤ηL(u) \leq \eta 隐含 V(u)≤εV(u) \leq \varepsilon;然后按照上面的方法确定 yy 和 zz,我们有 L(y)≤ηL(y) \leq \eta,因此 V(y)≤εV(y) \leq \varepsilon 等等

V(x)=V(y)+V(z)≤ε+η≤2ε; V(x) = V(y) + V(z) \leq \varepsilon + \eta \leq 2\varepsilon;

由于ε\varepsilon是任意的,因此对于每个x≥0x \geq 0,我们都有V(x)=0V(x) = 0,即V=0V = 0。

例 08KU

令 E 为 Riesz 空间,配备与其有序向量空间结构(TVS,II, §2, No. 7)兼容的局部凸拓扑。令E'为E的拓扑对偶,并假设在加法中,E的元素⩾0\geqslant 0的锥体P对于弱化的拓扑*σ(E,E′)\sigma(E, E')来说是*完全的。那么每个连续的线性形式x′∈E′x' \in E'都是*相对有界的*,因为我们知道(TVS,II, §6, No. 8,第11号命题的Cor.2),在这些条件下,对于y∈Ey \in E的E集合中的每个x⩾0x \geqslant 0,使得∣y∣⩽x|y| \leqslant x是*紧凑* σ(E,E′)\sigma(E, E')。由此我们推断 E 是“完全晶格有序的”;对于(§1§ 1,No. 3,命题 2),足以证明对于上面有界并指向⩽\leqslant、截面滤波器F\mathscr{F} 的每个集合H⊂EH \subset E,H 的拓扑*在 E 中*收敛σ(E,E′)\sigma(E, E')(后者与E的有序向量空间结构兼容)。通过翻译,我们可以假设H⊂PH \subset P,然后就足以证明F\mathscr{F}是σ(E,E′)\sigma(E, E')的*柯西滤波器*,或者再次证明每个连续的线性形式x′∈E′x' \in E'相对于F\mathscr{F}都有极限。但是,当x′x'是*正*线性形式时,这立即从单调极限定理得出,并且由于每个线性形式x′∈E′x' \in E'都是两个正线性形式(Th.1)的差,因此我们的断言得到了证明。

习题

引用了 3

引用了 § 2. 。 线性形式在 RIESZ 空间, 命题 2, 定理 1

习题

请参阅习题为 § 2。

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。