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§ 6。局部凸空间上的测度和测度
在整个截面中,仅考虑实数中超过域的向量空间。局部凸空间是指R \mathbf{R} R 上的拓扑向量空间,即豪斯多夫且局部凸。局部凸空间 E 的拓扑对偶将表示为 E ′ E' E ′ ;对于x ∈ E x \in E x ∈ E 和x ′ ∈ E ′ x' \in E' x ′ ∈ E ′ ,写为⟨ x , x ′ ⟩ = x ′ ( x ) \langle x, x' \rangle = x'(x) ⟨ x , x ′ ⟩ = x ′ ( x ) 。
1. 局部凸空间的 Promeasures
令 E 为局部凸空间。我们用有限余维的E的闭合线性子空间的F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 集合表示,按关系⊃ \supset ⊃ 排序。对于每个V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) ,p V p_V p V 表示E到E / V E/V E / V 的典范映射。令V和W为F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 的两个元素,使得V ⊃ W V \supset W V ⊃ W ;我们用 E / W E/W E / W 的 p V W p_{VW} p V W 映射表示为通过商从 E 的恒等映射推导出来的 E / V E/V E / V 。族Q ( E ) = ( E / V , p V W ) \mathscr{Q}(E) = (E/V, p_{VW}) Q ( E ) = ( E / V , p V W ) 是局部凸空间的逆系,由F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 索引。它被称为 E* 的有限维商的 *逆系。
可以证明,逆系 Q ( E ) \mathscr{Q}(E) Q ( E ) 的逆极限与E ′ E' E ′ 的代数对偶E ′ ∗ E'{}^* E ′ ∗ 自然同构,并配备弱拓扑 σ ( E ′ ∗ , E ′ ) \sigma(E'{}^*, E') σ ( E ′ ∗ , E ′ ) 。
设E E E 为局部凸空间。在 E E E 的有限维商的逆系上,每逆系( 1 ) ^{(1)} ( 1 ) 的测度(§ 4, No. 2,定义 1)对 E E E 调用 promeasure。
引用了 2 引用了 定义 1, IX § 4 , 命题 7
在其他字中,E E E 上的promeasureμ \mu μ 是一个族( μ V ) V ∈ F ( E ) (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} ( μ V ) V ∈ F ( E ) ,其中μ V \mu_V μ V 是有限维空间E / V E/V E / V 上的有界(正)测度,并且当V ⊃ W V \supset W V ⊃ W 时μ V = p V W ( μ W ) \mu_V = p_{VW}(\mu_W) μ V = p V W ( μ W ) 。所有措施 μ V \mu_V μ V 具有相同的总质量,称为前措施 μ \mu μ 的*总质量*。
对于E E E 的子空间V V V 到属于到F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) ,存在E ′ E' E ′ 的元素x 1 ′ , … , x n ′ x'_1, \ldots, x'_n x 1 ′ , … , x n ′ 的有限数是充分必要的,使得V V V 由x ∈ E x \in E x ∈ E 组成满足 ⟨ x , x i ′ ⟩ = 0 \langle x, x'_i \rangle = 0 ⟨ x , x i ′ ⟩ = 0 for 1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n (TVS、II, § 6, No. 3、第 1 条的 Cor.2 和 No. 5、第 7 号提案的 Cor.2)。此外,在有限维向量空间上存在且仅有一个豪斯多夫拓扑向量空间拓扑(TVS,I, § 2, No. 3,Th.2)。因而,E E E 的promeasure概念仅取决于E E E 的对偶E ′ E' E ′ 。
令 λ \lambda λ 为 E E E 上的有界测度。对于每个V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) ,让我们用E E E 的典范映射p V p_V p V 到E / V E/V E / V 下的λ \lambda λ 的λ ~ V \widetilde{\lambda}_V λ V 像来表示。对于 F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 中的任意两个元素 V V V 和 W W W ,一个人有p V = p V W ∘ p W p_V = p_{VW} \circ p_W p V = p V W ∘ p W ,使得 V ⊃ W V \supset W V ⊃ W ;因而,族λ ~ = ( λ ~ V ) V ∈ F ( E ) \widetilde{\lambda} = (\widetilde{\lambda}_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} λ = ( λ V ) V ∈ F ( E ) 是E E E 的赞成计划。我们可以说λ ~ \widetilde{\lambda} λ 是与措施λ \lambda λ *相关联的promeasure。人们立即看出 λ \lambda λ 和 λ ~ \widetilde{\lambda} λ 具有相同的总质量。
设E E E 为局部凸空间。 映射λ ↦ λ ~ \lambda \mapsto \widetilde{\lambda} λ ↦ λ 是E E E 上有界措施集合双射到E E E 满足上的优惠措施( μ V ) V ∈ F ( E ) (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} ( μ V ) V ∈ F ( E ) 集合以下条件:
对于每个 ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 ,都存在 E E E 的紧凑子集 K K K ,使得 μ V ( E / V − p V ( K ) ) ≤ ε \mu_V(E/V - p_V(K)) \leq \varepsilon μ V ( E / V − p V ( K )) ≤ ε 对于所有 V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) 。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 定理 1(普罗霍罗夫), IX § 4 , 命题 2
被以下引用 定理 2(米洛斯)
已知E E E 上连续的线性形式的核的交等于0(TVS,II, § 4, No. 1,第2条命题的Cor.1);因而⋂ V ∈ F ( E ) V = { 0 } \bigcap_{V \in \mathscr{F}(E)} V = \{0\} ⋂ V ∈ F ( E ) V = { 0 } 和家庭( p V ) V ∈ F ( E ) (p_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} ( p V ) V ∈ F ( E ) 既是连贯又是分离的。然后从 Th 得出命题。 § 4, No. 2 中的 1 个。
特别地,映射λ ↦ λ ~ \lambda \mapsto \widetilde{\lambda} λ ↦ λ 是单射的。如果μ \mu μ 是E E E 的一个promeasure,并且如果E E E 存在有界测度λ \lambda λ 使得μ = λ ~ \mu = \widetilde{\lambda} μ = λ ,我们会滥用语言说μ \mu μ 是一个测度。如果E E E 是有限维的,则每个promeasureμ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) \mu = (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) 都是一个测度:对于{ 0 } ∈ F ( E ) \{0\} \in \mathscr{F}(E) { 0 } ∈ F ( E ) ,E / { 0 } = E E/\{0\} = E E / { 0 } = E 和p V , { 0 } = p V p_{V,\{0\}} = p_V p V , { 0 } = p V ,从而μ V = p V ( μ { 0 } ) \mu_V = p_V(\mu_{\{0\}}) μ V = p V ( μ { 0 } ) 对于所有V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) ;在其他字,μ = λ ~ \mu = \widetilde{\lambda} μ = λ 与λ = μ { 0 } \lambda = \mu_{\{0\}} λ = μ { 0 } 。
(1) 也称为“射影系统”。
对于每个t ∈ T t \in T t ∈ T ,令ε t \varepsilon_t ε t 为E上的线性形式f ↦ f ( t ) f \mapsto f(t) f ↦ f ( t ) 。我们知道(TVS,II, §6, No. 6,第8条命题的Cor.2)族( ε t ) t ∈ T (\varepsilon_t)_{t \in T} ( ε t ) t ∈ T 是向量空间E ′ E' E ′ 的基。用'T'的有限子集的Φ \Phi Φ 集合表示,对于每个J ∈ Φ J \in \Phi J ∈ Φ ,让E J E_J E J 为T上的函数的集合,在J的每个点处为零。让F ∈ F ( E ) F \in \mathscr{F}(E) F ∈ F ( E ) ;由于F的正交F ∘ F^\circ F ∘ 是E ′ E' E ′ 的有限维子空间,因此存在J ∈ Φ J \in \Phi J ∈ Φ ,使得F ∘ F^\circ F ∘ 包含在由ε t \varepsilon_t ε t 为t ∈ J t \in J t ∈ J 生成的E ′ E' E ′ 的线性子空间G中。从F ∘ ⊂ G F^\circ \subset G F ∘ ⊂ G 开始,我们有E J = G ∘ ⊂ F ∘ ∘ = F E_J = G^\circ \subset F^{\circ\circ} = F E J = G ∘ ⊂ F ∘∘ = F ,可数族( E J ) J ∈ Φ (E_J)_{J \in \Phi} ( E J ) J ∈ Φ 在F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 中并列。 命题然后从 Th 开始。 §4, No. 3 中的 2 个。
2. 像的优惠措施
设E和E 1 E_1 E 1 是两个局部凸空间,u u u 是E到E 1 E_1 E 1 的连续线性映射。对于E 属于到F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 的每个V 1 ∈ F ( E 1 ) V_1 \in \mathscr{F}(E_1) V 1 ∈ F ( E 1 ) 、子空间V = u ‾ − 1 ( V 1 ) V = \overline{u}^{-1}(V_1) V = u − 1 ( V 1 ) 和u u u 定义,通过商,将E / V E/V E / V 的线性映射u V 1 u_{V_1} u V 1 代入E 1 / V 1 E_1/V_1 E 1 / V 1 。令F ( E 1 ) \mathscr{F}(E_1) F ( E 1 ) 中的V 1 V_1 V 1 和W 1 W_1 W 1 使得V 1 ⊃ W 1 V_1 \supset W_1 V 1 ⊃ W 1 ; 集合V = u ‾ − 1 ( V 1 ) V = \overline{u}^{-1}(V_1) V = u − 1 ( V 1 ) 和W = u ‾ − 1 ( W 1 ) W = \overline{u}^{-1}(W_1) W = u − 1 ( W 1 ) 。我们有 V ⊃ W V \supset W V ⊃ W ,还有一个可交换的图表
E → p w E / W → p v w E / V ↓ u ↓ u W 1 ↓ u V 1 E 1 → p w 1 E 1 / W 1 → p v 1 W 1 E 1 / V 1
\begin{array}{ccccc}
E & \xrightarrow{pw} & E/W & \xrightarrow{pvw} & E/V \\
\downarrow u & & \downarrow u_{W_1} & & \downarrow u_{V_1} \\
E_1 & \xrightarrow{pw_1} & E_1/W_1 & \xrightarrow{pv_{1W_1}} & E_1/V_1
\end{array}
E ↓ u E 1 pw p w 1 E / W ↓ u W 1 E 1 / W 1 p v w p v 1 W 1 E / V ↓ u V 1 E 1 / V 1
现在让 μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) \mu = (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) 成为 E 上的配度。对于每个 V 1 ∈ F ( E 1 ) V_1 \in \mathscr{F}(E_1) V 1 ∈ F ( E 1 ) ,集合
(1)
ν V 1 = u V 1 ( μ u − 1 ( V 1 ) ) .
\nu_{V_1} = u_{V_1}(\mu_{u^{-1}(V_1)}).
ν V 1 = u V 1 ( μ u − 1 ( V 1 ) ) .
前面图表的交换律表明家庭ν = ( ν V 1 ) V 1 ∈ F ( E 1 ) \nu = (\nu_{V_1})_{V_1 \in \mathscr{F}(E_1)} ν = ( ν V 1 ) V 1 ∈ F ( E 1 ) 是E 1 E_1 E 1 的亲生。我们说ν \nu ν 是u u u 下μ \mu μ 的像,并用u ( μ ) u(\mu) u ( μ ) 表示。
令λ \lambda λ 为E上的有界测度,u ( λ ) u(\lambda) u ( λ ) 为E 1 E_1 E 1 上的测度,即u u u 下λ \lambda λ 的像。如果promeasure μ \mu μ 与λ \lambda λ 关联,则promeasure u ( μ ) u(\mu) u ( μ ) 与u ( λ ) u(\lambda) u ( λ ) 关联。这是从前面的图表的交换律得出的。
让V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) 。 典范映射p V : E → E / V p_V : E \to E/V p V : E → E / V 下的优惠措施μ \mu μ 的E / V E/V E / V 上的像优惠措施与措施μ V \mu_V μ V 相关联的是直接的。
令 u 1 u_1 u 1 为 E 1 E_1 E 1 的连续线性映射变为局部凸空间 E 2 E_2 E 2 。轻松建立关系
( u 1 ∘ u ) ( μ ) = u 1 ( u ( μ ) )
(u_1 \circ u)(\mu) = u_1(u(\mu))
( u 1 ∘ u ) ( μ ) = u 1 ( u ( μ ))
(优惠措施像中的传递性) 。
3. 傅里叶变换的优惠
令 E E E 为局部凸空间,而 μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) \mu = (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) 为 E E E 的等度。对于E E E 上的每个连续线性形式x ′ x' x ′ ,我们用μ x ′ \mu_{x'} μ x ′ 表示R \mathbf{R} R 上的测度,即E E E 上的测度μ \mu μ 的x ′ x' x ′ 下的像。 μ \mu μ 的傅里叶变换是 E ′ E' E ′ 上的函数 F μ \mathscr{F}\mu F μ 定义为
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ R e i t d μ x ′ ( t ) .
(\mathscr{F}\mu)(x') = \int_{\mathbf{R}} e^{it} d\mu_{x'}(t).
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ R e i t d μ x ′ ( t ) .
令 λ \lambda λ 为 E E E 上的有界测度。 λ \lambda λ 的傅里叶变换是 E ′ E' E ′ 上的函数定义为
( F λ ) ( x ′ ) = ∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d λ ( x ) .
(\mathscr{F}\lambda)(x') = \int_E e^{i\langle x, x' \rangle} d\lambda(x).
( F λ ) ( x ′ ) = ∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d λ ( x ) .
令 μ \mu μ 为与 λ \lambda λ 相关的比例。对于每个x ′ ∈ E ′ x' \in E' x ′ ∈ E ′ ,R \mathbf{R} R 上的措施μ x ′ \mu_{x'} μ x ′ 是E E E 上的措施λ \lambda λ 的x ′ : E → R x' : E \to \mathbf{R} x ′ : E → R 下的像;从公式(2)和(3),立即推出F μ = F λ \mathscr{F}\mu = \mathscr{F}\lambda F μ = F λ 。
令 μ \mu μ 为 E E E 的任意比例,并且 u u u 将 E E E 的连续线性映射变为局部凸空间 E 1 E_1 E 1 。用E 1 ′ E'_1 E 1 ′ 的t u ^t u t u 线性映射表示为E ′ E' E ′ ,即u u u 的转置,并用ν \nu ν 表示E 1 E_1 E 1 的比例u ( μ ) u(\mu) u ( μ ) 。对于每个x 1 ′ ∈ E 1 ′ x'_1 \in E'_1 x 1 ′ ∈ E 1 ′ ,我们有t u ( x 1 ′ ) = x 1 ′ ∘ u ^t u(x'_1) = x'_1 \circ u t u ( x 1 ′ ) = x 1 ′ ∘ u ,从而
ν x 1 ′ = x 1 ′ ( ν ) = x 1 ′ ( u ( μ ) ) = ( x 1 ′ ∘ u ) ( μ ) = μ t u ( x 1 ′ ) .
\nu_{x'_1} = x'_1(\nu) = x'_1(u(\mu)) = (x'_1 \circ u)(\mu) = \mu_{^t u(x'_1)}.
ν x 1 ′ = x 1 ′ ( ν ) = x 1 ′ ( u ( μ )) = ( x 1 ′ ∘ u ) ( μ ) = μ t u ( x 1 ′ ) .
因而,
F ( u ( μ ) ) = ( F μ ) ∘ t u .
\mathscr{F}(u(\mu)) = (\mathscr{F}\mu) \circ {}^t u.
F ( u ( μ )) = ( F μ ) ∘ t u .
特别是,让我们将E E E 的u u u 典范映射p V p_V p V 代入E / V E/V E / V (V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) )。 E / V E/V E / V 上的原测度p V ( μ ) p_V(\mu) p V ( μ ) 与测度μ V \mu_V μ V 相关联,t p V ^t p_V t p V 是E / V E/V E / V 到与E ′ E' E ′ 正交于V V V 的子空间 V ∘ V^\circ V ∘ 的对偶的同构。如果通过t p V ^t p_V t p V 将( E / V ) ′ (E/V)' ( E / V ) ′ 与V ∘ V^\circ V ∘ 进行识别,则
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ E ′ / V e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ V ( x )
(\mathscr{F}\mu)(x') = \int_{E'/V} e^{i\langle x, x' \rangle} d\mu_V(x)
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ E ′ / V e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ V ( x )
对于所有x ′ ∈ V ∘ x' \in V^\circ x ′ ∈ V ∘ 。其中一个具有E ′ = ⋃ V ∈ F ( E ) V ∘ E' = \bigcup_{V \in \mathscr{F}(E)} V^\circ E ′ = ⋃ V ∈ F ( E ) V ∘ ,因此前面的公式表征了E ′ E' E ′ 上的函数F μ \mathscr{F}\mu F μ 。最后,如果(5)中的集合x ′ = 0 x' = 0 x ′ = 0 ,则可以看出μ \mu μ 的总质量等于( F μ ) ( 0 ) (\mathscr{F}\mu)(0) ( F μ ) ( 0 ) 。
公式 (5) 允许简化为E E E 是有限维的情况;由于每个有限维空间都同构于空间R n \mathbf{R}^n R n ,我们甚至可以假设存在整数n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 使得E = R n E = \mathbf{R}^n E = R n 。因此,我们必须证明如果μ \mu μ 是R n \mathbf{R}^n R n 上的有界测度(不一定是正数)并且如果
∫ R n e i ⟨ x , y ⟩ d μ ( x ) = 0
\int_{\mathbf{R}^n} e^{i\langle x, y \rangle} d\mu(x) = 0
∫ R n e i ⟨ x , y ⟩ d μ ( x ) = 0
对于R n \mathbf{R}^n R n 上的每个线性形式y y y ,然后μ = 0 \mu = 0 μ = 0 。
对于每个整数 m ⩾ 0 m \geqslant 0 m ⩾ 0 ,令 G m G_m G m 为 R n \mathbf{R}^n R n 的子群 m ⋅ Z n m \cdot \mathbf{Z}^n m ⋅ Z n 。用R n \mathbf{R}^n R n 上连续的函数f f f 的C m \mathscr{C}_m C m 向量空间表示,使得f ( x + a ) = f ( x ) f(x + a) = f(x) f ( x + a ) = f ( x ) 代表x ∈ R n x \in \mathbf{R}^n x ∈ R n 和a ∈ G m a \in G_m a ∈ G m 。根据GT第8条,X, §4, No. 4,C m \mathscr{C}_m C m 中的每一个函数是型x ↦ e 2 π i ⟨ x , q ⟩ x \mapsto e^{2\pi i \langle x, q \rangle} x ↦ e 2 π i ⟨ x , q ⟩ 的函数有限线性组合与q ∈ m − 1 ⋅ Z n q \in m^{-1} \cdot \mathbf{Z}^n q ∈ m − 1 ⋅ Z n 的一致极限。因此,每函数 f ∈ C m f \in \mathscr{C}_m f ∈ C m 就有 μ ( f ) = 0 \mu(f) = 0 μ ( f ) = 0 。
令 f f f 为 R n \mathbf{R}^n R n 上具有紧支撑的连续函数。对于每个整数 m ⩾ 0 m \geqslant 0 m ⩾ 0 ,集合 f m ( x ) = ∑ q ∈ G m f ( x + q ) f_m(x) = \sum_{q \in G_m} f(x + q) f m ( x ) = ∑ q ∈ G m f ( x + q ) 。 直接的,对于每个x ∈ R n x \in \mathbf{R}^n x ∈ R n ,前面的级数只有有限多个项,而f m f_m f m 属于到C m \mathscr{C}_m C m 。此外,很容易看出,序列( f m ) (f_m) ( f m ) 在每个紧集上均匀地趋于f f f ,并且存在一个常数C ⩾ 0 C \geqslant 0 C ⩾ 0 ,使得对于所有m m m 都有∣ f m ∣ ⩽ C |f_m| \leqslant C ∣ f m ∣ ⩽ C 。因而,根据 §5, No. 6 的第 12 号提案,μ ( f ) = lim m → ∞ μ ( f m ) \mu(f) = \lim_{m \to \infty} \mu(f_m) μ ( f ) = lim m → ∞ μ ( f m ) 。从f m ∈ C m f_m \in \mathscr{C}_m f m ∈ C m 开始,我们有μ ( f m ) = 0 \mu(f_m) = 0 μ ( f m ) = 0 ,从而最后μ ( f ) = 0 \mu(f) = 0 μ ( f ) = 0 。因而μ = 0 \mu = 0 μ = 0 。
4. 高斯积分的计算
∫ R ∣ x ∣ n e − x 2 / 2 d x = 2 n + 1 2 Γ ( n + 1 2 )
\int_{\mathbf{R}} |x|^n e^{-x^2/2} dx = 2^{n+1 \over 2} \Gamma \left( {n+1 \over 2} \right)
∫ R ∣ x ∣ n e − x 2 /2 d x = 2 2 n + 1 Γ ( 2 n + 1 ) (6)
∫ R x 2 n e − x 2 / 2 d x = ( 2 π ) 1 / 2 ( 2 n ) ! 2 n n !
\int_{\mathbf{R}} x^{2n} e^{-x^2/2} dx = (2\pi)^{1/2} \frac{(2n)!}{2^n n!}
∫ R x 2 n e − x 2 /2 d x = ( 2 π ) 1/2 2 n n ! ( 2 n )! (7)
∫ R x 2 n + 1 e − x 2 / 2 d x = 0.
\int_{\mathbf{R}} x^{2n+1} e^{-x^2/2} dx = 0.
∫ R x 2 n + 1 e − x 2 /2 d x = 0. (8)
回忆公式
Γ ( s ) = ∫ 0 ∞ u s − 1 e − u d u
\Gamma(s) = \int_0^\infty u^{s-1} e^{-u} du
Γ ( s ) = ∫ 0 ∞ u s − 1 e − u d u (9)
适用于每个实数 s > 0 s > 0 s > 0 (FRV、VII, §1, No. 3、提案 3)。将变量 x = ( 2 u ) 1 / 2 x = (2u)^{1/2} x = ( 2 u ) 1/2 设为变换时,由 (9) 得出
∫ 0 ∞ x n e − x 2 / 2 d x = ∫ 0 ∞ ( 2 u ) n / 2 e − u 1 2 2 1 / 2 u − 1 / 2 d u = 2 n − 1 2 Γ ( n + 1 2 ) ,
\int_0^\infty x^n e^{-x^2/2} dx = \int_0^\infty (2u)^{n/2} e^{-u} {1 \over 2} 2^{1/2} u^{-1/2} du = 2^{n-1 \over 2} \Gamma \left( {n+1 \over 2} \right),
∫ 0 ∞ x n e − x 2 /2 d x = ∫ 0 ∞ ( 2 u ) n /2 e − u 2 1 2 1/2 u − 1/2 d u = 2 2 n − 1 Γ ( 2 n + 1 ) ,
从而公式 (6) 自
∫ R ∣ x ∣ n e − x 2 / 2 d x = 2 ∫ 0 ∞ x n e − x 2 / 2 d x .
\int_{\mathbf{R}} |x|^n e^{-x^2/2} dx = 2 \int_0^\infty x^n e^{-x^2/2} dx.
∫ R ∣ x ∣ n e − x 2 /2 d x = 2 ∫ 0 ∞ x n e − x 2 /2 d x .
公式 (7) 由 (6) 和关系推出
Γ ( n + 1 2 ) = π 1 / 2 ( 2 n ) ! 2 2 n n ! .
\Gamma \left( n + \frac{1}{2} \right) = \pi^{1/2} \frac{(2n)!}{2^{2n} n!}.
Γ ( n + 2 1 ) = π 1/2 2 2 n n ! ( 2 n )! . (10)
对于n = 0 n = 0 n = 0 ,这个关系约化到Γ ( 1 2 ) = π 1 / 2 \Gamma(\frac{1}{2}) = \pi^{1/2} Γ ( 2 1 ) = π 1/2 ,即到FRV的公式(21),VII, §1, No. 3。一般情况下,在考虑到关系 Γ ( x + 1 ) = x ⋅ Γ ( x ) \Gamma(x+1) = x \cdot \Gamma(x) Γ ( x + 1 ) = x ⋅ Γ ( x ) (前述,§1, No. 1)的情况下,n n n 上的归纳紧随其后。
最后,公式 (8) 由函数 x ↦ x 2 n + 1 e − x 2 / 2 x \mapsto x^{2n+1} e^{-x^2/2} x ↦ x 2 n + 1 e − x 2 /2 是奇数这一事实得出。
( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 e i x y d x = e − y 2 / 2 .
(2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} e^{ixy} dx = e^{-y^2/2}.
( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 e i x y d x = e − y 2 /2 . (11)
特别是,
( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 d x = 1.
(2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} dx = 1.
( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 d x = 1.
变量 x ↦ − x x \mapsto -x x ↦ − x 的变换产生
( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 e i x y d x = ( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 e − i x y d x ;
(2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} e^{i xy} dx = (2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} e^{-ixy} dx;
( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 e i x y d x = ( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 e − i x y d x ;
由于 cos u = e i u + e − i u 2 \cos u = \frac{e^{iu} + e^{-iu}}{2} cos u = 2 e i u + e − i u 对于每个复数 u u u ,因而
( 12 ) ( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 e i x y d x = ( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 cos x y d x .
(12) \quad (2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} e^{i xy} dx = (2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} \cos xy \, dx .
( 12 ) ( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 e i x y d x = ( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 cos x y d x .
对于每个整数 n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,集合
g n ( x ) = ( − 1 ) n ( 2 π ) − 1 / 2 ( x y ) 2 n ( 2 n ) ! e − x 2 / 2 .
g_n(x) = (-1)^n (2\pi)^{-1/2} \frac{(xy)^{2n}}{(2n)!} e^{-x^2/2}.
g n ( x ) = ( − 1 ) n ( 2 π ) − 1/2 ( 2 n )! ( x y ) 2 n e − x 2 /2 .
由(7),
( 13 ) ∫ R ∣ g n ( x ) ∣ d x = 1 n ! ( ∣ y ∣ 2 2 ) n
(13) \quad \int_{\mathbf{R}} |g_n(x)| \, dx = \frac{1}{n!} \left( \frac{|y|^2}{2} \right)^n
( 13 ) ∫ R ∣ g n ( x ) ∣ d x = n ! 1 ( 2 ∣ y ∣ 2 ) n
( 14 ) ∫ R g n ( x ) d x = 1 n ! ( − y 2 2 ) n ,
(14) \quad \int_{\mathbf{R}} g_n(x) \, dx = \frac{1}{n!} \left( -\frac{y^2}{2} \right)^n,
( 14 ) ∫ R g n ( x ) d x = n ! 1 ( − 2 y 2 ) n ,
从而
∑ n = 0 ∞ ∫ R ∣ g n ( x ) ∣ d x = e ∣ y ∣ 2 / 2 < + ∞ .
\sum_{n=0}^{\infty} \int_{\mathbf{R}} |g_n(x)| \, dx = e^{|y|^2/2} < +\infty.
n = 0 ∑ ∞ ∫ R ∣ g n ( x ) ∣ d x = e ∣ y ∣ 2 /2 < + ∞.
而且,因为,
( 2 π ) − 1 / 2 e − x 2 / 2 cos x y = ∑ n = 0 ∞ g n ( x ) ,
(2\pi)^{-1/2} e^{-x^2/2} \cos xy = \sum_{n=0}^{\infty} g_n(x),
( 2 π ) − 1/2 e − x 2 /2 cos x y = n = 0 ∑ ∞ g n ( x ) ,
这个等式可以通过项、从而积分项
( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e − x 2 / 2 cos x y d x = ∑ n = 0 ∞ ∫ R g n ( x ) d x = e − y 2 / 2
(2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{-x^2/2} \cos xy \, dx = \sum_{n=0}^{\infty} \int_{\mathbf{R}} g_n(x) \, dx = e^{-y^2/2}
( 2 π ) − 1/2 ∫ R e − x 2 /2 cos x y d x = n = 0 ∑ ∞ ∫ R g n ( x ) d x = e − y 2 /2
由(14)。 公式 (11) 然后从 (12) 得出。
5. 高斯预测度和测度
设 E 为局部凸空间。对于 E' 上的每个正二次方形式 Q,在 E 上存在且仅有一个 Promeasure Γ Q \Gamma_Q Γ Q 使得 F Γ Q = e − Q / 2 \mathscr{F} \Gamma_Q = e^{-Q/2} F Γ Q = e − Q /2 。 Γ Q \Gamma_Q Γ Q 的总质量等于1.
引用了 2 · 被以下引用 2 引用了 命题 3 , 引理 2
被以下引用 命题 3, IX § 3 , § 6. 。局部凸空间上的测度和测度
Γ Q \Gamma_Q Γ Q 的唯一性源自No. 3的第3条命题。 Γ Q \Gamma_Q Γ Q 的总质量等于( F Γ Q ) ( 0 ) = e − Q ( 0 ) / 2 = 1 (\mathscr{F}\Gamma_Q)(0) = e^{-Q(0)/2} = 1 ( F Γ Q ) ( 0 ) = e − Q ( 0 ) /2 = 1 。我们将分阶段证明存在。
A) E 为有限维 n,Q 非简并。
通过 No. 4 的引理 2,具有密度 t ↦ ( 2 π ) − 1 / 2 e − t 2 / 2 t \mapsto (2\pi)^{-1/2}e^{-t^2/2} t ↦ ( 2 π ) − 1/2 e − t 2 /2 的 R \mathbf{R} R 上的测度 γ 1 \gamma_1 γ 1 受到限制,总质量为 1。 集合 γ = γ 1 ⊗ ⋯ ⊗ γ 1 \gamma = \gamma_1 \otimes \cdots \otimes \gamma_1 γ = γ 1 ⊗ ⋯ ⊗ γ 1 (n 因子)。从引理 2 of No. 4 推导出
∫ R n e i ( a 1 t 1 + ⋯ + a n t n ) d γ ( t 1 , … , t n ) = ∏ j = 1 n ∫ R e i a j t d γ 1 ( t )
\int_{\mathbf{R}^n} e^{i(a_1 t_1 + \cdots + a_n t_n)} d\gamma(t_1, \ldots, t_n) = \prod_{j=1}^n \int_{\mathbf{R}} e^{ia_j t} d\gamma_1(t)
∫ R n e i ( a 1 t 1 + ⋯ + a n t n ) d γ ( t 1 , … , t n ) = j = 1 ∏ n ∫ R e i a j t d γ 1 ( t )
= ∏ j = 1 n ( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R e i a j t e − t 2 / 2 d t
= \prod_{j=1}^n (2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} e^{ia_j t} e^{-t^2/2} dt
= j = 1 ∏ n ( 2 π ) − 1/2 ∫ R e i a j t e − t 2 /2 d t
= ∏ j = 1 n e − a j 2 / 2
= \prod_{j=1}^n e^{-a_j^2/2}
= j = 1 ∏ n e − a j 2 /2
= exp ( − 1 2 ( a 1 2 + ⋯ + a n 2 ) ) .
= \exp \left( -\frac{1}{2}(a_1^2 + \cdots + a_n^2) \right).
= exp ( − 2 1 ( a 1 2 + ⋯ + a n 2 ) ) .
由于 Q 是正的且非简并,因而 Q 存在 E' 正交的基 ( e 1 ′ , … , e n ′ ) (e'_1, \ldots, e'_n) ( e 1 ′ , … , e n ′ ) (Alg.,Ch. IX, §7, No. 1)。让我们用 E 到 R n \mathbf{R}^n R n 的 f 同构 x ↦ ( e 1 ′ ( x ) , … , e n ′ ( x ) ) x \mapsto (e'_1(x), \ldots, e'_n(x)) x ↦ ( e 1 ′ ( x ) , … , e n ′ ( x )) 表示,并用 Γ Q \Gamma_Q Γ Q 表示 E 上的 f − 1 ( γ ) f^{-1}(\gamma) f − 1 ( γ ) 测度。令 x ′ = a 1 e 1 ′ + ⋯ + a n e n ′ x' = a_1 e'_1 + \cdots + a_n e'_n x ′ = a 1 e 1 ′ + ⋯ + a n e n ′ 在 E' 中;那么 x ′ ( f − 1 ( t 1 , … , t n ) ) = ∑ j = 1 n t j a j x'(f^{-1}(t_1, \ldots, t_n)) = \sum_{j=1}^n t_j a_j x ′ ( f − 1 ( t 1 , … , t n )) = ∑ j = 1 n t j a j 为t 1 , … , t n t_1, \ldots, t_n t 1 , … , t n 实数,从而
∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d Γ Q ( x ) = ∫ R n e i ( a 1 t 1 + ⋯ + a n t n ) d γ ( t 1 , … , t n )
\int_E e^{i\langle x, x' \rangle} d\Gamma_Q(x) = \int_{\mathbf{R}^n} e^{i(a_1 t_1 + \cdots + a_n t_n)} d\gamma(t_1, \ldots, t_n)
∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d Γ Q ( x ) = ∫ R n e i ( a 1 t 1 + ⋯ + a n t n ) d γ ( t 1 , … , t n )
= exp ( − 1 2 ( a 1 2 + ⋯ + a n 2 ) ) = exp ( − 1 2 Q ( x ′ ) ) .
= \exp \left( -\frac{1}{2}(a_1^2 + \cdots + a_n^2) \right) = \exp \left( -\frac{1}{2}Q(x') \right).
= exp ( − 2 1 ( a 1 2 + ⋯ + a n 2 ) ) = exp ( − 2 1 Q ( x ′ ) ) .
因而,F Γ Q = e − Q / 2 \mathscr{F}\Gamma_Q = e^{-Q/2} F Γ Q = e − Q /2 。
B) E 有限维的。
令 N 为由 x ′ x' x ′ 形成的 E' 的线性子空间,使得 Q ( x ′ ) = 0 Q(x') = 0 Q ( x ′ ) = 0 。用 M 表示 E 中 N 的正交,并用 j 典范嵌入 M 到 E 的正交。线性映射 t j : E ′ → M ′ {}^t j : E' \to M' t j : E ′ → M ′ 是满射,与核 N,因此在M ′ M' M ′ 上存在非简并正二次形式 q,使得 Q = q ∘ t j Q = q \circ {}^t j Q = q ∘ t j 。由上可知,M 上存在有界测度Γ \Gamma Γ ,使得F Γ = e − q / 2 \mathscr{F}\Gamma = e^{-q/2} F Γ = e − q /2 。 设定Γ Q = j ( Γ ) \Gamma_Q = j(\Gamma) Γ Q = j ( Γ ) ,我们有
F Γ Q = ( F Γ ) ∘ t j = exp ( − q ∘ t j / 2 ) = e − Q / 2
\mathscr{F}\Gamma_Q = (\mathscr{F}\Gamma) \circ {}^t j = \exp(-q \circ {}^t j/2) = e^{-Q/2}
F Γ Q = ( F Γ ) ∘ t j = exp ( − q ∘ t j /2 ) = e − Q /2
由公式 (4) 共 No. 3。
C) 一般情况。 让V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) 。用E / V E/V E / V 上的E E E 的p V p_V p V 典范映射表示,并用Q V Q_V Q V 表示( E / V ) ′ (E/V)' ( E / V ) ′ 上的正二次方形式Q ∘ t p V Q \circ {}^t p_V Q ∘ t p V ;最后,令 μ V \mu_V μ V 为 E / V E/V E / V 与傅里叶变换 e − Q V / 2 e^{-Q_V/2} e − Q V /2 (cf. B)) 的度量。若W ∈ F ( E ) W \in \mathscr{F}(E) W ∈ F ( E ) 包含在V V V 中,则p V = p V W ∘ p W p_V = p_{VW} \circ p_W p V = p V W ∘ p W 、从而Q V = Q W ∘ t p V W Q_V = Q_W \circ {}^t p_{VW} Q V = Q W ∘ t p V W ;通过No. 3的公式(4),测度p V W ( μ W ) p_{VW}(\mu_W) p V W ( μ W ) 有傅里叶变换函数( e − Q W / 2 ) ∘ t p V W = e − Q V / 2 (e^{-Q_W/2}) \circ {}^t p_{VW} = e^{-Q_V/2} ( e − Q W /2 ) ∘ t p V W = e − Q V /2 ,因此等于μ V \mu_V μ V 。因而,族( μ V ) V ∈ F ( E ) (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} ( μ V ) V ∈ F ( E ) 是μ \mu μ 右E E E 的赞成措施。 No. 3的公式(5)表明F μ \mathscr{F}\mu F μ 等于e − Q / 2 e^{-Q/2} e − Q /2 。
设E E E 为局部凸空间。对于 E ′ E' E ′ 上的每个正二次方形式 Q Q Q ,傅里叶变换等于 e − Q / 2 e^{-Q/2} e − Q /2 的 E E E 上的测度称为 E E E 上方差为 Q Q Q 的高斯测度,并表示为 Γ Q \Gamma_Q Γ Q 。如果 E ′ E' E ′ 上存在正二次方形式 Q Q Q 使得 μ = Γ Q \mu = \Gamma_Q μ = Γ Q ,则 E E E 上的测度 μ \mu μ 被称为高斯分布。
被以下引用 3 被以下引用 命题 14, IX § 1 , 命题 9, IX § 2 , 推论 2, IX § 5
通过滥用语言,如果相关的 promeasure μ ~ \widetilde{\mu} μ 等于 Γ Q \Gamma_Q Γ Q ,则 E E E 上的有界测度 μ \mu μ 将被称为具有方差 Q Q Q 的高斯分布。
设E和E₁为两个局部凸空间,u为E到E₁的连续线性映射。令 Q 为 E' 上的正二次方程形式,Q₁ 为 E'₁ 上的正二次方程形式 Q ∘ t u \circ {}^t u ∘ t u 。然后u ( Γ Q ) = Γ Q 1 u(\Gamma_Q) = \Gamma_{Q_1} u ( Γ Q ) = Γ Q 1 .
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 命题 3
被以下引用 § 6. 。局部凸空间上的测度和测度
集合μ = u ( Γ Q ) \mu = u(\Gamma_Q) μ = u ( Γ Q ) 。通过No. 3的公式(4),
F μ = ( F Γ Q ) ∘ t u = e − Q / 2 ∘ t u = e − Q 1 / 2 = F Γ Q 1 ,
\mathscr{F}\mu = (\mathscr{F}\Gamma_Q) \circ {}^t u = e^{-Q/2} \circ {}^t u = e^{-Q_1/2} = \mathscr{F}\Gamma_{Q_1} ,
F μ = ( F Γ Q ) ∘ t u = e − Q /2 ∘ t u = e − Q 1 /2 = F Γ Q 1 ,
从而 μ = Γ Q 1 \mu = \Gamma_{Q_1} μ = Γ Q 1 根据 No. 3 的第 3 号提案。
设 E 为局部凸空间,Q 为 E' 上的正二次方形式。对于每个x ′ ∈ E ′ x' \in E' x ′ ∈ E ′ ,x ′ x' x ′ 下的Γ Q \Gamma_Q Γ Q 的像是R \mathbf{R} R 上的高斯测度,方差为Q ( x ′ ) Q(x') Q ( x ′ ) 。
被以下引用 1 被以下引用 命题 6
( 16 ) ∫ E ∣ ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ n d μ ( x ) = π − 1 / 2 2 n / 2 Γ ( n + 1 2 ) Q ( x ′ ) n / 2 ( 17 ) ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 n d μ ( x ) = ( 2 n ) ! 2 n n ! Q ( x ′ ) n ( 18 ) ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 n + 1 d μ ( x ) = 0.
\begin{align*}
(16) & \quad \int_E |\langle x, x' \rangle|^n d\mu(x) = \pi^{-1/2} 2^{n/2} \Gamma\left( \frac{n+1}{2} \right) Q(x')^{n/2} \\
(17) & \quad \int_E \langle x, x' \rangle^{2n} d\mu(x) = \frac{(2n)!}{2^n n!} Q(x')^n \\
(18) & \quad \int_E \langle x, x' \rangle^{2n+1} d\mu(x) = 0 .
\end{align*}
( 16 ) ( 17 ) ( 18 ) ∫ E ∣ ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ n d μ ( x ) = π − 1/2 2 n /2 Γ ( 2 n + 1 ) Q ( x ′ ) n /2 ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 n d μ ( x ) = 2 n n ! ( 2 n )! Q ( x ′ ) n ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 n + 1 d μ ( x ) = 0.
特别是,
( 19 ) ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 d μ ( x ) = Q ( x ′ ) ( x ′ ∈ E ′ ) .
(19) \quad \int_E \langle x, x' \rangle^2 d\mu(x) = Q(x') \qquad (x' \in E') .
( 19 ) ∫ E ⟨ x , x ′ ⟩ 2 d μ ( x ) = Q ( x ′ ) ( x ′ ∈ E ′ ) .
如果这些公式对于 E ′ E' E ′ 的元素 x ′ x' x ′ 为真,那么它们对于其所有倍数 t ⋅ x ′ t \cdot x' t ⋅ x ′ 都为真(其中 t t t 为实数)。因此,当 Q ( x ′ ) Q(x') Q ( x ′ ) 等于 0 或 1 时,我们可能会满足于建立它们。
a) 假设Q ( x ′ ) = 0 Q(x') = 0 Q ( x ′ ) = 0 。度量值x ′ ( μ ) x'(\mu) x ′ ( μ ) 等于γ 0 = ε 0 \gamma_0 = \varepsilon_0 γ 0 = ε 0 ,因此x ′ x' x ′ 等于零μ \mu μ ——几乎无处不在; 公式 (16) 到 (19) 则显而易见。
b) 假设Q ( x ′ ) = 1 Q(x') = 1 Q ( x ′ ) = 1 ,从而x ′ ( μ ) = γ 1 x'(\mu) = \gamma_1 x ′ ( μ ) = γ 1 。然后
∫ E ∣ ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ n d μ ( x ) = ∫ R ∣ t ∣ n d γ 1 ( t ) = ( 2 π ) − 1 / 2 ∫ R ∣ t ∣ n e − t 2 / 2 d t
\int_E |\langle x, x' \rangle|^n d\mu(x) = \int_{\mathbf{R}} |t|^n d\gamma_1(t) = (2\pi)^{-1/2} \int_{\mathbf{R}} |t|^n e^{-t^2/2} dt
∫ E ∣ ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ n d μ ( x ) = ∫ R ∣ t ∣ n d γ 1 ( t ) = ( 2 π ) − 1/2 ∫ R ∣ t ∣ n e − t 2 /2 d t (16) 紧随 (6) (No 4, 引理 1)。类似地,公式 (17) 和 (18) 由 (7) 和 (8) 得出。最后由(17)中的设定
n = 1 n = 1 n = 1 得到(19)。
我们现在可以证明 Cor 的逆命题。提案 5。
设 E 为局部凸空间,μ \mu μ E 上的算度。假设 x ′ ( μ ) x'(\mu) x ′ ( μ ) 是R \mathbf{R} R 对于每个 x ′ ∈ E ′ x' \in E' x ′ ∈ E ′ 的高斯测度。那么 μ \mu μ 是 E 上的高斯测度。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 命题 6
被以下引用 定义 1
对于每个x ′ ∈ E ′ x' \in E' x ′ ∈ E ′ ,令Q ( x ′ ) Q(x') Q ( x ′ ) 为R \mathbf{R} R 上高斯测度x ′ ( μ ) x'(\mu) x ′ ( μ ) 的方差。一个有x ′ ( μ ) = γ Q ( x ′ ) x'(\mu) = \gamma_{Q(x')} x ′ ( μ ) = γ Q ( x ′ ) ,从而
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ R e i t ⋅ 1 d γ Q ( x ′ ) ( t ) = e − Q ( x ′ ) ⋅ 1 2 / 2
(\mathscr{F}\mu)(x') = \int_{\mathbf{R}} e^{it \cdot 1} d\gamma_{Q(x')}(t) = e^{-Q(x') \cdot 1^2 / 2}
( F μ ) ( x ′ ) = ∫ R e i t ⋅ 1 d γ Q ( x ′ ) ( t ) = e − Q ( x ′ ) ⋅ 1 2 /2 由
F μ \mathscr{F}\mu F μ 的定义 (No. 3, 公式 (2))。其他字、
F μ = e − Q / 2 \mathscr{F}\mu = e^{-Q/2} F μ = e − Q /2 ,还有待证明
Q Q Q 是
E ′ E' E ′ 上的正二次形式。
对于 E 与有限余维的每个闭线性子空间 V,用 E 到 E / V E/V E / V 的 p V p_V p V 典范映射表示,用 μ V \mu_V μ V E / V E/V E / V 上的测度p V ( μ ) p_V(\mu) p V ( μ ) 和集合表示Q V = Q ∘ t p V Q_V = Q \circ {}^t p_V Q V = Q ∘ t p V 。由于E ′ = ⋃ V ∈ F ( E ) Im ( t p V ) E' = \bigcup_{V \in \mathscr{F}(E)} \operatorname{Im}({}^t p_V) E ′ = ⋃ V ∈ F ( E ) Im ( t p V ) 和t p V {}^t p_V t p V 是单射的,因此只需证明Q V Q_V Q V 是( E / V ) ′ (E/V)' ( E / V ) ′ 上的正二次方形式即可。设u ∈ ( E / V ) ′ u \in (E/V)' u ∈ ( E / V ) ′ 和x ′ = t p V ( u ) x' = {}^t p_V(u) x ′ = t p V ( u ) 。我们有
u ( μ V ) = u ( p V ( μ ) ) = x ′ ( μ ) = γ Q ( x ′ ) ;
u(\mu_V) = u(p_V(\mu)) = x'(\mu) = \gamma_{Q(x')} ;
u ( μ V ) = u ( p V ( μ )) = x ′ ( μ ) = γ Q ( x ′ ) ; 那么,命题 6 意味着
Q V ( u ) = Q ( x ′ ) = ∫ R t 2 d γ Q ( x ′ ) ( t ) = ∫ E / V u ( x ) 2 d μ V ( x ) ,
Q_V(u) = Q(x') = \int_{\mathbf{R}} t^2 d\gamma_{Q(x')}(t) = \int_{E/V} u(x)^2 d\mu_V(x),
Q V ( u ) = Q ( x ′ ) = ∫ R t 2 d γ Q ( x ′ ) ( t ) = ∫ E / V u ( x ) 2 d μ V ( x ) , 因此
Q V Q_V Q V 是
( E / V ) ′ (E/V)' ( E / V ) ′ 上的正二次形式。
6. 高斯算子的例
1) 令 E 为真正的希尔伯特空间。 映射 x ′ ↦ ∥ x ′ ∥ 2 x' \mapsto \|x'\|^2 x ′ ↦ ∥ x ′ ∥ 2 是 E ′ E' E ′ 上的正二次方形式。 相应的高斯测度被称为 E 上的*规范高斯测度*。可以证明,如果 E 是无限维的,则该测度不是测度。
令 A A A 为 E E E 上的连续线性算子。 映射 x ′ ↦ ∥ t A ⋅ x ′ ∥ 2 x' \mapsto \|{}^tA \cdot x'\|^2 x ′ ↦ ∥ t A ⋅ x ′ ∥ 2 是 E ′ E' E ′ 上的正二次方形式。当且仅当A A A 是希尔伯特-施密特算子时,相应的promeasureμ A \mu_A μ A on E E E 是一个测度(cf.No. 11,Th.3的Cor.2)。
2) 正型的核。 设T T T 为集合,T T T 上的实函数的E = R T E = \mathbf{R}^T E = R T 向量空间,配备逐点收敛的拓扑。对于每个 t ∈ T t \in T t ∈ T ,1 表示 E E E 上的 ε t \varepsilon_t ε t 线性形式 f ↦ f ( t ) f \mapsto f(t) f ↦ f ( t ) 。族( ε t ) t ∈ T (\varepsilon_t)_{t \in T} ( ε t ) t ∈ T 是E ′ E' E ′ 的基(TVS,II, §6, No. 6,第8号提案的Cor.2)。
在 T T T 上对 T × T T \times T T × T 满足关系上的每个实值函数 K K K 调用(实数)型的核
(20) K ( t , t ′ ) = K ( t ′ , t ) for t , t ′ in T ,
\text{(20)} \qquad K(t, t') = K(t', t) \quad \text{for } t, t' \text{ in } T,
(20) K ( t , t ′ ) = K ( t ′ , t ) for t , t ′ in T ,
(21) ∑ i , j = 1 p c i c j K ( t i , t j ) ⩾ 0
\text{(21)} \qquad \sum_{i,j=1}^p c_i c_j K(t_i, t_j) \geqslant 0
(21) i , j = 1 ∑ p c i c j K ( t i , t j ) ⩾ 0
对于 T T T 中的任意正整数 p p p 、元素 t 1 , … , t p t_1, \ldots, t_p t 1 , … , t p 和实数 c 1 , … , c p c_1, \ldots, c_p c 1 , … , c p 。如果是这样的话公式
(22) q ( ∑ t ∈ T c t ε t ) = ∑ t , t ′ ∈ T c t c t ′ K ( t , t ′ )
\text{(22)} \qquad q\left( \sum_{t \in T} c_t \varepsilon_t \right) = \sum_{t,t' \in T} c_t c_{t'} K(t, t')
(22) q ( t ∈ T ∑ c t ε t ) = t , t ′ ∈ T ∑ c t c t ′ K ( t , t ′ )
定义 E ′ E' E ′ 上的正二次形式。相反,如果q q q 是E ′ E' E ′ 上的正二次形式,则公式
(23) K ( t , t ′ ) = 1 2 [ q ( ε t + ε t ′ ) − q ( ε t ) − q ( ε t ′ ) ]
\text{(23)} \qquad K(t, t') = \frac{1}{2} [q(\varepsilon_t + \varepsilon_{t'}) - q(\varepsilon_t) - q(\varepsilon_{t'})]
(23) K ( t , t ′ ) = 2 1 [ q ( ε t + ε t ′ ) − q ( ε t ) − q ( ε t ′ )]
T T T 上的正型定义核 K K K 。由此,在T T T 上的正型的核的集合和E ′ E' E ′ 上的正二次方形式之间,得到两个互为逆双射。
令 K K K 为 T T T 上的正型的核,q q q 为 E ′ E' E ′ 上的相关二次方形式。 E E E 上具有方差 q q q 的高斯测度也称为*E E E 上具有协方差* K K K 的高斯测度。如果T T T 是可数的,No. 1的命题2意味着这个测度是一个测度。
3) 令T T T 为可数集合。正型的T T T 上的核δ \delta δ 由设定定义
(24) δ ( t , t ′ ) = { 1 if t = t ′ 0 if t ≠ t ′ .
\text{(24)} \qquad \delta(t, t') = \begin{cases}
1 & \text{if } t = t' \\
0 & \text{if } t \neq t'.
\end{cases}
(24) δ ( t , t ′ ) = { 1 0 if t = t ′ if t = t ′ .
相应的二次形式由q ( ∑ t ∈ T c t ε t ) = ∑ t ∈ T c t 2 q\left( \sum_{t \in T} c_t \varepsilon_t \right) = \sum_{t \in T} c_t^2 q ( ∑ t ∈ T c t ε t ) = ∑ t ∈ T c t 2 给出。对于每个t ∈ T t \in T t ∈ T ,让我们用μ t \mu_t μ t 表示R \mathbf{R} R 上方差为1的高斯测度;
很容易证明,R T \mathbf{R}^T R T 上协方差为 δ \delta δ 的高斯测度等于 ⨂ t ∈ T μ t \bigotimes_{t \in T} \mu_t ⨂ t ∈ T μ t 。
4) 设n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 为整数。如果阶 n n n 是对称的,则称平方矩阵 C = ( c i j ) C = (c_{ij}) C = ( c ij ) 为“正对称”,对于任何实数 x 1 , … , x n x_1, \ldots, x_n x 1 , … , x n 则称∑ i , j = 1 n c i j x i x j ≥ 0 \sum_{i,j=1}^n c_{ij} x_i x_j \geq 0 ∑ i , j = 1 n c ij x i x j ≥ 0 ;同样的,映射( i , j ) ↦ c i j (i, j) \mapsto c_{ij} ( i , j ) ↦ c ij 是核在集合{ 1 , 2 , … , n } \{1, 2, \ldots, n\} { 1 , 2 , … , n } 上的正型。因此,我们可以谈论 R n \mathbf{R}^n R n 上的高斯测度 γ C \gamma_C γ C ,协方差为 C C C ;其特点是公式
( 25 ) ∫ R n e i ( x 1 t 1 + ⋯ + x n t n ) d γ C ( t 1 , … , t n ) = exp ( − 1 2 ∑ j , k = 1 n c j k x j x k ) ,
(25) \quad \int_{\mathbf{R}^n} e^{i(x_1 t_1 + \cdots + x_n t_n)} d\gamma_C(t_1, \ldots, t_n) = \exp \left( - \frac{1}{2} \sum_{j,k=1}^n c_{jk} x_j x_k \right),
( 25 ) ∫ R n e i ( x 1 t 1 + ⋯ + x n t n ) d γ C ( t 1 , … , t n ) = exp − 2 1 j , k = 1 ∑ n c j k x j x k ,
对于 x 1 , … , x n x_1, \ldots, x_n x 1 , … , x n 实数。由No. 5(公式(19))的第6条推论
( 26 ) ∫ R n t j t k d γ C ( t 1 , … , t n ) = c j k ( 1 ≤ j , k ≤ n ) .
(26) \quad \int_{\mathbf{R}^n} t_j t_k d\gamma_C(t_1, \ldots, t_n) = c_{jk} \quad (1 \leq j, k \leq n).
( 26 ) ∫ R n t j t k d γ C ( t 1 , … , t n ) = c j k ( 1 ≤ j , k ≤ n ) .
从No. 5的第5条命题,推导出公式
( 27 ) u ( γ C ) = γ U C t U ,
(27) \quad u(\gamma_C) = \gamma_{UC^t U},
( 27 ) u ( γ C ) = γ U C t U ,
其中u u u 是R n \mathbf{R}^n R n 到R m \mathbf{R}^m R m 的线性映射和矩阵U U U 。此外,我们很容易看出(No. 5第四条命题cf.第一个证明的第一个部分),如果I n I_n I n 是阶n n n 的恒等式矩阵,那么测度γ I n \gamma_{I_n} γ I n 承认密度
( 2 π ) − n / 2 exp ( − 1 2 ( t 1 2 + ⋯ + t n 2 ) )
(2\pi)^{-n/2} \exp \left( - \frac{1}{2}(t_1^2 + \cdots + t_n^2) \right)
( 2 π ) − n /2 exp ( − 2 1 ( t 1 2 + ⋯ + t n 2 ) )
关于R n \mathbf{R}^n R n 的勒贝格测度λ n \lambda_n λ n 。
我们将证明,如果矩阵 C C C 是可逆的,并且 D = ( d j k ) D = (d_{jk}) D = ( d j k ) 是可逆的,那么
( 28 ) d γ C ( t 1 , … , t n ) = ( 2 π ) − n / 2 ( det D ) 1 / 2 ( exp ( − 1 2 ∑ j , k = 1 n d j k t j t k ) ) d t 1 ⋯ d t n .
(28) \quad d\gamma_C(t_1, \ldots, t_n) =
(2\pi)^{-n/2} (\det D)^{1/2} \left( \exp \left( - \frac{1}{2} \sum_{j,k=1}^n d_{jk} t_j t_k \right) \right) dt_1 \cdots dt_n.
( 28 ) d γ C ( t 1 , … , t n ) = ( 2 π ) − n /2 ( det D ) 1/2 exp − 2 1 j , k = 1 ∑ n d j k t j t k d t 1 ⋯ d t n .
因为,如果 C C C 可逆,则 R n \mathbf{R}^n R n 上的二次形式 q q q 定义为
q ( x 1 , … , x n ) = ∑ j , k = 1 n c j k x j x k
q(x_1, \ldots, x_n) = \sum_{j,k=1}^n c_{jk} x_j x_k
q ( x 1 , … , x n ) = j , k = 1 ∑ n c j k x j x k
是非简并的。利用R n \mathbf{R}^n R n 正交于q q q 的基的存在性,证明阶n n n 的平方矩阵U U U 的存在性使得C = U ⋅ t U C = U \cdot {}^tU C = U ⋅ t U 、从而γ C = u ( γ I n ) \gamma_C = u(\gamma_{I_n}) γ C = u ( γ I n ) 通过(27) (其中u u u 表示R n \mathbf{R}^n R n 与矩阵U U U 的自同构)。令 Q Q Q 为 R n \mathbf{R}^n R n 的二次方形式,定义为
Q ( t 1 , … , t n ) = t 1 2 + ⋯ + t n 2 ;
Q(t_1, \ldots, t_n) = t_1^2 + \cdots + t_n^2;
Q ( t 1 , … , t n ) = t 1 2 + ⋯ + t n 2 ; 那么 γ I n = ( 2 π ) − n / 2 e − Q / 2 ⋅ λ n ,
\gamma_{I_n} = (2\pi)^{-n/2} e^{-Q/2} \cdot \lambda_n,
γ I n = ( 2 π ) − n /2 e − Q /2 ⋅ λ n , 从而 u ( γ I n ) = ( 2 π ) − n / 2 e − ( Q o u − 1 ) / 2 ⋅ u ( λ n ) .
u(\gamma_{I_n}) = (2\pi)^{-n/2} e^{-(Qou^{-1})/2} \cdot u(\lambda_n).
u ( γ I n ) = ( 2 π ) − n /2 e − ( Q o u − 1 ) /2 ⋅ u ( λ n ) . 形式Q ∘ u − 1 Q \circ u^{-1} Q ∘ u − 1 在R n \mathbf{R}^n R n 上的二次方直接的在点( t 1 , … , t n ) (t_1, \ldots, t_n) ( t 1 , … , t n ) 处取值∑ j , k = 1 n d j k t j t k \sum_{j,k=1}^n d_{jk} t_j t_k ∑ j , k = 1 n d j k t j t k ,以及第15章的命题。 VII, §1, No. 10表明 u ( λ n ) = ( det U ) − 1 ⋅ λ n = ( det D ) 1 / 2 ⋅ λ n .
u(\lambda_n) = (\det U)^{-1} \cdot \lambda_n = (\det D)^{1/2} \cdot \lambda_n.
u ( λ n ) = ( det U ) − 1 ⋅ λ n = ( det D ) 1/2 ⋅ λ n . 由此得出公式 (28)。
7. 维纳测度
在这个数中,我们用T T T 表示R \mathbf{R} R 的区间] 0 , 1 ] ]0, 1] ] 0 , 1 ] ,用H \mathscr{H} H 表示实数函数在T T T 可平方可积的勒贝格测度上的希尔伯特空间,其中标量乘积表示( f ∣ g ) (f|g) ( f ∣ g ) 。我们还用T T T 上的连续实数函数的C \mathscr{C} C 空间表示,在点0处趋于0;我们为C \mathscr{C} C 配备了范数∥ f ∥ = sup t ∈ T ∣ f ( t ) ∣ \|f\| = \sup_{t \in T} |f(t)| ∥ f ∥ = sup t ∈ T ∣ f ( t ) ∣ 。紧区间 [ 0 , 1 ] = T ∪ { 0 } [0, 1] = T \cup \{0\} [ 0 , 1 ] = T ∪ { 0 } 是局部紧但非紧区间 T T T 的 Alexandroff 紧致化;因而,具有紧支撑的T T T 上连续函数的集合在C \mathscr{C} C 中密集,并且C \mathscr{C} C 的对偶可以用T T T 上有界测度(不一定是正数)的空间M 1 \mathscr{M}^1 M 1 来识别(Ch. III, §1, No. 8,Def. 3)。
对于每函数 f ∈ H f \in \mathscr{H} f ∈ H ,T T T 上有一个定义函数 P f Pf P f
( P f ) ( t ) = ∫ 0 t f ( x ) d x = ( f ∣ I t ) ,
(Pf)(t) = \int_0^t f(x) \, dx = (f|I_t),
( P f ) ( t ) = ∫ 0 t f ( x ) d x = ( f ∣ I t ) , 其中I t I_t I t 是区间] 0 , t ] ]0, t] ] 0 , t ] 的特征函数。柯西-施瓦茨不等式意味着不等式 ∣ ( P f ) ( t ) ∣ ≤ ∥ f ∥ 2 ⋅ t 1 / 2
|(Pf)(t)| \leq \|f\|_2 \cdot t^{1/2}
∣ ( P f ) ( t ) ∣ ≤ ∥ f ∥ 2 ⋅ t 1/2 ∣ ( P f ) ( t ) − ( P f ) ( t ′ ) ∣ ≤ ∥ f ∥ 2 ⋅ ∣ t − t ′ ∣ 1 / 2 ;
|(Pf)(t) - (Pf)(t')| \leq \|f\|_2 \cdot |t - t'|^{1/2};
∣ ( P f ) ( t ) − ( P f ) ( t ′ ) ∣ ≤ ∥ f ∥ 2 ⋅ ∣ t − t ′ ∣ 1/2 ;
因而,P f Pf P f 属于到C \mathscr{C} C ,以及H \mathscr{H} H 到C \mathscr{C} C 的线性映射P P P 与范数⩽ 1 \leqslant 1 ⩽ 1 连续。
让我们认同希尔伯特空间H \mathscr{H} H 及其对偶(TVS,V, §1, No. 7,Th.3),并用P : H → C P : \mathscr{H} \to \mathscr{C} P : H → C 的Π : M 1 → H \Pi : \mathscr{M}^1 \to \mathscr{H} Π : M 1 → H 转置表示。对于每个测量μ ∈ M 1 \mu \in \mathscr{M}^1 μ ∈ M 1 和每个函数f ∈ H f \in \mathscr{H} f ∈ H ,我们有
( Π μ ∣ f ) = μ ( P f ) = ∫ T d μ ( t ) ∫ T I t ( x ) f ( x ) d x
(\Pi \mu | f) = \mu(Pf) = \int_{\mathbf{T}} d\mu(t) \int_{\mathbf{T}} I_t(x) f(x) \, dx
( Π μ ∣ f ) = μ ( P f ) = ∫ T d μ ( t ) ∫ T I t ( x ) f ( x ) d x
= ∫ T f ( x ) d x ∫ T I t ( x ) d μ ( t )
= \int_{\mathbf{T}} f(x) \, dx \int_{\mathbf{T}} I_t(x) \, d\mu(t)
= ∫ T f ( x ) d x ∫ T I t ( x ) d μ ( t )
由勒贝格-富比尼定理。现在,
I t ( x ) = { 1 if 0 < x ≤ t ≤ 1 0 otherwise ,
I_t(x) = \begin{cases}
1 & \text{if } 0 < x \leq t \leq 1 \\
0 & \text{otherwise},
\end{cases}
I t ( x ) = { 1 0 if 0 < x ≤ t ≤ 1 otherwise ,
终于从而
(34)
( Π μ ) ( x ) = μ ( [ x , 1 ] ) for x ∈ T . (\Pi \mu)(x) = \mu([x, 1]) \quad \text{for } x \in \mathbf{T}. ( Π μ ) ( x ) = μ ([ x , 1 ]) for x ∈ T .
令μ , ν \mu, \nu μ , ν 位于M 1 \mathscr{M}^1 M 1 中。然后
( Π μ ∣ Π ν ) = ∫ T Π μ ( x ) Π ν ( x ) d x = ∫ T d x ∫ T I t ( x ) d μ ( t ) ∫ T I t ′ ( x ) d ν ( t ′ )
(\Pi \mu | \Pi \nu) = \int_{\mathbf{T}} \Pi \mu(x) \Pi \nu(x) \, dx = \int_{\mathbf{T}} dx \int_{\mathbf{T}} I_t(x) \, d\mu(t) \int_{\mathbf{T}} I_{t'}(x) \, d\nu(t')
( Π μ ∣Π ν ) = ∫ T Π μ ( x ) Π ν ( x ) d x = ∫ T d x ∫ T I t ( x ) d μ ( t ) ∫ T I t ′ ( x ) d ν ( t ′ )
= ∫ T ∫ T d μ ( t ) d ν ( t ′ ) ∫ T I t ( x ) I t ′ ( x ) d x .
= \int_{\mathbf{T}} \int_{\mathbf{T}} d\mu(t) \, d\nu(t') \int_{\mathbf{T}} I_t(x) I_{t'}(x) \, dx.
= ∫ T ∫ T d μ ( t ) d ν ( t ′ ) ∫ T I t ( x ) I t ′ ( x ) d x .
现在,I t ⋅ I t ′ I_t \cdot I_{t'} I t ⋅ I t ′ 是区间] 0 , t ] ∩ ] 0 , t ′ ] ]0, t] \cap ]0, t'] ] 0 , t ] ∩ ] 0 , t ′ ] 的特征函数,立即从而
(35)
∫ T I t ( x ) I t ′ ( x ) d x = inf ( t , t ′ ) . \int_{\mathbf{T}} I_t(x) I_{t'}(x) \, dx = \inf(t, t'). ∫ T I t ( x ) I t ′ ( x ) d x = inf ( t , t ′ ) .
由此可见
(36)
( Π μ ∣ Π ν ) = ∫ T ∫ T inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d ν ( t ′ ) . (\Pi \mu | \Pi \nu) = \int_{\mathbf{T}} \int_{\mathbf{T}} \inf(t, t') \, d\mu(t) \, d\nu(t'). ( Π μ ∣Π ν ) = ∫ T ∫ T inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d ν ( t ′ ) .
根据前面的结果,一个定义在M 1 \mathscr{M}^1 M 1 乘公式的正二次形式W W W
(37)
W ( μ ) = ∫ T ∫ T inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d μ ( t ′ ) = ∥ Π μ ∥ 2 2 . W(\mu) = \int_{\mathbf{T}} \int_{\mathbf{T}} \inf(t, t') \, d\mu(t) \, d\mu(t') = \| \Pi \mu \|_2^2. W ( μ ) = ∫ T ∫ T inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d μ ( t ′ ) = ∥Π μ ∥ 2 2 .
特别是,如果 t 1 , … , t n t_1, \ldots, t_n t 1 , … , t n 是 T 的元素,且 c 1 , … , c n c_1, \ldots, c_n c 1 , … , c n 是实数,则
W ( ∑ j = 1 n c j ε t j ) = ∑ j , k = 1 n c j c k inf ( t j , t k )
W \left( \sum_{j=1}^n c_j \varepsilon_{t_j} \right) = \sum_{j,k=1}^n c_j c_k \inf(t_j, t_k)
W ( j = 1 ∑ n c j ε t j ) = j , k = 1 ∑ n c j c k inf ( t j , t k ) 并且由于 W 是正数,因此 T 上的函数 ( t , t ′ ) ↦ inf ( t , t ′ ) (t, t') \mapsto \inf(t, t') ( t , t ′ ) ↦ inf ( t , t ′ ) 是正型的核。
定理 1 (维纳). — 令 w 为希尔伯特空间 H \mathscr{H} H 正则高斯测度的P : H → C P : \mathscr{H} \to \mathscr{C} P : H → C 下的像。那么 w 是 C \mathscr{C} C 上的高斯测度,方差为 W。
构造、W ( μ ) = ∥ t P ( μ ) ∥ 2 2 W(\mu) = \|^tP(\mu)\|_2^2 W ( μ ) = ∥ t P ( μ ) ∥ 2 2 ; No. 5的命题5表明,w是方差为W的高斯测度。还需要证明w是C \mathscr{C} C 上的测度。
A) 构造辅助测量空间 ^{(2)} ( Ω , m ) (\Omega, m) ( Ω , m ) : 对于每个整数n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,用形式k / 2 n k/2^n k / 2 n 的数和k = 1 , 2 , 3 , … , 2 n k = 1, 2, 3, \ldots, 2^n k = 1 , 2 , 3 , … , 2 n 表示D n D_n D n 集合。 集合 D = ⋃ n ⩾ 0 D n D = \bigcup_{n \geqslant 0} D_n D = ⋃ n ⩾ 0 D n (T 中包含的二元数的集合)和Ω = R D \Omega = \mathbf{R}^D Ω = R D 。对于每个t ∈ D t \in D t ∈ D ,在Ω \Omega Ω 上用X ( t ) X(t) X ( t ) 线性形式f ↦ f ( t ) f \mapsto f(t) f ↦ f ( t ) 表示。
对于D中的t , t ′ t, t' t , t ′ ,集合M ( t , t ′ ) = inf ( t , t ′ ) M(t, t') = \inf(t, t') M ( t , t ′ ) = inf ( t , t ′ ) ;我们已经看到,M 是 D 上正型的核。由于集合 D 是可数的,因此可以用协方差 M (No. 6, 例 2 ) 定义 Ω \Omega Ω 上的高斯*测量* m。
对于 D 中的任意 t , t ′ t, t' t , t ′ ,
∫ Ω ∣ X ( t + t ′ 2 ) − X ( t ) + X ( t ′ ) 2 ∣ 3 d m = 1 ( 8 π ) 1 / 2 ∣ t − t ′ ∣ 3 / 2 .
\int_\Omega \left| X\left( \frac{t + t'}{2} \right) - \frac{X(t) + X(t')}{2} \right|^3 dm = \frac{1}{(8\pi)^{1/2}} |t - t'|^{3/2}.
∫ Ω X ( 2 t + t ′ ) − 2 X ( t ) + X ( t ′ ) 3 d m = ( 8 π ) 1/2 1 ∣ t − t ′ ∣ 3/2 . 注,
t + t ′ 2 \frac{t + t'}{2} 2 t + t ′ 属于到D。人们知道(No. 6,*例2*)族
( X ( t ) ) t ∈ D (X(t))_{t \in D} ( X ( t ) ) t ∈ D 是
Ω \Omega Ω 的拓扑对偶
Ω ′ \Omega' Ω ′ 的基;因此,在
Ω ′ × Ω ′ \Omega' \times \Omega' Ω ′ × Ω ′ 上存在对称双线性形式
M ^ \widehat{M} M ,其特征为
M ^ ( X ( t ) , X ( t ′ ) ) = inf ( t , t ′ ) \widehat{M}(X(t), X(t')) = \inf(t, t') M ( X ( t ) , X ( t ′ )) = inf ( t , t ′ ) 。到构造时,
Ω \Omega Ω 上的高斯测度 m 的方差是
Ω ′ \Omega' Ω ′ 上的二次方形式
ξ ↦ M ^ ( ξ , ξ ) \xi \mapsto \widehat{M}(\xi, \xi) ξ ↦ M ( ξ , ξ ) 。 集合,特别是,
ξ = X ( t + t ′ 2 ) − X ( t ) + X ( t ′ ) 2 ;
\xi = X\left( \frac{t + t'}{2} \right) - \frac{X(t) + X(t')}{2};
ξ = X ( 2 t + t ′ ) − 2 X ( t ) + X ( t ′ ) ; 简单计算得出
M ^ ( ξ , ξ ) = ∣ t − t ′ ∣ 4 .
\widehat{M}(\xi, \xi) = \frac{|t - t'|}{4}.
M ( ξ , ξ ) = 4 ∣ t − t ′ ∣ .
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 IX § 2. 。 运算关于措施 , 命题 6
被以下引用 引理 4
(2) Espace mesuré :一个局部紧凑的空间,配有一个措施(第III,第 1 版,§2, No. 2,p. 52)。
根据No. 5(公式(16))第6条,
∫ Ω ∣ ξ ∣ 3 d m = π − 1 / 2 2 3 / 2 Γ ( 2 ) M ^ ( ξ , ξ ) 3 / 2 ;
\int_{\Omega} |\xi|^3 \, dm = \pi^{-1/2} 2^{3/2} \Gamma(2) \widehat{M}(\xi, \xi)^{3/2};
∫ Ω ∣ ξ ∣ 3 d m = π − 1/2 2 3/2 Γ ( 2 ) M ( ξ , ξ ) 3/2 ;
引理紧随公式 (40) 和 (41)。
B) 将Ω \Omega Ω 的映射u构造转化为C \mathscr{C} C : 对于每个整数n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,用函数形成的C \mathscr{C} C 的E n E_n E n 子空间表示,它们在1 ⩽ k ⩽ 2 n 1 \leqslant k \leqslant 2^n 1 ⩽ k ⩽ 2 n 的每个区间[ k − 1 2 n , k 2 n ] \left[ \frac{k-1}{2^n}, \frac{k}{2^n} \right] [ 2 n k − 1 , 2 n k ] 上仿射。 R \mathbf{R} R 紧致区间 I 上的仿射函数在I 端点处达到其边界;因而,
∥ f ∥ = sup 1 ⩽ k ⩽ 2 n ∣ f ( k 2 n ) ∣
\|f\| = \sup_{1 \leqslant k \leqslant 2^n} \left| f\left( \frac{k}{2^n} \right) \right|
∥ f ∥ = 1 ⩽ k ⩽ 2 n sup f ( 2 n k )
f ∈ E n f \in E_n f ∈ E n 。
对于每一个函数g ∈ Ω g \in \Omega g ∈ Ω 和每一个整数n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,存在且仅有一个函数u n ( g ) u_n(g) u n ( g ) ,属于到E n E_n E n 和重合以及每点的g g g D n D_n D n ;我们将写T n g = u n + 1 ( g ) − u n ( g ) T_n g = u_{n+1}(g) - u_n(g) T n g = u n + 1 ( g ) − u n ( g ) 。由于D n D_n D n 是有限的,Ω \Omega Ω 到C \mathscr{C} C 的映射T n T_n T n 是连续的,因而m m m 是可测的。
— *对于每个整数 n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,
∫ Ω ∥ T n g ∥ 3 d m ( g ) ⩽ 1 ( 8 π ) 1 / 2 2 − n / 2 .
\int_{\Omega} \|T_n g\|^3 \, dm(g) \leqslant \frac{1}{(8\pi)^{1/2}} 2^{-n/2}.
∫ Ω ∥ T n g ∥ 3 d m ( g ) ⩽ ( 8 π ) 1/2 1 2 − n /2 .
引用了 3 引用了 引理 3 , IV § 3. 。 L$^p$空间 , 命题 6
设g ∈ Ω g \in \Omega g ∈ Ω 和n ∈ N n \in \mathbf{N} n ∈ N 。一个有E n ⊂ E n + 1 E_n \subset E_{n+1} E n ⊂ E n + 1 ;因而,函数T n g T_n g T n g 属于到E n + 1 E_{n+1} E n + 1 ,并且在D n D_n D n 的每点处为零;因而,根据 (42),
∥ T n g ∥ 3 = sup 1 ⩽ k ⩽ 2 n ∣ T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) ∣ 3 ⩽ ∑ k = 1 2 n ∣ T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) ∣ 3 .
\|T_n g\|^3 = \sup_{1 \leqslant k \leqslant 2^n} \left| T_n g\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) \right|^3 \leqslant \sum_{k=1}^{2^n} \left| T_n g\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) \right|^3.
∥ T n g ∥ 3 = 1 ⩽ k ⩽ 2 n sup T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) 3 ⩽ k = 1 ∑ 2 n T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) 3 .
让我们约定g ( 0 ) = 0 g(0) = 0 g ( 0 ) = 0 。 u n ( g ) u_n(g) u n ( g ) 的构造通过g g g 的线性插值意味着关系
T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) = g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) − 1 2 ( g ( k − 1 2 n ) + g ( k 2 n ) )
T_n g\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) = g\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) - \frac{1}{2} \left( g\left( \frac{k-1}{2^n} \right) + g\left( \frac{k}{2^n} \right) \right)
T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) = g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) − 2 1 ( g ( 2 n k − 1 ) + g ( 2 n k ) )
1 ⩽ k ⩽ 2 n 1 \leqslant k \leqslant 2^n 1 ⩽ k ⩽ 2 n 。由此,通过积分推论,
∫ Ω ∣ T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) ∣ 3 d m ( g ) = ∫ Ω ∣ X ( 2 k − 1 2 n + 1 ) − 1 2 ( X ( k − 1 2 n ) + X ( k 2 n ) ) ∣ 3 d m ;
\int_{\Omega} \left| T_n g\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) \right|^3 \, dm(g) = \int_{\Omega} \left| X\left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) - \frac{1}{2} \left( X\left( \frac{k-1}{2^n} \right) + X\left( \frac{k}{2^n} \right) \right) \right|^3 \, dm;
∫ Ω T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) 3 d m ( g ) = ∫ Ω X ( 2 n + 1 2 k − 1 ) − 2 1 ( X ( 2 n k − 1 ) + X ( 2 n k ) ) 3 d m ;
!图1
图1
然后可以应用引理 3 和 t = k − 1 2 n t = \frac{k-1}{2^n} t = 2 n k − 1 、t ′ = k 2 n t' = \frac{k}{2^n} t ′ = 2 n k 、从而
∫ Ω ∣ T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) ∣ 3 d m ( g ) = 1 ( 8 π ) 1 / 2 2 − 3 n 2 .
\int_{\Omega} \left| T_n g \left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) \right|^3 dm(g) = \frac{1}{(8\pi)^{1/2}} 2^{-\frac{3n}{2}} .
∫ Ω T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) 3 d m ( g ) = ( 8 π ) 1/2 1 2 − 2 3 n .
由(44),我们有
∫ Ω ∥ T n g ∥ 3 d m ( g ) ≤ ∑ k = 1 2 n ∫ Ω ∣ T n g ( 2 k − 1 2 n + 1 ) ∣ 3 d m ( g ) = 1 ( 8 π ) 1 / 2 2 n ⋅ 2 − 3 n 2 ,
\int_{\Omega} \| T_n g \|^3 dm(g) \leq \sum_{k=1}^{2^n} \int_{\Omega} \left| T_n g \left( \frac{2k-1}{2^{n+1}} \right) \right|^3 dm(g) = \frac{1}{(8\pi)^{1/2}} 2^n \cdot 2^{-\frac{3n}{2}} ,
∫ Ω ∥ T n g ∥ 3 d m ( g ) ≤ k = 1 ∑ 2 n ∫ Ω T n g ( 2 n + 1 2 k − 1 ) 3 d m ( g ) = ( 8 π ) 1/2 1 2 n ⋅ 2 − 2 3 n ,
从而引理。
由引理 4、Ω \Omega Ω 的映射T n T_n T n 进入巴纳赫空间C \mathscr{C} C 属于至L C 3 ( Ω , m ) L^3_{\mathscr{C}}(\Omega, m) L C 3 ( Ω , m ) 和N 3 ( T n ) ≤ 1 ( 8 π ) 1 / 6 ( 2 − 1 / 6 ) n N_3(T_n) \leq \frac{1}{(8\pi)^{1/6}} (2^{-1/6})^n N 3 ( T n ) ≤ ( 8 π ) 1/6 1 ( 2 − 1/6 ) n 、从而∑ n = 0 ∞ N 3 ( T n ) < + ∞ \sum_{n=0}^{\infty} N_3(T_n) < +\infty ∑ n = 0 ∞ N 3 ( T n ) < + ∞ 。根据第 6 章的提案。 IV, §3, No. 3,存在集合Ω 0 ⊂ Ω \Omega_0 \subset \Omega Ω 0 ⊂ Ω ,使得Ω − Ω 0 \Omega - \Omega_0 Ω − Ω 0 可以忽略m m m ,并且对于每个g ∈ Ω 0 g \in \Omega_0 g ∈ Ω 0 ,级数∑ n = 0 ∞ T n ( g ) \sum_{n=0}^{\infty} T_n(g) ∑ n = 0 ∞ T n ( g ) 绝对收敛于C \mathscr{C} C 。然后将Ω \Omega Ω 的定义和m m m 可测量的映射u u u 转化为C \mathscr{C} C
u ( g ) = { ∑ n = 0 ∞ T n g = lim n → ∞ u n ( g ) for g ∈ Ω 0 0 for g ∈ Ω − Ω 0 .
u(g) = \begin{cases}
\sum_{n=0}^{\infty} T_n g = \lim_{n \to \infty} u_n(g) & \text{for } g \in \Omega_0 \\
0 & \text{for } g \in \Omega - \Omega_0 .
\end{cases}
u ( g ) = { ∑ n = 0 ∞ T n g = lim n → ∞ u n ( g ) 0 for g ∈ Ω 0 for g ∈ Ω − Ω 0 .
由于0 ≤ m ≤ n 0 \leq m \leq n 0 ≤ m ≤ n 在D m ⊂ D n D_m \subset D_n D m ⊂ D n 上有u n ( g ) u_n(g) u n ( g ) 和g g g 重合,对于每个g ∈ Ω 0 g \in \Omega_0 g ∈ Ω 0 ,u ( g ) u(g) u ( g ) 到D D D 的限制等于g g g ,因此直接的。
C) 构造 C \mathscr{C} C 上的高斯测度: 令 w ′ w' w ′ 为 C \mathscr{C} C 上的有界测度,即 m m m 可测映射 u : Ω → C u : \Omega \to \mathscr{C} u : Ω → C 下 m m m 的像。 我们将证明w ′ w' w ′ 是C \mathscr{C} C 的高斯测度,方差为W W W 、从而w = w ′ w = w' w = w ′ 。 用D \mathscr{D} D 表示M 1 \mathscr{M}^1 M 1 的线性子空间,该线性子空间由t t t 的测量ε t \varepsilon_t ε t 生成超过D D D 。
对于每一个度量μ ∈ D \mu \in \mathscr{D} μ ∈ D ,
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = e − W ( μ ) / 2 .
\int_{\mathscr{C}} e^{i \langle f, \mu \rangle} \, dw'(f) = e^{-W(\mu)/2}.
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = e − W ( μ ) /2 .
被以下引用 1 被以下引用 引理 6
集合 μ = c 1 ε t 1 + c 2 ε t 2 + ⋯ + c n ε t n \mu = c_1 \varepsilon_{t_1} + c_2 \varepsilon_{t_2} + \cdots + c_n \varepsilon_{t_n} μ = c 1 ε t 1 + c 2 ε t 2 + ⋯ + c n ε t n ,其中t 1 , … , t n t_1, \ldots, t_n t 1 , … , t n 位于D D D ,c 1 , … , c n c_1, \ldots, c_n c 1 , … , c n 位于R \mathbf{R} R 。对于每个 g ∈ Ω 0 g \in \Omega_0 g ∈ Ω 0 、函数 u ( g ) u(g) u ( g ) 重合,其中 g g g 位于 D D D ;所以
⟨ u ( g ) , μ ⟩ = ∑ j = 1 n c j g ( t j ) ( g ∈ Ω 0 ) .
\langle u(g), \mu \rangle = \sum_{j=1}^n c_j g(t_j) \qquad (g \in \Omega_0).
⟨ u ( g ) , μ ⟩ = j = 1 ∑ n c j g ( t j ) ( g ∈ Ω 0 ) .
还,
W ( μ ) = ∑ j , k = 1 n c j c k inf ( t j , t k ) ,
W(\mu) = \sum_{j,k=1}^n c_j c_k \inf(t_j, t_k),
W ( μ ) = j , k = 1 ∑ n c j c k inf ( t j , t k ) ,
并且,由于 m m m 是 Ω \Omega Ω 的高斯测度,协方差为 M M M ,并且 Ω − Ω 0 \Omega - \Omega_0 Ω − Ω 0 m m m 可忽略不计,因此我们有
∫ Ω 0 e i ∑ j = 1 n c j g ( t j ) d m ( g ) = exp ( − 1 2 ∑ j , k = 1 n c j c k inf ( t j , t k ) ) .
\int_{\Omega_0} e^{i \sum_{j=1}^n c_j g(t_j)} \, dm(g) = \exp \left( - \frac{1}{2} \sum_{j,k=1}^n c_j c_k \inf(t_j, t_k) \right).
∫ Ω 0 e i ∑ j = 1 n c j g ( t j ) d m ( g ) = exp − 2 1 j , k = 1 ∑ n c j c k inf ( t j , t k ) .
现在,Ω − Ω 0 \Omega - \Omega_0 Ω − Ω 0 m m m 可以忽略不计,w ′ = u ( m ) w' = u(m) w ′ = u ( m ) ;由此可见
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = ∫ Ω 0 e i ⟨ u ( g ) , μ ⟩ d m ( g ) .
\int_{\mathscr{C}} e^{i \langle f, \mu \rangle} \, dw'(f) = \int_{\Omega_0} e^{i \langle u(g), \mu \rangle} \, dm(g).
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = ∫ Ω 0 e i ⟨ u ( g ) , μ ⟩ d m ( g ) .
公式 (48) 紧随公式 (49) 到 (52)。
让μ ∈ M 1 \mu \in \mathscr{M}^1 μ ∈ M 1 。存在序列措施μ n ∈ D \mu_n \in \mathscr{D} μ n ∈ D ,使得μ ( f ) = lim n → ∞ μ n ( f ) \mu(f) = \lim_{n \to \infty} \mu_n(f) μ ( f ) = lim n → ∞ μ n ( f ) 对于所有f ∈ C f \in \mathscr{C} f ∈ C 和W ( μ ) = lim n → ∞ W ( μ n ) W(\mu) = \lim_{n \to \infty} W(\mu_n) W ( μ ) = lim n → ∞ W ( μ n ) 。
引用了 8 引用了 命题 13, III § 1 , 命题 15, III § 1 , 命题 17, III § 1 , 推论 1, III § 2 , 推论 2, III § 3 , 命题 6 , 定理 2, IV § 4 , 引理 5
让I = [ 0 , 1 ] I = [0, 1] I = [ 0 , 1 ] 。 T = ] 0 , 1 [ T = ]0, 1[ T = ] 0 , 1 [ 上的有界测度的空间M 1 \mathscr{M}^1 M 1 将被识别为M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 的子空间,该测度由在0 0 0 放置没有权的测度形成。 (3) 我们为M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 配备了模糊的拓扑。 映射
(3) 即I I I 上的措施集中在T = I − { 0 } T = I - \{0\} T = I − { 0 } 上。
I I I 到M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 的t ↦ ε t t \mapsto \varepsilon_t t ↦ ε t 是连续的(第III, §1, No. 9章,第13条命题);由于 D 在 I 中是稠密的,因此 D \mathscr{D} D 包含的闭包 D ‾ \overline{\mathscr{D}} D 所有点措施。设 A 为 ν ∈ D \nu \in \mathscr{D} ν ∈ D 的集合,使得 ∥ ν ∥ ≤ ∥ μ ∥ \| \nu \| \leq \| \mu \| ∥ ν ∥ ≤ ∥ μ ∥ ;措施μ \mu μ 位于A的闭包中(第III, §2, No. 4章,Th.1的Cor.1)。 集合 A 在 M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 中相对紧致(第 III, §1, No. 9,第 15 章),而 M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 的紧致子集是可度量的(TVS,III, §3, No. 4,第 6 条第(4)条的 Cor.2 和 GT,X, §3, No. 3,Th.1)。因此,在M ( I ) \mathscr{M}(I) M ( I ) 中存在序列个测度μ n ∈ A \mu_n \in A μ n ∈ A 收敛于μ \mu μ 。由于 C \mathscr{C} C 与原点 I 零上的连续函数的子空间进行识别,因此对于所有 f ∈ C f \in \mathscr{C} f ∈ C ,我们都有 μ ( f ) = lim n → ∞ μ n ( f ) \mu(f) = \lim_{n \to \infty} \mu_n(f) μ ( f ) = lim n → ∞ μ n ( f ) 。此外,由于C ( I ) ⊗ C ( I ) \mathscr{C}(I) \otimes \mathscr{C}(I) C ( I ) ⊗ C ( I ) 在范数空间C ( I × I ) \mathscr{C}(I \times I) C ( I × I ) (第III, §4, No. 1,引理1)中是密集的,关系lim n → ∞ μ n = μ \lim_{n \to \infty} \mu_n = \mu lim n → ∞ μ n = μ 和∥ μ n ∥ ≤ ∥ μ ∥ \| \mu_n \| \leq \| \mu \| ∥ μ n ∥ ≤ ∥ μ ∥ 意味着lim n → ∞ ( μ n ⊗ μ n ) = μ ⊗ μ \lim_{n \to \infty} (\mu_n \otimes \mu_n) = \mu \otimes \mu lim n → ∞ ( μ n ⊗ μ n ) = μ ⊗ μ (第III, §1, No. 10,提案 17);由于措施 μ n \mu_n μ n 和 μ \mu μ 将权置于 0,我们有
W ( μ n ) = ∫ I ∫ I inf ( t , t ′ ) d μ n ( t ) d μ n ( t ′ ) ,
W(\mu_n) = \int_I \int_I \inf(t, t') d\mu_n(t) d\mu_n(t'),
W ( μ n ) = ∫ I ∫ I inf ( t , t ′ ) d μ n ( t ) d μ n ( t ′ ) ,
W ( μ ) = ∫ I ∫ I inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d μ ( t ′ ) ,
W(\mu) = \int_I \int_I \inf(t, t') d\mu(t) d\mu(t'),
W ( μ ) = ∫ I ∫ I inf ( t , t ′ ) d μ ( t ) d μ ( t ′ ) ,
从而lim n → ∞ W ( μ n ) = W ( μ ) \lim_{n \to \infty} W(\mu_n) = W(\mu) lim n → ∞ W ( μ n ) = W ( μ ) 。
还需要证明w ′ w' w ′ 的傅里叶变换等于e − W / 2 e^{-W/2} e − W /2 。令 μ ∈ M 1 \mu \in \mathscr{M}^1 μ ∈ M 1 ; 选择测量μ n ∈ D \mu_n \in \mathscr{D} μ n ∈ D ,如引理 6。测量w ′ w' w ′ 是有界的,并且∣ e i ⟨ f , μ n ⟩ ∣ = 1 |e^{i \langle f, \mu_n \rangle}| = 1 ∣ e i ⟨ f , μ n ⟩ ∣ = 1 对于所有n n n ; 引理 5 和勒贝格收敛定理(Ch. IV, §4, No. 3,Th. 2)则意味着
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = lim n → ∞ ∫ C e i ⟨ f , μ n ⟩ d w ′ ( f ) = lim n → ∞ e − W ( μ n ) / 2 = e − W ( μ ) / 2 .
\int_{\mathscr{C}} e^{i \langle f, \mu \rangle} dw'(f) = \lim_{n \to \infty} \int_{\mathscr{C}} e^{i \langle f, \mu_n \rangle} dw'(f)
= \lim_{n \to \infty} e^{-W(\mu_n)/2} = e^{-W(\mu)/2}.
∫ C e i ⟨ f , μ ⟩ d w ′ ( f ) = n → ∞ lim ∫ C e i ⟨ f , μ n ⟩ d w ′ ( f ) = n → ∞ lim e − W ( μ n ) /2 = e − W ( μ ) /2 .
Q.E.D.
C \mathscr{C} C 上的w w w 测度,其傅里叶变换等于e − W / 2 e^{-W/2} e − W /2 ,称为*C \mathscr{C} C *上的维纳测度。
8. 傅里叶变换的连续性
— 令 E 为局部凸空间,μ \mu μ E 的比例,Φ \Phi Φ 傅里叶变换为 μ \mu μ 。一个人存在不平等
∣ Φ ( x ′ ) ∣ ≤ Φ ( 0 )
|\Phi(x')| \leq \Phi(0)
∣Φ ( x ′ ) ∣ ≤ Φ ( 0 )
∣ Φ ( x ′ ) − Φ ( y ′ ) ∣ 2 ≤ 2 Φ ( 0 ) ( Φ ( 0 ) − ℜ Φ ( x ′ − y ′ ) )
|\Phi(x') - \Phi(y')|^2 \leq 2\Phi(0)\left(\Phi(0) - \Re \Phi(x' - y')\right)
∣Φ ( x ′ ) − Φ ( y ′ ) ∣ 2 ≤ 2Φ ( 0 ) ( Φ ( 0 ) − ℜΦ ( x ′ − y ′ ) )
被以下引用 5 被以下引用 § 6. 。局部凸空间上的测度和测度 , 命题 2 , 命题 3 , 定理 2(米洛斯) , 定理 3(普罗霍罗夫-萨佐诺夫)
E ′ E' E ′ 中的 x ′ , y ′ x', y' x ′ , y ′ 。
No. 3的公式(5)允许简化为E是有限维且μ \mu μ 是测度的情况。然后
∣ Φ ( x ′ ) ∣ = ∣ ∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ ( x ) ∣ ≤ ∫ E ∣ e i ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ d μ ( x ) = ∫ E d μ ( x ) = Φ ( 0 ) ,
|\Phi(x')| = \left| \int_E e^{i\langle x, x' \rangle} d\mu(x) \right| \leq \int_E |e^{i\langle x, x' \rangle}| d\mu(x) = \int_E d\mu(x) = \Phi(0),
∣Φ ( x ′ ) ∣ = ∫ E e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ ( x ) ≤ ∫ E ∣ e i ⟨ x , x ′ ⟩ ∣ d μ ( x ) = ∫ E d μ ( x ) = Φ ( 0 ) ,
从而 (53)。此外,如果a a a 和b b b 是实数,那么
∣ e i a − e i b ∣ 2 = ∣ e i b ∣ 2 ∣ e i ( a − b ) − 1 ∣ 2 = ( e i ( a − b ) − 1 ) ( e − i ( a − b ) − 1 ) = 2 − 2 cos ( a − b ) ;
|e^{ia} - e^{ib}|^2 = |e^{ib}|^2|e^{i(a-b)} - 1|^2 = (e^{i(a-b)} - 1)(e^{-i(a-b)} - 1) = 2 - 2\cos(a - b);
∣ e ia − e ib ∣ 2 = ∣ e ib ∣ 2 ∣ e i ( a − b ) − 1 ∣ 2 = ( e i ( a − b ) − 1 ) ( e − i ( a − b ) − 1 ) = 2 − 2 cos ( a − b ) ;
根据柯西-施瓦茨不等式,我们有
∣ Φ ( x ′ ) − Φ ( y ′ ) ∣ 2 = ∣ ∫ E ( e i ⟨ x , x ′ ⟩ − e i ⟨ x , y ′ ⟩ ) d μ ( x ) ∣ 2
|\Phi(x') - \Phi(y')|^2 = \left| \int_E (e^{i\langle x, x' \rangle} - e^{i\langle x, y' \rangle}) d\mu(x) \right|^2
∣Φ ( x ′ ) − Φ ( y ′ ) ∣ 2 = ∫ E ( e i ⟨ x , x ′ ⟩ − e i ⟨ x , y ′ ⟩ ) d μ ( x ) 2
≤ ∫ E ∣ e i ⟨ x , x ′ ⟩ − e i ⟨ x , y ′ ⟩ ∣ 2 d μ ( x ) ∫ E 1 2 d μ ( x )
\leq \int_E |e^{i\langle x, x' \rangle} - e^{i\langle x, y' \rangle}|^2 d\mu(x) \int_E 1^2 d\mu(x)
≤ ∫ E ∣ e i ⟨ x , x ′ ⟩ − e i ⟨ x , y ′ ⟩ ∣ 2 d μ ( x ) ∫ E 1 2 d μ ( x )
= ∫ E ( 2 − 2 cos ⟨ x , x ′ − y ′ ⟩ ) ) d μ ( x ) ⋅ Φ ( 0 )
= \int_E (2 - 2\cos\langle x, x' - y' \rangle)) d\mu(x) \cdot \Phi(0)
= ∫ E ( 2 − 2 cos ⟨ x , x ′ − y ′ ⟩)) d μ ( x ) ⋅ Φ ( 0 )
= 2 Φ ( 0 ) ( Φ ( 0 ) − ℜ Φ ( x ′ − y ′ ) ) ,
= 2\Phi(0)\left(\Phi(0) - \Re \Phi(x' - y')\right),
= 2Φ ( 0 ) ( Φ ( 0 ) − ℜΦ ( x ′ − y ′ ) ) ,
从而 (54)。
— 为E ′ E' E ′ 配备与其向量空间结构兼容的拓扑。为了使 Φ \Phi Φ 连续,其实数部分 ℜ Φ \Re \Phi ℜΦ 在原点处连续是充分必要的,在这种情况下 Φ \Phi Φ 是一致连续的。
被以下引用 1 被以下引用 命题 9
这是从不等式 (54) 得出的。
令 F 为局部凸空间。我们为F的对偶F ′ F' F ′ 配备拓扑,与F和F ′ F' F ′ 之间的对偶性兼容,并且我们为认同F配备F ′ F' F ′ 的对偶。因而,F ′ F' F ′ 上的有界测度μ \mu μ 的傅里叶变换是F上的函数F μ \mathscr{F}\mu F μ ,定义为
( F μ ) ( x ) = ∫ F ′ e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ ( x ′ ) .
(\mathscr{F}\mu)(x) = \int_{F'} e^{i\langle x, x' \rangle} d\mu(x').
( F μ ) ( x ) = ∫ F ′ e i ⟨ x , x ′ ⟩ d μ ( x ′ ) .
令μ \mu μ 为F ′ F' F ′ 的有界测度,Φ \Phi Φ 为傅里叶变换。让ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 。存在 F ′ F' F ′ 的紧子集 K,使得 μ ( F ′ − K ) ≤ ε \mu(F' - K) \leq \varepsilon μ ( F ′ − K ) ≤ ε 。现在,K 对于弱拓扑 σ ( F ′ , F ) \sigma(F', F) σ ( F ′ , F ) 是紧致的,因此是等连续的,因为 F 是桶形的(TVS,III, §4, No. 2,Th.1)。因而,F 中存在一个对称邻域 U 为 0,其极坐标为 U ∘ U^\circ U ∘ 包含 K。设 x 在 ε U \varepsilon U ε U 内;那么
Φ ( 0 ) − ℜ Φ ( x ) = ∫ F ′ ( 1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩ ) d μ ( x ′ ) .
\Phi(0) - \Re \Phi(x) = \int_{F'} (1 - \cos \langle x, x' \rangle) d\mu(x').
Φ ( 0 ) − ℜΦ ( x ) = ∫ F ′ ( 1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩) d μ ( x ′ ) .
现在,每个x ′ ∈ F ′ − K x' \in F' - K x ′ ∈ F ′ − K 对应0 ≤ 1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩ ≤ 2 0 \leq 1 - \cos \langle x, x' \rangle \leq 2 0 ≤ 1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩ ≤ 2 ,并且
1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩ ≤ 1 2 ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ ε 2 2
1 - \cos \langle x, x' \rangle \leq \frac{1}{2} \langle x, x' \rangle^2 \leq \frac{\varepsilon^2}{2}
1 − cos ⟨ x , x ′ ⟩ ≤ 2 1 ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ 2 ε 2
x ′ ∈ K ⊂ U ∘ x' \in K \subset U^\circ x ′ ∈ K ⊂ U ∘ ;由此可见
0 ≤ Φ ( 0 ) − ℜ Φ ( x ) ≤ 2 μ ( F ′ − K ) + ε 2 2 μ ( K ) ≤ 2 ε + ε 2 2 μ ( F ′ ) .
0 \leq \Phi(0) - \Re \Phi(x) \leq 2 \mu(F' - K) + \frac{\varepsilon^2}{2} \mu(K) \leq 2\varepsilon + \frac{\varepsilon^2}{2} \mu(F').
0 ≤ Φ ( 0 ) − ℜΦ ( x ) ≤ 2 μ ( F ′ − K ) + 2 ε 2 μ ( K ) ≤ 2 ε + 2 ε 2 μ ( F ′ ) .
这个不等式的第二个成员随着ε \varepsilon ε 趋于0;因而 ℜ Φ \Re \Phi ℜΦ 在 0 处连续,命题由 Cor 得出。提案 8。
9. 米洛斯的引理
令 T 为有限维向量空间且 μ \mu μ 为 T ′ T' T ′ 上的有界测度;我们将认同 T 与T ′ T' T ′ 的对偶,使得μ \mu μ 的傅里叶变换 Φ \Phi Φ 是T 上的函数。我们假设给定T 上的两个正二次方形式 h 和q 以及数 ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 。对于每个实数r > 0 r > 0 r > 0 ,我们用x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ 的C r C_r C r 集合表示,这样⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 h ( x ) \langle x, x' \rangle^2 \leq r^2 h(x) ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 h ( x ) 代表所有x ∈ T x \in T x ∈ T 。
— *在假设 Φ ( 0 ) − ℜ Φ ≤ ε + q \Phi(0) - \Re \Phi \leq \varepsilon + q Φ ( 0 ) − ℜΦ ≤ ε + q 下,我们有
μ ( T ′ − C r ) ≤ 3 ( ε + r − 2 Tr ( q / h ) )
\mu(T' - C_r) \leq 3 (\varepsilon + r^{-2} \operatorname{Tr}(q/h))
μ ( T ′ − C r ) ≤ 3 ( ε + r − 2 Tr ( q / h ))
引用了 3 · 被以下引用 2 引用了 引理 2 , 引理 1 , 命题 2
被以下引用 命题 3, IX § 3 , 定理 2(米洛斯)
对于每个 r > 0 r > 0 r > 0 。
q 右 h 的迹可写为 Tr ( q / h ) \operatorname{Tr}(q/h) Tr ( q / h ) (cf. 附件,No. 1)。当 Tr ( q / h ) \operatorname{Tr}(q/h) Tr ( q / h ) 无穷大时,公式 (55) 是微不足道的。从此以后,我们假设 Tr ( q / h ) \operatorname{Tr}(q/h) Tr ( q / h ) 是有限的,因而 h ( x ) = 0 h(x) = 0 h ( x ) = 0 意味着 x ∈ T x \in T x ∈ T 的 q ( x ) = 0 q(x) = 0 q ( x ) = 0 。
令a 1 , … , a n a_1, \ldots, a_n a 1 , … , a n 为T T T 的元素,且D D D 集合为x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ ,使得∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 > 1 \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle^2 > 1 ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 > 1 。对于每个实数t ≥ 0 t \geq 0 t ≥ 0 ,我们都有3 ( 1 − e − t / 2 ) ≥ 0 3(1 - e^{-t/2}) \geq 0 3 ( 1 − e − t /2 ) ≥ 0 ,甚至还有
3 ( 1 − e − t / 2 ) ≥ 3 ( 1 − e − 1 / 2 ) ≥ 3 ( 1 − ( 9 4 ) − 1 / 2 ) = 1
3(1 - e^{-t/2}) \geq 3(1 - e^{-1/2}) \geq 3\left(1 - \left(\frac{9}{4}\right)^{-1/2}\right) = 1
3 ( 1 − e − t /2 ) ≥ 3 ( 1 − e − 1/2 ) ≥ 3 ( 1 − ( 4 9 ) − 1/2 ) = 1
对于t > 1 t > 1 t > 1 ,因为e > 9 4 e > \frac{9}{4} e > 4 9 。 应用这些不等式到t = ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 t = \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle^2 t = ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ,我们得到
μ ( D ) ≤ 3 ∫ T ′ ( 1 − exp ( − 1 2 ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) ) d μ ( x ′ ) .
\mu(D) \leq 3 \int_{T'} \left(1 - \exp \left(-\frac{1}{2} \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle^2\right)\right) d\mu(x').
μ ( D ) ≤ 3 ∫ T ′ ( 1 − exp ( − 2 1 j = 1 ∑ n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) ) d μ ( x ′ ) .
令 γ \gamma γ 为 R \mathbf{R} R 的测度,相对于勒贝格测度,具有密度 t ↦ ( 2 π ) − 1 / 2 e − t 2 / 2 t \mapsto (2\pi)^{-1/2} e^{-t^2/2} t ↦ ( 2 π ) − 1/2 e − t 2 /2 。截至引理 2 / No. 4,
∫ R e i u t d γ ( t ) = e − u 2 / 2
\int_{\mathbf{R}} e^{iut} d\gamma(t) = e^{-u^2/2}
∫ R e i u t d γ ( t ) = e − u 2 /2
对于所有真实的u u u 。因而,
1 − exp ( − 1 2 ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) = ∫ ⋯ ∫ ( 1 − e i ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ t j ) d γ ( t 1 ) ⋯ d γ ( t n )
\begin{align*}
1 - \exp \left(-\frac{1}{2} \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle^2\right) \\
&= \int \cdots \int \left(1 - e^{i \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle t_j}\right) d\gamma(t_1) \cdots d\gamma(t_n)
\end{align*}
1 − exp ( − 2 1 j = 1 ∑ n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) = ∫ ⋯ ∫ ( 1 − e i ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ t j ) d γ ( t 1 ) ⋯ d γ ( t n )
对于所有x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ 。要整合到第二个成员中的x ′ , t 1 , … , t n x', t_1, \ldots, t_n x ′ , t 1 , … , t n 的函数是连续的,并且在绝对值上以2为界,并且度量μ \mu μ 和γ \gamma γ 有界;因而,我们可以对d μ ( x ′ ) d\mu(x') d μ ( x ′ ) 整的(57)的两个成员,并互换对μ \mu μ 和γ \gamma γ 的积分;一个获得
∫ T ′ ( 1 − exp ( − 1 2 ∑ j = 1 n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) ) d μ ( x ′ ) = ∫ ⋯ ∫ ( Φ ( 0 ) − Φ ( ∑ j = 1 n t j a j ) ) d γ ( t 1 ) ⋯ d γ ( t n ) .
\begin{align*}
\int_{T'} \left(1 - \exp \left(-\frac{1}{2} \sum_{j=1}^n \langle a_j, x' \rangle^2\right)\right) d\mu(x') \\
&= \int \cdots \int \left(\Phi(0) - \Phi\left(\sum_{j=1}^n t_j a_j\right)\right) d\gamma(t_1) \cdots d\gamma(t_n).
\end{align*}
∫ T ′ ( 1 − exp ( − 2 1 j = 1 ∑ n ⟨ a j , x ′ ⟩ 2 ) ) d μ ( x ′ ) = ∫ ⋯ ∫ ( Φ ( 0 ) − Φ ( j = 1 ∑ n t j a j ) ) d γ ( t 1 ) ⋯ d γ ( t n ) .
由于q q q 是T T T 上的二次形式,因此存在实数q j k q_{jk} q j k 使得
q ( ∑ j = 1 n t j a j ) = ∑ j , k q j k t j t k
q \left( \sum_{j=1}^n t_j a_j \right) = \sum_{j,k} q_{jk} t_j t_k
q ( j = 1 ∑ n t j a j ) = j , k ∑ q j k t j t k t 1 , … , t n t_1, \ldots, t_n t 1 , … , t n 真实;特别是,
q j j = q ( a j ) q_{jj} = q(a_j) q j j = q ( a j ) 代表
1 ≤ j ≤ n 1 \leq j \leq n 1 ≤ j ≤ n 。此外,对于
n = 0 , 1 , 2 n = 0, 1, 2 n = 0 , 1 , 2 ,整的
∫ R t n d γ ( t ) \int_{\mathbf{R}} t^n d\gamma(t) ∫ R t n d γ ( t ) 分别有值 1、0、1(No. 4、引理 1)。由此,立即推断出
∫ ⋯ ∫ ( ε + q ( ∑ j = 1 n t j a j ) ) d γ ( t 1 ) … d γ ( t n ) = ε + ∑ j = 1 n q ( a j ) .
\int \cdots \int \left( \varepsilon + q \left( \sum_{j=1}^n t_j a_j \right) \right) d\gamma(t_1) \ldots d\gamma(t_n) = \varepsilon + \sum_{j=1}^n q(a_j).
∫ ⋯ ∫ ( ε + q ( j = 1 ∑ n t j a j ) ) d γ ( t 1 ) … d γ ( t n ) = ε + j = 1 ∑ n q ( a j ) . 现在,(58)和
Φ ( 0 ) \Phi(0) Φ ( 0 ) 的第一个成员是实数;因而,在(58)的第二个成员中,可以通过替换
Φ \Phi Φ 乘
ℜ Φ \Re \Phi ℜΦ 。 不等式
Φ ( 0 ) − ℜ Φ ≤ ε + q \Phi(0) - \Re \Phi \leq \varepsilon + q Φ ( 0 ) − ℜΦ ≤ ε + q 和公式 (56), (58) 和 (59) 那么意味着
μ ( D ) ≤ 3 ( ε + ∑ j = 1 n q ( a j ) ) .
\mu(D) \leq 3 \left( \varepsilon + \sum_{j=1}^n q(a_j) \right).
μ ( D ) ≤ 3 ( ε + j = 1 ∑ n q ( a j ) ) . 让我们修复数
r > 0 r > 0 r > 0 。由于二次方形式
h h h 为正,因此在 0 和
n n n 之间存在
T T T 和整数
m m m 的基
( e 1 , … , e n ) (e_1, \ldots, e_n) ( e 1 , … , e n ) ,使得
h ( ∑ j = 1 n t j e j ) = ∑ j = 1 m t j 2
h \left( \sum_{j=1}^n t_j e_j \right) = \sum_{j=1}^m t_j^2
h ( j = 1 ∑ n t j e j ) = j = 1 ∑ m t j 2 t 1 , … , t n t_1, \ldots, t_n t 1 , … , t n 实数(附件,No. 1,提案2)。那么直接的
C r C_r C r 由
x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ 组成,这样
∑ j = 1 m ⟨ e j , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 , ∑ j = m + 1 n ⟨ e j , x ′ ⟩ 2 = 0.
\sum_{j=1}^m \langle e_j, x' \rangle^2 \leq r^2, \qquad \sum_{j=m+1}^n \langle e_j, x' \rangle^2 = 0.
j = 1 ∑ m ⟨ e j , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 , j = m + 1 ∑ n ⟨ e j , x ′ ⟩ 2 = 0. 对于每个整数
l ≥ 1 l \geq 1 l ≥ 1 ,令
D l D_l D l 为
x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ 满足不等式中的集合
∑ j = 1 m ⟨ r − 1 e j , x ′ ⟩ 2 + ∑ j = m + 1 n ⟨ l e j , x ′ ⟩ 2 > 1.
\sum_{j=1}^m \langle r^{-1} e_j, x' \rangle^2 + \sum_{j=m+1}^n \langle l e_j, x' \rangle^2 > 1.
j = 1 ∑ m ⟨ r − 1 e j , x ′ ⟩ 2 + j = m + 1 ∑ n ⟨ l e j , x ′ ⟩ 2 > 1. 人们很容易看出序列
( D l ) l ≥ 1 (D_l)_{l \geq 1} ( D l ) l ≥ 1 是递增与并
T ′ − C r T' - C_r T ′ − C r ,从而
μ ( T ′ − C r ) = lim l → ∞ μ ( D l ) .
\mu(T' - C_r) = \lim_{l \to \infty} \mu(D_l).
μ ( T ′ − C r ) = l → ∞ lim μ ( D l ) .
但到了(60),
μ ( D l ) ≤ 3 ( ε + ∑ j = 1 m r − 2 q ( e j ) + ∑ j = m + 1 n l 2 q ( e j ) ) ;
\mu(D_l) \leq 3 \left( \varepsilon + \sum_{j=1}^m r^{-2} q(e_j) + \sum_{j=m+1}^n l^2 q(e_j) \right);
μ ( D l ) ≤ 3 ( ε + j = 1 ∑ m r − 2 q ( e j ) + j = m + 1 ∑ n l 2 q ( e j ) ) ;
对于j = m + 1 , … , n j = m+1, \ldots, n j = m + 1 , … , n ,我们有h ( e j ) = 0 h(e_j) = 0 h ( e j ) = 0 ,因此q ( e j ) = 0 q(e_j) = 0 q ( e j ) = 0 。此外,Tr ( q / h ) = ∑ j = 1 m q ( e j ) \operatorname{Tr}(q/h) = \sum_{j=1}^m q(e_j) Tr ( q / h ) = ∑ j = 1 m q ( e j ) (附件,No. 1,提案 2)。然后从 (61) 和 (62) 得出关系 (55)。
Q.E.D.
10. 对核空间的双重措施
令 F 为局部凸空间。令T s \mathscr{T}_s T s 为F ′ F' F ′ 上的弱拓扑σ ( F ′ , F ) \sigma(F', F) σ ( F ′ , F ) ,以及T c \mathscr{T}_c T c 拓扑在F的紧凸子集上一致收敛。由Mackey的定理(TVS,IV, §1, No. 1,Th.1)拓扑F ′ F' F ′ 上的T s \mathscr{T}_s T s 和T c \mathscr{T}_c T c 与F和F ′ F' F ′ 之间的对偶性兼容;因此,对于 F ′ F' F ′ 上T s \mathscr{T}_s T s 和 T c \mathscr{T}_c T c 中间的每个局部凸拓扑 T \mathscr{T} T 也是如此。如果T \mathscr{T} T 是这样的拓扑,并且F T ′ F'_{\mathscr{T}} F T ′ 表示空间F ′ F' F ′ 配备T \mathscr{T} T ,我们将认同F与F T ′ F'_{\mathscr{T}} F T ′ 的对偶。因此,对于前面型的所有拓扑T \mathscr{T} T ,F ′ F' F ′ 的promeasure都是相同的,如果μ \mu μ 是这样的promeasure,那么它的傅里叶变换就是F上的函数。
人们将 F 上的 Sazonov 拓扑称为由连续半范数 N 满足定义的局部凸拓扑 S \mathscr{S} S ,如下条件:N 2 N^2 N 2 是 F 上的正二次方形式,并且 F 上存在连续正二次方形式 H,使得Tr ( N 2 / H ) < + ∞ \operatorname{Tr}(N^2/H) < +\infty Tr ( N 2 / H ) < + ∞ 。 拓扑 S \mathscr{S} S 比 F 上给定的拓扑更粗糙;如果这些拓扑相同,则 F 被称为核。这个空间的类稍后会详细研究。
定理 2(米洛斯) 09ST
— *令 F 为局部凸空间,T \mathscr{T} T F ′ F' F ′ 上的局部凸拓扑,介于 T s \mathscr{T}_s T s 和 T c \mathscr{T}_c T c 之间,以及μ \mu μ F T ′ F'_{\mathscr{T}} F T ′ 上的比例。假设对于 Sazonov 拓扑,μ \mu μ 的傅里叶变换 Φ \Phi Φ 在 F 上连续。那么 μ \mu μ 是 F T ′ F'_{\mathscr{T}} F T ′ 的度量。
引用了 3 · 被以下引用 2 引用了 命题 8 , 命题 10 , 命题 1
被以下引用 推论 , 定理 3(普罗霍罗夫-萨佐诺夫)
让ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 。由于 Φ \Phi Φ 对于 F 上的 Sazonov 拓扑是连续的,因此 F 上存在两个连续正二次形式 Q 和 H,使得 Tr ( Q / H ) < + ∞ \operatorname{Tr}(Q/H) < +\infty Tr ( Q / H ) < + ∞ 和
Φ ( 0 ) − R Φ ( x ) ≤ ε / 6
\Phi(0) - \mathscr{R}\Phi(x) \leq \varepsilon/6
Φ ( 0 ) − R Φ ( x ) ≤ ε /6
对于每个x ∈ F x \in F x ∈ F ,使得Q ( x ) ≤ 1 Q(x) \leq 1 Q ( x ) ≤ 1 。根据No. 8、∣ R Φ ( x ) ∣ ≤ Φ ( 0 ) |\mathscr{R}\Phi(x)| \leq \Phi(0) ∣ R Φ ( x ) ∣ ≤ Φ ( 0 ) 第8号提案,适用于所有x ∈ F x \in F x ∈ F 、从而
Φ ( 0 ) − R Φ ( x ) ≤ ε / 6 + 2 Φ ( 0 ) Q ( x )
\Phi(0) - \mathscr{R}\Phi(x) \leq \varepsilon/6 + 2\Phi(0)Q(x)
Φ ( 0 ) − R Φ ( x ) ≤ ε /6 + 2Φ ( 0 ) Q ( x )
对于所有x ∈ F x \in F x ∈ F 。
集合 r = ( 12 Φ ( 0 ) Tr ( Q / H ) ε − 1 ) 1 / 2 r = (12\Phi(0)\operatorname{Tr}(Q/H)\varepsilon^{-1})^{1/2} r = ( 12Φ ( 0 ) Tr ( Q / H ) ε − 1 ) 1/2 并用 x ′ ∈ F T ′ x' \in F'_\mathscr{T} x ′ ∈ F T ′ 的 K 集合表示,使得 ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 H ( x ) \langle x, x' \rangle^2 \leq r^2 H(x) ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 H ( x ) 对于所有 x ∈ F x \in F x ∈ F 。由于H 1 / 2 H^{1/2} H 1/2 是F F F 上的连续半范数,集合K在F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ 上等连续且闭;因此,它在 Ascoli 的定理中是紧凑的 F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ (GT,X, §2, No. 5,Th.2 的 Cor.1)。
设V是F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ 与有限余维的闭线性子空间;则 V 是 F 的有限维线性子空间 T 的正交。 Let μ V \mu_V μ V be the measure on T ′ T' T ′ that is the image of the promeasure μ \mu μ on F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ under the mapping p V p_V p V that is the transpose of the canonical injection of T into F; its Fourier transform is the restriction of Φ \Phi Φ to T. 最后,根据 Hahn–Banach 定理(TVS,II, §3, No. 2,Th.1 的 Cor.1),p V ( K ) p_V(K) p V ( K ) 等于 x ′ ∈ T ′ x' \in T' x ′ ∈ T ′ 的集合 C r C_r C r ,使得对于所有 x ∈ T x \in T x ∈ T 都有 ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 H ( x ) \langle x, x' \rangle^2 \leq r^2 H(x) ⟨ x , x ′ ⟩ 2 ≤ r 2 H ( x ) 。 根据不等式 (63),可以将No. 9的第10条命题应用到T ′ T' T ′ 上的测度μ V \mu_V μ V ,将2 Φ ( 0 ) Q 2\Phi(0)Q 2Φ ( 0 ) Q 的q限制取为T,将h取H。 然后Tr ( q / h ) ≤ 2 Φ ( 0 ) Tr Q / H ) \operatorname{Tr}(q/h) \leq 2\Phi(0)\operatorname{Tr}Q/H) Tr ( q / h ) ≤ 2Φ ( 0 ) Tr Q / H ) ,从而
μ V ( T ′ − C r ) ≤ 3 ( ε 6 + 2 Φ ( 0 ) Tr ( Q / H ) r − 2 ) = ε .
\mu_V(T' - C_r) \leq 3 \left( \frac{\varepsilon}{6} + 2\Phi(0)\operatorname{Tr}(Q/H)\,r^{-2} \right) = \varepsilon.
μ V ( T ′ − C r ) ≤ 3 ( 6 ε + 2Φ ( 0 ) Tr ( Q / H ) r − 2 ) = ε .
由于p V p_V p V 定义,通过将F T ′ / V F'_\mathscr{T}/V F T ′ / V 的商同构推到T ′ T' T ′ ,No. 1的命题1则表明μ \mu μ 是F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ 的测度。
Q.E.D.
— *令 F 为桶状核空间,T \mathscr{T} T F ′ F' F ′ 上的局部凸拓扑,介于 T s \mathscr{T}_s T s 和 T c \mathscr{T}_c T c 之间,μ \mu μ F T ′ F'_\mathscr{T} F T ′ 上的算子,以及 Φ \Phi Φ 傅里叶变换 μ \mu μ 。为了使 μ \mu μ 成为一个测度,Φ \Phi Φ 在 F 上连续是必要且充分的。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 命题 9 , 定理 2(米洛斯)
被以下引用 推论
必要性来自于No. 8的第9条命题,充分性来自于Th。 2.
11. 希尔伯特空间的测量
令 E 为实希尔伯特空间,其中标量乘积表示为 ( x ∣ y ) (x|y) ( x ∣ y ) 。 E 的对偶 E ′ E' E ′ 上存在同构 j,其特征在于 E 中的 x , y x, y x , y 具有公式 ⟨ x , j ( y ) ⟩ = ( x ∣ y ) \langle x, j(y) \rangle = (x|y) ⟨ x , j ( y )⟩ = ( x ∣ y ) (TVS、V, §1, No. 7、Th. 3)。我们将通过 j 计算认同 E 和 E ′ E' E ′ 。因此,E 上的promeasure μ \mu μ 的傅里叶变换是E 上的函数 F μ \mathscr{F}\mu F μ ;当 μ \mu μ 是一个测度时,我们有
( F μ ) ( x ) = ∫ E e i ( x ∣ y ) d μ ( y ) ( x ∈ E ) . (\mathscr{F}\mu)(x) = \int_{E} e^{i(x|y)} d\mu(y) \quad (x \in E). ( F μ ) ( x ) = ∫ E e i ( x ∣ y ) d μ ( y ) ( x ∈ E ) .
a) 对于 Sazonov 拓扑*,*函数 Φ 在 E 上连续。
b) 对于每个 ε > 0,E 上存在一个核正二次方程形式 Q,使得 Φ(0) − ℜ Φ \Re \Phi ℜΦ ≤ ε + Q 。
c) promeasure μ 是对 Es 的测量。
b ) ⇒ a ) b) \Rightarrow a) b ) ⇒ a ) :这是从No. 8 (cf. 不等式 (54)) 的第 8 条命题得出的。
a ) ⇒ c ) a) \Rightarrow c) a ) ⇒ c ) :这是从 No. 10 的定理 2 开始的。
c ) ⇒ b ) c) \Rightarrow b) c ) ⇒ b ) :假设 μ 是 Es 上的度量。令 ε > 0。对于 x ∈ E x \in E x ∈ E 的每个整数 n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 、集合 B n B_n B n 以及范数 ≤ n \leq n ≤ n ,是 E s E_s E s 和 E = ⋃ n ≥ 1 B n E = \bigcup_{n \geq 1} B_n E = ⋃ n ≥ 1 B n 的闭子集。因此存在整数n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 使得μ ( E − B n ) < ε 2 \mu(E - B_n) < \frac{\varepsilon}{2} μ ( E − B n ) < 2 ε 。 公式
Q ( x ) = 1 2 ∫ B n ( x ∣ y ) 2 d μ ( y ) Q(x) = \frac{1}{2} \int_{B_n} (x|y)^2 d\mu(y) Q ( x ) = 2 1 ∫ B n ( x ∣ y ) 2 d μ ( y )
定义 E 上的正二次形式 Q。集合 C = n 2 2 μ ( B n ) C = \frac{n^2}{2} \mu(B_n) C = 2 n 2 μ ( B n ) 。如果 ( e 1 , … , e p ) (e_1, \ldots, e_p) ( e 1 , … , e p ) 是 E 中的有限正交序列,则
∑ j = 1 p ( e j ∣ y ) 2 ≤ ∥ y ∥ 2 ≤ n 2
\sum_{j=1}^p (e_j|y)^2 \leq \|y\|^2 \leq n^2
j = 1 ∑ p ( e j ∣ y ) 2 ≤ ∥ y ∥ 2 ≤ n 2
贝塞尔的不等式每y ∈ B n y \in B_n y ∈ B n 。通过积分可以得出
∑ j = 1 p Q ( e j ) = 1 2 ∫ B n ∑ j = 1 p ( e j ∣ y ) 2 d μ ( y ) ≤ n 2 2 μ ( B n ) = C ,
\sum_{j=1}^p Q(e_j) = \frac{1}{2} \int_{B_n} \sum_{j=1}^p (e_j|y)^2 d\mu(y) \leq \frac{n^2}{2} \mu(B_n) = C,
j = 1 ∑ p Q ( e j ) = 2 1 ∫ B n j = 1 ∑ p ( e j ∣ y ) 2 d μ ( y ) ≤ 2 n 2 μ ( B n ) = C ,
因此Q是核。
此外,每实数t1 − cos t ≤ inf ( 2 , t 2 2 ) 1 - \cos t \leq \inf \left( 2, \frac{t^2}{2} \right) 1 − cos t ≤ inf ( 2 , 2 t 2 ) ,从而
Φ ( 0 ) − ℜ Φ ( x ) = ∫ E ( 1 − cos ( x ∣ y ) ) d μ ( y )
\Phi(0) - \Re \Phi(x) = \int_{E} (1 - \cos(x|y)) d\mu(y)
Φ ( 0 ) − ℜΦ ( x ) = ∫ E ( 1 − cos ( x ∣ y )) d μ ( y )
≤ ∫ B n 1 2 ( x ∣ y ) 2 d μ ( y ) + ∫ E − B n 2 ⋅ d μ ( y )
\leq \int_{B_n} \frac{1}{2}(x|y)^2 d\mu(y) + \int_{E - B_n} 2 \cdot d\mu(y)
≤ ∫ B n 2 1 ( x ∣ y ) 2 d μ ( y ) + ∫ E − B n 2 ⋅ d μ ( y )
< Q ( x ) + ε
< Q(x) + \varepsilon
< Q ( x ) + ε
对于所有x ∈ E x \in E x ∈ E 。从而b)得到验证。
Q.E.D.
通过本文介绍的E 1 E_1 E 1 和E 2 E_2 E 2 及其对偶的辨识,ν \nu ν 的傅里叶变换等于Φ ∘ u ∗ \Phi \circ u^* Φ ∘ u ∗ ,其中u ∗ u^* u ∗ 是u u u 的伴随。现在,u ∗ u^* u ∗ 是E 2 E_2 E 2 到E 1 E_1 E 1 的希尔伯特-施密特映射(附件,No. 2),因此E 2 E_2 E 2 上的二次形式y ↦ ∥ u ∗ ( y ) ∥ 2 y \mapsto \|u^*(y)\|^2 y ↦ ∥ u ∗ ( y ) ∥ 2 是核的。如果( E 2 ) S (E_2)_\mathscr{S} ( E 2 ) S 表示E 2 E_2 E 2 配备了Sazonov 拓扑,则u ∗ u^* u ∗ 是( E 2 ) S (E_2)_\mathscr{S} ( E 2 ) S 到E 1 E_1 E 1 的连续线性映射,F V = Φ ∘ u ∗ \mathscr{F}_V = \Phi \circ u^* F V = Φ ∘ u ∗ 是( E 2 ) S (E_2)_\mathscr{S} ( E 2 ) S 上的连续; 定理 3 则表明ν \nu ν 是在空间E 2 E_2 E 2 上配备弱拓扑的测度。
Γ Q \Gamma_Q Γ Q 的傅里叶变换Φ \Phi Φ 等于e − Q / 2 e^{-Q/2} e − Q /2 。现在,每实数 t t t 、从而 Φ ( 0 ) − ℜ Φ ≤ Q / 2 \Phi(0) - \Re \Phi \leq Q/2 Φ ( 0 ) − ℜΦ ≤ Q /2 e t ≥ 1 + t e^t \geq 1 + t e t ≥ 1 + t 。因而,定理 3 的条件 b) 得到验证,Γ Q \Gamma_Q Γ Q 是E s E_s E s 的测度。
— 令 G G G 为群。如果不等式 ,则 G G G 上的复值函数 Φ \Phi Φ 被称为正型
∑ j , k = 1 p c j c k ‾ Φ ( x j x k − 1 ) ≥ 0
\sum_{j,k=1}^p c_j \overline{c_k} \Phi(x_j x_k^{-1}) \geq 0
j , k = 1 ∑ p c j c k Φ ( x j x k − 1 ) ≥ 0
被以下引用 2 被以下引用 引理, IV § 4 , 习题 5, § 3
适用于任何 x 1 , … , x p x_1, \ldots, x_p x 1 , … , x p 在 G G G 和任何复数 c 1 , … , c p c_1, \ldots, c_p c 1 , … , c p 。
稍后将详细研究这个概念。
— 令 E 为有限维向量空间,μ \mu μ E 的有界(正)测度,Φ \Phi Φ 傅里叶变换为 μ \mu μ 。 函数 Φ \Phi Φ 是连续的,且型在 E ′ E' E ′ 上。
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 命题 9
被以下引用 IX § 4. 。 逆极限措施 , 定理 4
Φ \Phi Φ 的连续性源自No. 8的第9条命题。
让我们证明Φ \Phi Φ 是正型。令x 1 ′ , … , x p ′ x'_1, \ldots, x'_p x 1 ′ , … , x p ′ 位于E ′ E' E ′ 和c 1 , … , c p c_1, \ldots, c_p c 1 , … , c p 复数中。然后
∑ j , k c j c k ‾ Φ ( x j ′ − x k ′ ) = ∫ E ∑ j , k c j c k ‾ e i ⟨ x , x j ′ − x k ′ ⟩ d μ ( x )
\sum_{j,k} c_j \overline{c_k} \Phi(x'_j - x'_k) = \int_E \sum_{j,k} c_j \overline{c_k} e^{i \langle x, x'_j - x'_k \rangle} \, d\mu(x)
j , k ∑ c j c k Φ ( x j ′ − x k ′ ) = ∫ E j , k ∑ c j c k e i ⟨ x , x j ′ − x k ′ ⟩ d μ ( x )
= ∫ E ∣ ∑ j = 1 p c j e i ⟨ x , x j ′ ⟩ ∣ 2 d μ ( x ) ≥ 0.
= \int_E \left| \sum_{j=1}^p c_j e^{i \langle x, x'_j \rangle} \right|^2 \, d\mu(x) \geq 0.
= ∫ E j = 1 ∑ p c j e i ⟨ x , x j ′ ⟩ 2 d μ ( x ) ≥ 0.
Q.E.D.
一个可以证明逆命题被称为 Bochner 的定理 :正型的 E ′ E' E ′ 上的每个连续函数是有界(正)测度的傅里叶变换。 (*) 我们将在 No. 12 的其余部分假设这个结果。
— 令 E 为局部凸空间。傅立叶变换是 E 上的算子的集合的双射到E ′ E' E ′ 上的正型的函数的集合,其中限制对于每个有限维子空间都是连续的。
引用了 2 · 被以下引用 2 引用了 命题 11 , 命题 3
被以下引用 推论 , 定理 3, VI § 3
我们知道(No. 3,命题 3)傅里叶变换是单射的。令 μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) \mu = (\mu_V)_{V \in \mathscr{F}(E)} μ = ( μ V ) V ∈ F ( E ) 为 E 的配度,Φ \Phi Φ 为傅里叶变换。令 T 为 E ′ E' E ′ 的有限维子空间,并令 V 为 T 在 E 中的正交。一个可以确定 T 与 E / V E/V E / V 的对偶; Φ \Phi Φ 到T的限制Φ T \Phi_T Φ T 是E / V E/V E / V 上有界测度μ V \mu_V μ V 的傅里叶变换。根据命题 11,Φ T \Phi_T Φ T 是连续的,且在 T 上为正型。由于 T 是任意的,所以显然Φ \Phi Φ 在E ′ E' E ′ 上为正型。
相反,令Φ \Phi Φ 为E ′ E' E ′ 上正型的函数,其限制对于E ′ E' E ′ 的每个有限维子空间都是连续的。对于每个V ∈ F ( E ) V \in \mathscr{F}(E) V ∈ F ( E ) ,我们在E ′ E' E ′ 中将E / V E/V E / V 与V的正交V ∘ V^\circ V ∘ 对偶进行认同; Φ \Phi Φ 到V ∘ V^\circ V ∘ 的限制Φ V \Phi_V Φ V 是连续的并且为正型,因而,根据Bochner的定理,E / V E/V E / V 上存在有界(正)测度μ V \mu_V μ V ,其傅里叶变换为Φ V \Phi_V Φ V 。令F ( E ) \mathscr{F}(E) F ( E ) 中的V和W使得W ⊂ V W \subset V W ⊂ V ,并令p V W p_{VW} p V W 为E / W E/W E / W 的典范映射到E / V E/V E / V ;经过识别,t p V W {}^t p_{VW} t p V W 是V ∘ V^\circ V ∘ 中的单射变成W ∘ W^\circ W ∘ 。到No. 3的公式(4),我们有
F ( p V W ( μ W ) ) = ( F μ W ) ∘ t p V W = Φ W ∘ t p V W = Φ V = F μ V ,
\mathscr{F}(p_{VW}(\mu_W)) = (\mathscr{F}\mu_W) \circ {}^t p_{VW} = \Phi_W \circ {}^t p_{VW} = \Phi_V = \mathscr{F}\mu_V,
F ( p V W ( μ W )) = ( F μ W ) ∘ t p V W = Φ W ∘ t p V W = Φ V = F μ V ,
() 这个问题将在即将出版的《光谱理论》一书中的章中进行研究。关于这个问题读者可以查阅L.H的书。 LOOMIS, 抽象谐波数学分析*,范诺斯特兰德,纽约,1953 年。
从而 p v w ( μ w ) = μ v pvw(\mu_w) = \mu_v p v w ( μ w ) = μ v 根据 No. 3 的第 3 号提案。因而,族μ = ( μ v ) v ∈ F ( E ) \mu = (\mu_v)_{v \in \mathscr{F}(E)} μ = ( μ v ) v ∈ F ( E ) 是E E E 的订婚;显然Φ \Phi Φ 是μ \mu μ 的傅里叶变换。
— *令 F 为桶装核空间;为 F' 配备一个局部凸拓扑 T \mathscr{T} T 中间的弱拓扑 σ ( F ′ , F ) \sigma(F', F) σ ( F ′ , F ) 和拓扑,在 F 的紧凸子集上均匀收敛。傅里叶变换是 F' 上有界(正)测度的集合的双射 F 上连续函数的集合正型。
引用了 2 引用了 推论 , 定理 4
这紧随定理 4 和 Cor.的 Th。 2 个No. 10。*
习题
参见习题为 § 6 。