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3. 可度量群、有价值域、规范空间和代数
1. 可度量拓扑群
条件显然是必要的。反之,如果满足,则令( V n ) (V_n) ( V n ) 为e e e 的邻域的基本系统;如果U n U_n U n 表示对( x , y ) ∈ G × G (x, y) \in G \times G ( x , y ) ∈ G × G 的集合使得x − 1 y ∈ V n x^{-1}y \in V_n x − 1 y ∈ V n ,则U n U_n U n 形式是G G G 的左均匀性的可数基数系统;由于该均匀性是 Hausdorff,因此从 § 2, no. 4, 定理 1 可以得出它是可度量的。对于 G G G 的右均匀性也是如此。
如果拓扑群 G G G 的拓扑可度量,则称其为“可度量”。 命题 1 那么表明它的两个均匀性是可度量的。
可以借助以下概念来锐化此结果:
度量* d d d 在群 G G G (乘法书写) 据说是左不变 (或*右不变*)*如果我们有
d ( z x , z y ) = d ( x , y ) [ resp. d ( x z , y z ) = d ( x , y ) ]
d(zx, zy) = d(x, y) \quad [\text{resp. } d(xz, yz) = d(x, y)]
d ( z x , z y ) = d ( x , y ) [ resp. d ( x z , y z ) = d ( x , y )]
对于所有人 x , y , z x, y, z x , y , z *在*G G G 。
左*(或*右*)*可度量群* G G G 的均匀性*可以通过左不变量*(或*右不变量*)*G G G 上的度量来定义。
引用了 1 引用了 命题 2, IX § 1
假设e e e 的邻域的基本系统( V n ) (V_n) ( V n ) 由对称的邻域组成,使得每个n n n 都有V n + 1 3 ⊂ V n V_{n+1}^3 \subset V_n V n + 1 3 ⊂ V n 。那么左均匀性的相应的周边U n U_n U n 是对称周边,使得U n + 1 ⊂ U n U_{n+1} \subset U_n U n + 1 ⊂ U n 。 方法用于§ 1, no. 4 命题 2 的证明允许我们从( U n ) (U_n) ( U n ) 的序列构造,到G G G 上的度量d d d 与左均匀性兼容G G G ;并且由于对于每个 z ∈ G z \in G z ∈ G 映射 ( x , y ) → ( z x , z y ) (x, y) \to (zx, zy) ( x , y ) → ( z x , z y ) 都留下每个 U n U_n U n 不变量,d d d 的定义表明它是左不变度量。这个方法也适用于正确的均匀性。
注,如果G G G 的两个均匀性不同,则度量d d d 不是右不变的,因此一般来说d ( x − 1 , y − 1 ) ≠ d ( x , y ) d(x^{-1}, y^{-1}) \neq d(x, y) d ( x − 1 , y − 1 ) = d ( x , y ) 。
特别是,如果G G G 是可度量的阿贝尔的群,则其均匀性由不变度量d d d 定义:如果G G G 是相加的,我们有
d ( x , y ) = d ( 0 , y − x ) = d ( 0 , x − y ) .
d(x, y) = d(0, y - x) = d(0, x - y).
d ( x , y ) = d ( 0 , y − x ) = d ( 0 , x − y ) .
我们经常将d ( 0 , x ) d(0, x) d ( 0 , x ) 写为∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ (或∣ ∣ x ∣ ||x| ∣∣ x ∣ );那么我们有
d ( x , y ) = ∣ x − y ∣ .
d(x, y) = |x - y|.
d ( x , y ) = ∣ x − y ∣.
函数∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 满足以下三个条件:
a) ∣ − x ∣ = ∣ x ∣ |-x| = |x| ∣ − x ∣ = ∣ x ∣ 对于所有 x ∈ G x \in G x ∈ G 。
b) ∣ x + y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ |x + y| \leq |x| + |y| ∣ x + y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ 适用于所有 x ∈ G x \in G x ∈ G 和所有 y ∈ G y \in G y ∈ G 。
c) ∣ x ∣ = 0 |x| = 0 ∣ x ∣ = 0 当且仅当x = 0 x = 0 x = 0 。
反之:
令G G G 为阿贝尔的群,相加写成,x → ∣ x ∣ x \to |x| x → ∣ x ∣ 为映射G → R G \to \mathbf{R} G → R ,满足上述条件a)、b)和c)。那么函数d ( x , y ) = ∣ x − y ∣ d(x, y) = |x - y| d ( x , y ) = ∣ x − y ∣ 是G G G 上的不变度量; G G G 上的定义与G G G 上的群结构兼容,拓扑T \mathscr{T} T ,d d d 定义的均匀性与G G G 赋予拓扑得到的拓扑群的均匀性相同T \mathscr{T} T .
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 III § 1. 群上的拓扑
被以下引用 定义 2 , 定义 5
函数 d ( x , y ) d(x, y) d ( x , y ) 是 G G G 的度量,因为关系 d ( x , y ) = 0 d(x, y) = 0 d ( x , y ) = 0 等价于 c) 的 x = y x = y x = y ;通过 a) 我们有 d ( x , y ) = d ( y , x ) d(x, y) = d(y, x) d ( x , y ) = d ( y , x ) ;和
d ( x , y ) = ∣ ( x − z ) + ( z − y ) ∣ ≤ ∣ x − z ∣ + ∣ z − y ∣ = d ( x , z ) + d ( z , y )
d(x, y) = |(x - z) + (z - y)| \leq |x - z| + |z - y| = d(x, z) + d(z, y)
d ( x , y ) = ∣ ( x − z ) + ( z − y ) ∣ ≤ ∣ x − z ∣ + ∣ z − y ∣ = d ( x , z ) + d ( z , y )
由b)。此外,由于( x + z ) − ( y + z ) = x − y (x + z) - (y + z) = x - y ( x + z ) − ( y + z ) = x − y ,d d d 是不变的。 对于每个实数x > 0 x > 0 x > 0 ,令V x V_x V x 为所有x ∈ G x \in G x ∈ G 的集合,使得∣ x ∣ < x |x| < x ∣ x ∣ < x ;那么V x V_x V x 形式是0 0 0 的邻域的基本系统S \mathfrak{S} S 对于拓扑T \mathscr{T} T ,并且由于d d d 是不变的,所以a + S a + \mathfrak{S} a + S 是系统的基本系统邻域 / a a a 为拓扑 T \mathscr{T} T ,每个a ∈ G a \in G a ∈ G 。根据a),V x V_x V x 是对称的,根据b),我们有V a + V x ⊂ V 2 a V_a + V_x \subset V_{2a} V a + V x ⊂ V 2 a ;因此拓扑T \mathscr{T} T 与G G G (章III, § 1, no. 2)的群结构兼容。紧接着是命题的最后一个部分。
条件 a'、b' 和 c' 相当于 c) 与条件一起
∣ x − y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ .
|x - y| \leq |x| + |y|.
∣ x − y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣.
因为a'和b'清楚地暗示了b');相反,在 b') 中取 x = 0 x = 0 x = 0 并使用 c),我们看到 ∣ − y ∣ ≤ ∣ y ∣ |-y| \leq |y| ∣ − y ∣ ≤ ∣ y ∣ ; 替换 y y y by − y -y − y 由此得出 ∣ − y ∣ = ∣ y ∣ |-y| = |y| ∣ − y ∣ = ∣ y ∣ ,即 a); b') 中的替换 y y y by − y -y − y 然后我们得到 b')。
命题的第一个部分是G/H的单位元素在G/H中具有邻域的可数基数系统这一事实的推论;因为如果 (V_n) 是 G 中 e 的邻域的基数系统,则 G/H 中集合 V_n 的典范像 V ˙ n \dot{V}_n V ˙ n 形式 G/H 的单位元素的邻域的基数系统 (章III, § 2, no. 6,命题17)。
如果 G 是完备的,为了证明 G/H 是完备的,通过 § 2, no. 6、命题 9,足以证明每个柯西序列 ( x ˙ n ) (\dot{x}_n) ( x ˙ n ) (相对于 G/H 的左均匀性)是收敛的。如有必要,我们可以通过经过到( x ˙ n ) (\dot{x}_n) ( x ˙ n ) 的子序列假设,对于指标p , q p, q p , q 的每个对,使得p ≥ n p \geq n p ≥ n 和q ≥ n q \geq n q ≥ n ,我们有x ˙ p − 1 x ˙ q ∈ V ˙ n \dot{x}_p^{-1}\dot{x}_q \in \dot{V}_n x ˙ p − 1 x ˙ q ∈ V ˙ n ;这意味着对于点y ∈ x ˙ p , z ∈ x ˙ q y \in \dot{x}_p, z \in \dot{x}_q y ∈ x ˙ p , z ∈ x ˙ q 中的每个对,我们有y − 1 z ∈ H V n = V n H y^{-1}z \in HV_n = V_nH y − 1 z ∈ H V n = V n H ;因此,对于每个y ∈ x ˙ p y \in \dot{x}_p y ∈ x ˙ p ,x ˙ q \dot{x}_q x ˙ q 的交和y y y 的邻域y V n yV_n y V n 不为空。假设选择序列(V_n),使得V n + 1 2 ⊂ V n V_{n+1}^2 \subset V_n V n + 1 2 ⊂ V n ,并且定义归纳G的点的序列( x n ) (x_n) ( x n ) ,使得x n ∈ x ˙ n x_n \in \dot{x}_n x n ∈ x ˙ n 和x n + 1 ∈ x n V n x_{n+1} \in x_n V_n x n + 1 ∈ x n V n ;根据上述内容,这是可能的。接下来是归纳,对于每个p > 0 p > 0 p > 0 ,我们有x n + p ∈ x n V n V n + 1 … V n + p − 1 ⊂ x n V n − 1 x_{n+p} \in x_n V_n V_{n+1} \ldots V_{n+p-1} \subset x_n V_{n-1} x n + p ∈ x n V n V n + 1 … V n + p − 1 ⊂ x n V n − 1 。因此序列( x n ) (x_n) ( x n ) 是G中的柯西序列,因此收敛到点a a a ;紧接着G/H中a a a 的典范像a ˙ \dot{a} a ˙ 是序列( x ˙ n ) (\dot{x}_n) ( x ˙ n ) 的极限。
H 是 G 的正规子群(章 III, § 2, no. 3、命题 8),命题 4 表明 G/H 是完备的。另外,如果φ \varphi φ 是G到G/H上的典范映射,很明显φ ( G 0 ) \varphi(G_0) φ ( G 0 ) 在G/H中是稠密的。因此,结果来自章 III, § 2, no. 7、命题 21。
令 G、G' 为两个 Hausdorff 阿贝尔的拓扑群和 G ^ , G ^ ′ \hat{G}, \hat{G}' G ^ , G ^ ′ 它们各自的完成。我们记得(章III, § 3, no. 3,命题5),如果u u u 是G到G'中的连续同态,那么u u u 是一致连续的并且扩展唯一到G ^ \hat{G} G ^ 的连续同态到G ^ ′ \hat{G}' G ^ ′ ,余下的我们用u ^ \hat{u} u ^ 表示
(*) 存在不可度量的完整群 G 包含一个封闭的子群 H,使得 G/H 不完整。
其中小节。 图表
G → u G ′ i ↓ i ′ ↓ G ^ → u ^ G ^ ′
\begin{array}{ccc}
G & \xrightarrow{u} & G' \\
i \downarrow & & i' \downarrow \\
\hat{G} & \xrightarrow{\hat{u}} & \hat{G}'
\end{array}
G i ↓ G ^ u u ^ G ′ i ′ ↓ G ^ ′
其中 i , i ′ i, i' i , i ′ 是典范嵌入) 是可交换的。如果v v v 是G ′ G' G ′ 的连续同态到豪斯多夫阿贝尔的拓扑群G ′ ′ G'' G ′′ ,并且如果w = v ∘ u w = v \circ u w = v ∘ u ,则紧接着w ^ = v ^ ∘ u ^ \hat{w} = \hat{v} \circ \hat{u} w ^ = v ^ ∘ u ^ 。
令H H H 为G G G 的闭子群,并令E = G / H E = G/H E = G / H 。令j : H → G j : H \to G j : H → G 和p : G → E p : G \to E p : G → E 为典范映射。设H ‾ \overline{H} H 为H H H 在G ^ \hat{G} G ^ 的闭包; H ‾ \overline{H} H 是一个完整的群,我们用H H H 的完成H ^ \hat{H} H ^ 来完成认同。 j j j 到H ^ \hat{H} H ^ 的连续扩张j ^ \hat{j} j ^ 显然是G ^ \hat{G} G ^ 中H ^ \hat{H} H ^ 的典范嵌入。
假设从现在开始G G G 是可度量的。那么E = G H E = GH E = G H 到G ^ H ^ \hat{G}\hat{H} G ^ H ^ 的典范映射是E E E 到完整群G ^ / H ^ \hat{G}/\hat{H} G ^ / H ^ 的稠密子群的拓扑同构(推论1),因此我们可以将认同G ^ H ^ \hat{G}\hat{H} G ^ H ^ 与E ^ \hat{E} E ^ 以及p p p 到G ^ \hat{G} G ^ 的连续扩张p ^ \hat{p} p ^ 以及G ^ \hat{G} G ^ 的典范映射到G ^ / H ^ \hat{G}/\hat{H} G ^ / H ^ 。
令G , G ′ G, G' G , G ′ 为两个可度量的阿贝尔的拓扑群;让 u : G → G ′ u : G \to G' u : G → G ′ 成为严格的态射,其中核 N N N 和像 P P P 。那么 u ^ : G ^ → G ^ ′ \hat{u} : \hat{G} \to \hat{G}' u ^ : G ^ → G ^ ′ 是严格的态射,其中包含核 N ^ \hat{N} N ^ 和像 P ^ \hat{P} P ^ 。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 命题 5, III § 3
被以下引用 推论 3
令 u = j ∘ v ∘ p u = j \circ v \circ p u = j ∘ v ∘ p 为 u u u 的规范因式分解,其中 v v v 是拓扑群 G / N G/N G / N 到拓扑群 u ( G ) = P u(G) = P u ( G ) = P 的同构。我们有u ^ = j ^ ∘ v ^ ∘ p ^ \hat{u} = \hat{j} \circ \hat{v} \circ \hat{p} u ^ = j ^ ∘ v ^ ∘ p ^ ,我们已经看到p ^ \hat{p} p ^ 是G ^ \hat{G} G ^ 到G ^ N ^ \hat{G}\hat{N} G ^ N ^ 的典范映射,j ^ \hat{j} j ^ 是P ^ \hat{P} P ^ 到G ^ \hat{G} G ^ 的典范映射。另一方面,v ^ \hat{v} v ^ 是G ^ / N ^ \hat{G}/\hat{N} G ^ / N ^ 的同构到P ^ \hat{P} P ^ (章III, § 3, no. 4,命题5),从而结果。
令G , G ′ , G ′ ′ G, G', G'' G , G ′ , G ′′ 为三个可度量的阿贝尔的拓扑群,并让u : G → G ′ u : G \to G' u : G → G ′ 和v : G ′ → G ′ ′ v : G' \to G'' v : G ′ → G ′′ 为两个严格的态射,使得序列G → u G ′ → v G ′ ′ G \xrightarrow{u} G' \xrightarrow{v} G'' G u G ′ v G ′′ 是精确的[即u ( G ) = v ‾ ( 0 ) u(G) = \overline{v}(0) u ( G ) = v ( 0 ) ]。那么序列 G ^ → u ^ G ^ ′ → v ^ G ^ ′ ′ \hat{G} \xrightarrow{\hat{u}} \hat{G}' \xrightarrow{\hat{v}} \hat{G}'' G ^ u ^ G ^ ′ v ^ G ^ ′′ 就是准确的。
引用了 1 引用了 推论 2
因为如果我们输入N = u ( G ) = v ‾ ( 0 ) N = u(G) = \overline{v}(0) N = u ( G ) = v ( 0 ) ,则根据推论2,N ^ \hat{N} N ^ 既是u ^ \hat{u} u ^ 的像又是v ^ \hat{v} v ^ 的核。
2. 有价值的部门环
除法环 K 上的绝对值是 K 到 R + \mathbf{R}_+ R + 的映射 x → ∣ x ∣ x \to |x| x → ∣ x ∣ ,满足以下条件:
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 命题 3
被以下引用 AC VI § 6. 绝对值
(VM_I) ∣ x ∣ = 0 |x| = 0 ∣ x ∣ = 0 当且仅当x = 0 x = 0 x = 0 。 (VM_II) ∣ x y ∣ = ∣ x ∣ ⋅ ∣ y ∣ |xy| = |x| \cdot |y| ∣ x y ∣ = ∣ x ∣ ⋅ ∣ y ∣ 对于 K 中的所有 x , y x, y x , y 。 (VM_III) ∣ x + y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ |x + y| \leq |x| + |y| ∣ x + y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ 对于 K 中的所有 x , y x, y x , y 。
通过(VM_II)我们有∣ x ∣ = ∣ 1 ∣ ⋅ ∣ x ∣ |x| = |1| \cdot |x| ∣ x ∣ = ∣1∣ ⋅ ∣ x ∣ ,并且由于通过(VM_I)至少有一个x使得∣ x ∣ ≠ 0 |x| \neq 0 ∣ x ∣ = 0 ,我们有∣ 1 ∣ = 1 |1| = 1 ∣1∣ = 1 ;由此可知1 = ∣ 1 ∣ 2 1 = |1|^2 1 = ∣1 ∣ 2 ,因而∣ 1 ∣ = 1 |1| = 1 ∣1∣ = 1 ,因而
∣ − x ∣ = ∣ − 1 ∣ ∣ x ∣ = ∣ x ∣ ;
|-x| = |-1| |x| = |x|;
∣ − x ∣ = ∣ − 1∣∣ x ∣ = ∣ x ∣ ;
因而∣ x − y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ |x - y| \leq |x| + |y| ∣ x − y ∣ ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ 对于K中的所有x , y x, y x , y 。因此我们可以说d ( x , y ) = ∣ x − y ∣ d(x, y) = |x - y| d ( x , y ) = ∣ x − y ∣ 是加法群K上的不变度量,并且映射x → ∣ x ∣ x \to |x| x → ∣ x ∣ 是非零的乘法群K ∗ K^* K ∗ 的同态将K K K 中的元素转换为乘法群R + ∗ \mathbf{R}_+^* R + ∗ 中的实数> 0 > 0 > 0 。
不变度量∣ x − y ∣ |x - y| ∣ x − y ∣ 定义是K K K 上的度量空间拓扑,与其加法群结构兼容(no. 1,命题3);但是,此外,这个拓扑与K K K 的除法环结构兼容。因为x y xy x y 在K × K K \times K K × K 上的连续性来自关系
x y − x 0 y 0 = ( x − x 0 ) ( y − y 0 ) + ( x − x 0 ) y 0 + x 0 ( y − y 0 ) ,
xy - x_0 y_0 = (x - x_0)(y - y_0) + (x - x_0)y_0 + x_0(y - y_0),
x y − x 0 y 0 = ( x − x 0 ) ( y − y 0 ) + ( x − x 0 ) y 0 + x 0 ( y − y 0 ) ,
这给出了
∣ x y − x 0 y 0 ∣ ≤ ∣ x − x 0 ∣ ⋅ ∣ y − y 0 ∣ + ∣ x 0 ∣ ⋅ ∣ y − y 0 ∣ + ∣ y 0 ∣ ⋅ ∣ x − x 0 ∣ .
|xy - x_0 y_0| \leq |x - x_0| \cdot |y - y_0| + |x_0| \cdot |y - y_0| + |y_0| \cdot |x - x_0|.
∣ x y − x 0 y 0 ∣ ≤ ∣ x − x 0 ∣ ⋅ ∣ y − y 0 ∣ + ∣ x 0 ∣ ⋅ ∣ y − y 0 ∣ + ∣ y 0 ∣ ⋅ ∣ x − x 0 ∣.
同样,x − 1 x^{-1} x − 1 在每个点x 0 ≠ 0 x_0 \neq 0 x 0 = 0 的连续性源自恒等式x − 1 − x 0 − 1 = x − 1 ( x 0 − x ) x 0 − 1 x^{-1} - x_0^{-1} = x^{-1}(x_0 - x)x_0^{-1} x − 1 − x 0 − 1 = x − 1 ( x 0 − x ) x 0 − 1 ,由(VM_{II})给出,
∣ x − 1 − x 0 − 1 ∣ = ∣ x − x 0 ∣ ∣ x 0 ∣ ⋅ ∣ x ∣ ;
|x^{-1} - x_0^{-1}| = \frac{|x - x_0|}{|x_0| \cdot |x|};
∣ x − 1 − x 0 − 1 ∣ = ∣ x 0 ∣ ⋅ ∣ x ∣ ∣ x − x 0 ∣ ;
现在如果ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 使得ε < ∣ x 0 ∣ \varepsilon < |x_0| ε < ∣ x 0 ∣ 、关系∣ x − x 0 ∣ ≤ ε |x - x_0| \leq \varepsilon ∣ x − x 0 ∣ ≤ ε 意味着∣ x ∣ ≥ ∣ x 0 ∣ − ε |x| \geq |x_0| - \varepsilon ∣ x ∣ ≥ ∣ x 0 ∣ − ε 、从而∣ x − 1 − x 0 − 1 ∣ ≤ ε / ∣ x 0 ∣ ( ∣ x 0 ∣ − ε ) |x^{-1} - x_0^{-1}| \leq \varepsilon / |x_0|(|x_0| - \varepsilon) ∣ x − 1 − x 0 − 1 ∣ ≤ ε /∣ x 0 ∣ ( ∣ x 0 ∣ − ε ) ;这就建立了x − 1 x^{-1} x − 1 在点x 0 x_0 x 0 的连续性。
有值除法环是除法环* K K K 赋予由给定绝对值值在 K K K 定义的结构。
被以下引用 1 被以下引用 定义 5
有价值的除法环将始终被认为具有由其绝对值值定义的拓扑,这使其成为*拓扑*除法环。如果K 0 K_0 K 0 是取值除法环K K K 的除法子环,则K K K 上的绝对值值的限制到K 0 K_0 K 0 是K 0 K_0 K 0 上的绝对值值,其中定义在由K K K 的拓扑诱发K 0 K_0 K 0 拓扑。
设K K K 为任意除法环。对于每个x ∈ K x \in K x ∈ K ,如果x ≠ 0 x \neq 0 x = 0 ,则放入∣ x ∣ = 1 |x| = 1 ∣ x ∣ = 1 ,并且∣ 0 ∣ = 0 |0| = 0 ∣0∣ = 0 。 映射x → ∣ x ∣ x \to |x| x → ∣ x ∣ 如此定义是K K K 上的绝对值,称为*不正确*绝对值。当且仅当 ∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 是不正确的绝对值值时,由绝对值值 ∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 在除法环 K K K 上定义的拓扑才是*离散*。这个条件显然已经足够了;反之,如果K K K 的拓扑是离散的,则∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 不能取除1以外的值α > 0 \alpha > 0 α > 0 ;因为如果我们有 ∣ x 0 ∣ = α < 1 |x_0| = \alpha < 1 ∣ x 0 ∣ = α < 1 ,序列 ( x 0 n ) (x_0^n) ( x 0 n ) 将由非零项组成,并且会收敛到 0;要处理α > 1 \alpha > 1 α > 1 的情况,请考虑用x 0 − 1 x_0^{-1} x 0 − 1 代替x 0 x_0 x 0 。
实数 (章 IV, § 1, no. 6) 的绝对值值满足公理 (VM_I)、(VM_{II}) 和 (VM_{III}),且拓扑定义在域上R \mathbf{R} R 是拓扑 / 实直线。在复数的域C \mathbf{C} C (用R 2 \mathbf{R}^2 R 2 标识)[分别。四元数的除法环 H \mathbf{H} H (用 R 4 \mathbf{R}^4 R 4 标识)] 欧氏范数又是值和域 C \mathbf{C} C 的绝对除法定义拓扑 (分别为除法环H \mathbf{H} H )(章VIII, § 1,第 2 和第 4 号)。
引用了 2 引用了 IV § 1. 定义 / 实数 , VIII § 1. 复数,四元数
在除法环 K K K 上,实际估值是在 K ∗ K^* K ∗ 上定义的函数 v v v ,R \mathbf{R} R 中的值满足以下条件: a) 如果 x ∈ K ∗ x \in K^* x ∈ K ∗ 和 y ∈ K ∗ y \in K^* y ∈ K ∗ ,则v ( x y ) = v ( x ) + v ( y ) v(xy) = v(x) + v(y) v ( x y ) = v ( x ) + v ( y ) ; b) 如果在加法x + y ≠ 0 x + y \neq 0 x + y = 0 ,则v ( x + y ) ≥ inf ( v ( x ) , v ( y ) ) v(x + y) \geq \inf(v(x), v(y)) v ( x + y ) ≥ inf ( v ( x ) , v ( y )) 。如果a a a 是任何实数> 1 > 1 > 1 ,那么我们可以通过将∣ x ∣ = a − v ( x ) |x| = a^{-v(x)} ∣ x ∣ = a − v ( x ) 代替x ≠ 0 x \neq 0 x = 0 和∣ 0 ∣ = 0 |0| = 0 ∣0∣ = 0 来将定义绝对值值放在K K K 上。对于 x ≠ 0 x \neq 0 x = 0 和 y ≠ 0 y \neq 0 y = 0 的关系 v ( x y ) = v ( x ) + v ( y ) v(xy) = v(x) + v(y) v ( x y ) = v ( x ) + v ( y ) 意味着关系 ∣ x y ∣ = ∣ x ∣ . ∣ y ∣ |xy| = |x|.|y| ∣ x y ∣ = ∣ x ∣.∣ y ∣ 对于 x x x 和 y y y 的这些值,并且如果满足以下条件之一,那么这个关系是非常正确的: x , y x, y x , y 为零;同样,从x ≠ 0 , y ≠ 0 x \neq 0, y \neq 0 x = 0 , y = 0 和x + y ≠ 0 x + y \neq 0 x + y = 0 的关系v ( x + y ) ≥ inf ( v ( x ) , v ( y ) ) v(x + y) \geq \inf(v(x), v(y)) v ( x + y ) ≥ inf ( v ( x ) , v ( y )) 我们推导出∣ x + y ∣ ≤ sup ( ∣ x ∣ , ∣ y ∣ ) ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ |x + y| \leq \sup(|x|, |y|) \leq |x| + |y| ∣ x + y ∣ ≤ sup ( ∣ x ∣ , ∣ y ∣ ) ≤ ∣ x ∣ + ∣ y ∣ ,如果x , y , x + y x, y, x + y x , y , x + y 之一是零,这些不等式仍然满足。特别是,如果v p ( x ) v_p(x) v p ( x ) 是有理数对域Q \mathbf{Q} Q 的p p p 进数估值(x x x 的分解中p p p 到素数因子的乘积的指数),则相应的绝对值值 ∣ x ∣ p = p − v p ( x ) |x|_p = p^{-v_p(x)} ∣ x ∣ p = p − v p ( x ) 称为域 Q \mathbf{Q} Q 上的 p p p 进绝对值值 (cf. 章 III, § 6、习题 23)。
引用了 1 引用了 习题 23, § 6
除法环 K K K 上的两个绝对值被认为是等价的,如果它们定义与K K K 上的拓扑相同。
除法环 K K K 上的两个绝对值值 ∣ x ∣ 1 , ∣ x ∣ 2 |x|_1, |x|_2 ∣ x ∣ 1 , ∣ x ∣ 2 ,两者都不是不正确的绝对值值,当且仅当关系 ∣ x ∣ 1 < 1 |x|_1 < 1 ∣ x ∣ 1 < 1 蕴含 ∣ x ∣ 2 < 1 |x|_2 < 1 ∣ x ∣ 2 < 1 时,它们是等价的。则存在实数 ρ > 0 \rho > 0 ρ > 0 ,使得 ∣ x ∣ 2 = ∣ x ∣ 1 ρ |x|_2 = |x|_1^\rho ∣ x ∣ 2 = ∣ x ∣ 1 ρ 对于所有 x ∈ K x \in K x ∈ K 。
被以下引用 6 被以下引用 引理 2, AC VI § 6 , 推出, AC VI § 6 , 命题 3, AC VI § 7 , 命题 11, AC VI § 8 , 命题 3, LIE III § 1 , 注
条件是必要的,对于所有x ∈ K x \in K x ∈ K 中的集合,使得∣ x ∣ 1 < 1 |x|_1 < 1 ∣ x ∣ 1 < 1 与所有x x x 中的集合相同,使得对于由绝对值∣ x ∣ 1 |x|_1 ∣ x ∣ 1 定义的拓扑, lim n → ∞ x n = 0 \lim_{n \to \infty} x^n = 0 lim n → ∞ x n = 0 。
反过来假设∣ x ∣ 1 < 1 ⟹ ∣ x ∣ 2 < 1 |x|_1 < 1 \Longrightarrow |x|_2 < 1 ∣ x ∣ 1 < 1 ⟹ ∣ x ∣ 2 < 1 。然后∣ x ∣ 1 > 1 ⟹ ∣ x ∣ 2 > 1 |x|_1 > 1 \Longrightarrow |x|_2 > 1 ∣ x ∣ 1 > 1 ⟹ ∣ x ∣ 2 > 1 ,因为∣ x − 1 ∣ 1 < 1 |x^{-1}|_1 < 1 ∣ x − 1 ∣ 1 < 1 ,因此∣ x − 1 ∣ 2 < 1 |x^{-1}|_2 < 1 ∣ x − 1 ∣ 2 < 1 。由于到假设,绝对值∣ x ∣ 1 |x|_1 ∣ x ∣ 1 并无不当,因此存在x 0 ∈ K x_0 \in K x 0 ∈ K 使得∣ x 0 ∣ 1 > 1 |x_0|_1 > 1 ∣ x 0 ∣ 1 > 1 。设 a = ∣ x 0 ∣ 1 , b = ∣ x 0 ∣ 2 a = |x_0|_1, b = |x_0|_2 a = ∣ x 0 ∣ 1 , b = ∣ x 0 ∣ 2 并设 ρ = log b / log a > 0 \rho = \log b / \log a > 0 ρ = log b / log a > 0 。设x ∈ K ∗ x \in K^* x ∈ K ∗ 并放入∣ x ∣ 1 = ∣ x 0 ∣ 1 γ |x|_1 = |x_0|_1^\gamma ∣ x ∣ 1 = ∣ x 0 ∣ 1 γ 。如果m m m 和n n n 是整数,使得n > 0 n > 0 n > 0 和m / n > γ m/n > \gamma m / n > γ ,则∣ x ∣ 1 < ∣ x 0 ∣ 1 m / n |x|_1 < |x_0|_1^{m/n} ∣ x ∣ 1 < ∣ x 0 ∣ 1 m / n ,因此∣ x n x 0 − m ∣ 1 < 1 |x^n x_0^{-m}|_1 < 1 ∣ x n x 0 − m ∣ 1 < 1 ;因此∣ x n x 0 − m ∣ 2 < 1 , ∣ x ∣ 2 < ∣ x 0 ∣ 2 m / n |x^n x_0^{-m}|_2 < 1, |x|_2 < |x_0|_2^{m/n} ∣ x n x 0 − m ∣ 2 < 1 , ∣ x ∣ 2 < ∣ x 0 ∣ 2 m / n 。类似地,如果m / n < γ m/n < \gamma m / n < γ ,我们看到∣ x ∣ 2 > ∣ x 0 ∣ 2 m / n |x|_2 > |x_0|_2^{m/n} ∣ x ∣ 2 > ∣ x 0 ∣ 2 m / n ;因此∣ x ∣ 2 = ∣ x 0 ∣ 2 γ |x|_2 = |x_0|_2^\gamma ∣ x ∣ 2 = ∣ x 0 ∣ 2 γ ;其他字
log ∣ x ∣ 2 = γ log b = γ ρ log a = ρ log ∣ x ∣ 1 ,
\log |x|_2 = \gamma \log b = \gamma \rho \log a = \rho \log |x|_1,
log ∣ x ∣ 2 = γ log b = γ ρ log a = ρ log ∣ x ∣ 1 ,
即∣ x ∣ 2 = ∣ x ∣ 1 p |x|_2 = |x|^p_1 ∣ x ∣ 2 = ∣ x ∣ 1 p 。 It is now clear that the neighbourhoods of zero for the topologies defined on K K K by ∣ x ∣ 1 |x|_1 ∣ x ∣ 1 and ∣ x ∣ 2 |x|_2 ∣ x ∣ 2 are identical.
相反,如果∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 是K K K 上的任何绝对值,则对于所有p p p ,函数∣ x ∣ p |x|^p ∣ x ∣ p 是K K K 上的绝对值(相当于∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ ),使得0 < p ≤ 1 0 < p \leq 1 0 < p ≤ 1 。我们只需验证不等式∣ x + y ∣ p ≤ ∣ x ∣ p + ∣ y ∣ p |x + y|^p \leq |x|^p + |y|^p ∣ x + y ∣ p ≤ ∣ x ∣ p + ∣ y ∣ p ;并且由于 ∣ x + y ∣ p ≤ ( ∣ x ∣ + ∣ y ∣ ) p |x + y|^p \leq (|x| + |y|)^p ∣ x + y ∣ p ≤ ( ∣ x ∣ + ∣ y ∣ ) p 就足以证明,如果 a > 0 a > 0 a > 0 和 b > 0 b > 0 b > 0 ,对于任何 p p p ,我们有 ( a + b ) p ≤ a p + b p (a + b)^p \leq a^p + b^p ( a + b ) p ≤ a p + b p 使得 0 < p ≤ 1 0 < p \leq 1 0 < p ≤ 1 。如果我们把c = a / ( a + b ) c = a/(a + b) c = a / ( a + b ) 和d = b / ( a + b ) d = b/(a + b) d = b / ( a + b ) 放进去,就有c + d = 1 c + d = 1 c + d = 1 ,要证明的不等式就是c p + d p ≥ 1 c^p + d^p \geq 1 c p + d p ≥ 1 ;但这紧随关系、c p ≥ c c^p \geq c c p ≥ c 和d p ≥ d d^p \geq d d p ≥ d 而来,它们自0 < c ≤ 1 0 < c \leq 1 0 < c ≤ 1 、0 < d ≤ 1 0 < d \leq 1 0 < d ≤ 1 、0 < p ≤ 1 0 < p \leq 1 0 < p ≤ 1 起有效。
因此,r > 0 r > 0 r > 0 的值的集合使得∣ x ∣ r |x|^r ∣ x ∣ r 是绝对值,值是R \mathbf{R} R 的有限或无限区间,其左端点为0 0 0 ;如果它是有限的,那么它显然是封闭的;因为如果我们对K K K 中的任何x , y x, y x , y 和所有r r r 有∣ x + y ∣ r ≤ ∣ x ∣ r + ∣ y ∣ r |x + y|^r \leq |x|^r + |y|^r ∣ x + y ∣ r ≤ ∣ x ∣ r + ∣ y ∣ r 使得0 < r < r 0 0 < r < r_0 0 < r < r 0 ,那么通过连续性不等式对于r = r 0 r = r_0 r = r 0 仍然有效。如果∣ x ∣ r |x|^r ∣ x ∣ r 对于所有r > 0 r > 0 r > 0 来说是绝对值,那么我们有
∣ x + y ∣ ≤ ( ∣ x ∣ r + ∣ y ∣ r ) 1 / r
|x + y| \leq (|x|^r + |y|^r)^{1/r}
∣ x + y ∣ ≤ ( ∣ x ∣ r + ∣ y ∣ r ) 1/ r 对于
K K K 和所有
r > 0 r > 0 r > 0 中的所有
x x x 和
y y y 。现在,如果
a , b a, b a , b 是两个实数
≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,我们就有
lim r → ∞ ( a r + b r ) 1 / c = sup ( a , b ) \lim_{r \to \infty} (a^r + b^r)^{1/c} = \sup (a, b) lim r → ∞ ( a r + b r ) 1/ c = sup ( a , b ) ;因为,假设例
a ≥ b a \geq b a ≥ b ,我们有
a ≤ ( a r + b r ) 1 / r ≤ 2 1 / r a a \leq (a^r + b^r)^{1/r} \leq 2^{1/r} a a ≤ ( a r + b r ) 1/ r ≤ 2 1/ r a ,让
r → + ∞ r \to + \infty r → + ∞ 得出结果。
因此,如果 ∣ x ∣ r |x|^r ∣ x ∣ r 是所有 r > 0 r > 0 r > 0 的绝对值,我们有
∣ x + y ∣ ≤ sup ( ∣ x ∣ , ∣ y ∣ )
|x + y| \leq \sup (|x|, |y|)
∣ x + y ∣ ≤ sup ( ∣ x ∣ , ∣ y ∣ ) 可以用说表示,
v ( x ) = − log ∣ x ∣ ( x ≠ 0 ) v(x) = -\log |x| \ (x \neq 0) v ( x ) = − log ∣ x ∣ ( x = 0 ) 是
K K K 的估值。
令 F \mathfrak{F} F 为 K K K 上的柯西滤波器(相对于加法均匀性),它不具有 0 0 0 作为集群点;要证明 K ^ \hat{K} K ^ 是除环,只需确定映射 x → x − 1 x \to x^{-1} x → x − 1 下F \mathfrak{F} F 的像是柯西滤波器基 (章 III, § 6, no. 8, 命题 7)。现在,到假设时,存在实数 α > 0 \alpha > 0 α > 0 和集合 A ∈ F A \in \mathfrak{F} A ∈ F ,使得 ∣ x ∣ ≥ α |x| \geq \alpha ∣ x ∣ ≥ α 对于所有 x ∈ A x \in A x ∈ A ;另一方面,对于每个ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 ,都存在集合B ∈ F B \in \mathfrak{F} B ∈ F ,使得所有x ∈ B x \in B x ∈ B 都存在B ⊂ A B \subset A B ⊂ A 和∣ x − y ∣ ≤ ε |x - y| \leq \varepsilon ∣ x − y ∣ ≤ ε 。
和y ∈ B y \in B y ∈ B ;因此
∣ x − 1 − y − 1 ∣ = ∣ x − y ∣ ∣ x ∣ ⋅ ∣ y ∣ ≤ ε a 2 ,
|x^{-1} - y^{-1}| = \frac{|x - y|}{|x| \cdot |y|} \leq \frac{\varepsilon}{a^2},
∣ x − 1 − y − 1 ∣ = ∣ x ∣ ⋅ ∣ y ∣ ∣ x − y ∣ ≤ a 2 ε ,
接下来是命题的第一个部分。不变度量∣ x − y ∣ = d ( x , y ) |x - y| = d(x, y) ∣ x − y ∣ = d ( x , y ) 扩展通过连续性到K ^ \hat{K} K ^ (§ 2, no. 1,命题1)上的度量,其中K ^ \hat{K} K ^ 的定义拓扑并且通过扩张的原理不变身份;我们继续用 d ( x , y ) d(x, y) d ( x , y ) 表示这个不变度量。如果我们用∣ x ∣ = d ( 0 , x ) |x| = d(0, x) ∣ x ∣ = d ( 0 , x ) 代替x ∈ K ^ x \in \hat{K} x ∈ K ^ ,很明显,通过函数∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 在K K K 上的连续性,∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 是扩张,因此是K ^ \hat{K} K ^ 上的绝对值乘以扩张的原理身份。
3. 规范空间高于有价值的部门环
(NO_I) p ( x ) = 0 p(x) = 0 p ( x ) = 0 当且仅当x = 0 x = 0 x = 0 ; (NO_{II}) p ( x + y ) ≤ p ( x ) + p ( y ) p(x + y) \leq p(x) + p(y) p ( x + y ) ≤ p ( x ) + p ( y ) 对于 E 中的所有x , y x, y x , y ; (NO_{III})p ( t x ) = ∣ t ∣ p ( x ) p(tx) = |t|p(x) p ( t x ) = ∣ t ∣ p ( x ) 适用于所有t ∈ K t \in K t ∈ K 和所有x ∈ E x \in E x ∈ E 。
最常遇到的标准化空间有R \mathbf{R} R 或C \mathbf{C} C 作为标量的域(通常是绝对值值)。
从 (NO_{III}) 可以得出 p ( − x ) = p ( x ) p(-x) = p(x) p ( − x ) = p ( x ) ;因此,如果我们将d ( x , y ) = p ( x − y ) d(x, y) = p(x - y) d ( x , y ) = p ( x − y ) ,d d d 是加法群E上的*不变度量*,并且定义是与E的加法群结构兼容的度量空间拓扑(no. 1,命题) 3);而且,映射
( t , x ) → t x (t, x) \to tx ( t , x ) → t x
在 K × E K \times E K × E 上*连续*;因为我们有
t x − t 0 x 0 = ( t − t 0 ) ( x − x 0 ) + ( t − t 0 ) x + t 0 ( x − x 0 ) tx - t_0 x_0 = (t - t_0)(x - x_0) + (t - t_0)x + t_0(x - x_0) t x − t 0 x 0 = ( t − t 0 ) ( x − x 0 ) + ( t − t 0 ) x + t 0 ( x − x 0 )
因此
p ( t x − t 0 x 0 ) ≤ ∣ t − t 0 ∣ p ( x − x 0 ) + ∣ t − t 0 ∣ p ( x ) + ∣ t 0 ∣ p ( x − x 0 ) , p(tx - t_0 x_0) \leq |t - t_0| p(x - x_0) + |t - t_0| p(x) + |t_0| p(x - x_0), p ( t x − t 0 x 0 ) ≤ ∣ t − t 0 ∣ p ( x − x 0 ) + ∣ t − t 0 ∣ p ( x ) + ∣ t 0 ∣ p ( x − x 0 ) ,
这表明,通过将 ∣ t − t 0 ∣ |t - t_0| ∣ t − t 0 ∣ 和 p ( x − x 0 ) p(x - x_0) p ( x − x 0 ) 足够小,左侧可以变得尽可能小。
令 E 为 K 的子集。函数 f : E → K f : E \to K f : E → K 称为 K 上的范数空间。
规范化的空间被赋予拓扑以及由其范数定义的均匀性。
考虑有限维除法环 K。将其视为实数向量空间,绝对值 ∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 为范数。
范数∥ x ∥ = ∑ x i 2 \|x\| = \sqrt{\sum x_i^2} ∥ x ∥ = ∑ x i 2 ,我们在空间R n \mathbf{R}^n R n (章VI, § 2)上称为欧氏范数,显然是范数在定义3的意义上。 函数sup ∣ x i ∣ \sup |x_i| sup ∣ x i ∣ 和∑ ∣ x i ∣ \sum |x_i| ∑ ∣ x i ∣ 。
令S ( E ; K ′ ) S(E; K') S ( E ; K ′ ) 为集合E上所有函数f f f 的集合,将其值除以环K ′ K' K ′ ,并且使得实值函数x ↦ f ( x ) x \mapsto f(x) x ↦ f ( x ) 以 E 为界。这个集合显然是向量空间超过 K ′ K' K ′ 。让我们用p ( f ) = sup x ∈ E f ( x ) p(f) = \sup_{x \in E} f(x) p ( f ) = sup x ∈ E f ( x ) 表示,那么p p p 是向量空间S ( E ; K ′ ) S(E; K') S ( E ; K ′ ) 上的范数(cf.章X, § 1)。
\* 4) 在R \mathbf{R} R 、函数的区间I = [ 0 , 1 ] I = [0, 1] I = [ 0 , 1 ] 上定义的所有有限连续实值函数的向量空间C ( I ; R ) C(I; \mathbf{R}) C ( I ; R )
p ( x ) = ∫ 0 1 ∣ x ( t ) ∣ d t
p(x) = \int_0^1 |x(t)| \, dt
p ( x ) = ∫ 0 1 ∣ x ( t ) ∣ d t
是范数。
在规范化的空间 E 中,具有中心 o 且半径为 1 的封闭球 B,即所有 x x x 中的集合,使得p ( x ) ≤ 1 p(x) \leq 1 p ( x ) ≤ 1 ,将称为 E 的单位球。我们将证明邻域的基本系统 o 由单位球平移 K 的元素形成。 中心 o 且半径为 1 的开球是中心 o 且半径为 1 的闭球;因此,足以证明对于每个实数 r > 0 r > 0 r > 0 都存在 k ∈ N k \in \mathbf{N} k ∈ N 使得 0 < ∣ k ∣ < r 0 < |k| < r 0 < ∣ k ∣ < r ;取k = ⌊ c / r ⌋ k = \lfloor c/r \rfloor k = ⌊ c / r ⌋ 就足够了,其中c c c 是足够大整数,在阶中∣ k ∣ 2 < r |k|^2 < r ∣ k ∣ 2 < r 。
令 E 为非离散值域 K K K 上的规范空间。
向量空间 E E E 上的两个范数 p , q p, q p , q 等价当且仅当存在两个数 a > 0 , b > 0 a > 0, b > 0 a > 0 , b > 0 使得
被以下引用 3 被以下引用 定义 8 , 习题 6, § 3 , 注
(I)
a . p ( x ) ≤ q ( x ) ≤ b . p ( x )
a . p(x) \leq q(x) \leq b . p(x)
a . p ( x ) ≤ q ( x ) ≤ b . p ( x ) 对于所有
x ∈ E x \in E x ∈ E 。
这些不等式是足够的,因为从关系a . p ( x ) ≤ q ( x ) a . p(x) \leq q(x) a . p ( x ) ≤ q ( x ) 可以得出,对于每个r > 0 r > 0 r > 0 ,具有中心o和半径a r ar a r (相对于范数q q q )的封闭球包含在具有中心o和半径r r r 的封闭球中(相对于范数p p p );因此,q q q 定义的拓扑比p p p 定义的拓扑为更细。类似地,不等式q ( x ) ≤ b . p ( x ) q(x) \leq b . p(x) q ( x ) ≤ b . p ( x ) 表明p p p 定义的拓扑比q q q 定义的更细小,因此p p p 和q q q 是等价的。
现在让我们证明不等式 (I) 是必要的。如果 q q q 定义的拓扑比 p p p 定义的拓扑更细,则单位相对于 p p p 的球包含中心 o 且半径为 α > 0 \alpha > 0 α > 0 的闭球q q q ;即,关系q ( x ) ≤ α q(x) \leq \alpha q ( x ) ≤ α 意味着p ( x ) ≤ 1 p(x) \leq 1 p ( x ) ≤ 1 。如果t 0 ∈ K t_0 \in K t 0 ∈ K 使得0 < ∣ t 0 ∣ < 1 0 < |t_0| < 1 0 < ∣ t 0 ∣ < 1 ,那么对于E E E 中的每个x ≠ o x \neq o x = o ,都有一个唯一的有理数整数k k k 使得α ∣ t 0 ∣ < q ( t 0 k x ) ≤ α \alpha |t_0| < q(t_0^k x) \leq \alpha α ∣ t 0 ∣ < q ( t 0 k x ) ≤ α ;因此p ( t 0 k x ) ≤ 1 p(t_0^k x) \leq 1 p ( t 0 k x ) ≤ 1 ,因此
p ( x ) ≤ 1 ∣ t 0 ∣ k ≤ 1 α ∣ t 0 ∣ q ( x ) ;
p(x) \leq \frac{1}{|t_0|^k} \leq \frac{1}{\alpha |t_0|} q(x);
p ( x ) ≤ ∣ t 0 ∣ k 1 ≤ α ∣ t 0 ∣ 1 q ( x ) ; 因此,对于所有
x ≠ o x \neq o x = o ,我们有
a = α ∣ t 0 ∣ a = \alpha |t_0| a = α ∣ t 0 ∣ ,因此
a . p ( x ) ≤ q ( x ) a . p(x) \leq q(x) a . p ( x ) ≤ q ( x ) ,并且这个不等式在
x = o x = o x = o 时也有效。类似地,我们证明,如果
p p p 定义的拓扑比
q q q 定义的更细小,则存在
b > 0 b > 0 b > 0 使得
q ( x ) ≤ b . p ( x ) q(x) \leq b . p(x) q ( x ) ≤ b . p ( x ) 。
在空间R n \mathbf{R}^n R n ,三个范数
∑ i = 1 n x i 2 , sup 1 ≤ i ≤ n ∣ x i ∣ and ∑ i = 1 n ∣ x i ∣
\sqrt{\sum_{i=1}^n x_i^2}, \quad \sup_{1 \leq i \leq n} |x_i| \quad \text{and} \quad \sum_{i=1}^n |x_i|
i = 1 ∑ n x i 2 , 1 ≤ i ≤ n sup ∣ x i ∣ and i = 1 ∑ n ∣ x i ∣ 是等价的,因为我们有 (2)
sup 1 ≤ i ≤ n ∣ x i ∣ ≤ ∑ i = 1 n x i 2 ≤ ∑ i = 1 n ∣ x i ∣ ≤ n . sup 1 ≤ i ≤ n ∣ x i ∣ .
\sup_{1 \leq i \leq n} |x_i| \leq \sqrt{\sum_{i=1}^n x_i^2} \leq \sum_{i=1}^n |x_i| \leq n . \sup_{1 \leq i \leq n} |x_i|.
1 ≤ i ≤ n sup ∣ x i ∣ ≤ i = 1 ∑ n x i 2 ≤ i = 1 ∑ n ∣ x i ∣ ≤ n . 1 ≤ i ≤ n sup ∣ x i ∣.
令E E E 为非离散值除法环上的赋范空间,令p p p 为E E E 上的范数,并令E ^ \hat{E} E ^ 为加法拓扑群,即加法群的完成E E E 。那么函数( t , x ) → t x (t, x) \to tx ( t , x ) → t x 可以在K ^ \hat{K} K ^ 上通过连续性扩展到E ^ \hat{E} E ^ 向量空间结构上的K ^ × E ^ \hat{K} \times \hat{E} K ^ × E ^ 和定义; 范数p p p 可以通过连续性扩展到E ^ \hat{E} E ^ 上的范数p ˉ \bar{p} p ˉ ,其中E ^ \hat{E} E ^ 的定义拓扑。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 定理 1, III § 6 , 命题 1, IX § 2
被以下引用 例 3
t x tx t x 的扩张通过连续性是扩张的定理的特殊情况,其中乘积的连续双线性映射将两个阿贝尔的群转换为第三个(章III, § 6, no. 5, 定理1);对于t ∈ K ^ t \in \hat{K} t ∈ K ^ 、u ∈ K ^ u \in \hat{K} u ∈ K ^ 和x ∈ E ^ x \in \hat{E} x ∈ E ^ ,通过扩张的原理,我们有1. x = x 1.x = x 1. x = x 和t ( u x ) = ( t u ) x t(u x) = (t u)x t ( ux ) = ( t u ) x ;因此外法则( t , x ) → t x (t, x) \to t x ( t , x ) → t x 确实是定义在E ^ \hat{E} E ^ 结构上向量空间超过K ^ \hat{K} K ^ 。另一方面,将不变度量d ‾ ( x , y ) = p ‾ ( x − y ) \overline{d}(x, y) = \overline{p}(x - y) d ( x , y ) = p ( x − y ) 扩展转换为E ^ \hat{E} E ^ 上的不变度量d ‾ \overline{d} d (§ 2, no. 1,命题1),其中E ^ \hat{E} E ^ 的定义拓扑;如果我们集合p ‾ ( x ) = d ‾ ( 0 , x ) \overline{p}(x) = \overline{d}(0, x) p ( x ) = d ( 0 , x ) ,则p ‾ \overline{p} p 通过连续性是p p p 的扩张,并且满足公理(NO_I)和(NO_{II});由于t x t x t x 在K ^ × E ^ \hat{K} \times \hat{E} K ^ × E ^ 上的连续性,p ‾ \overline{p} p 也满足(NO_{III})(扩张恒等式的原理),因此范数在E ^ \hat{E} E ^ 上。
当我们必须考虑向量空间E E E 上的确定范数空间结构时,我们通常会用∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 来表示向量x x x 的范数,除非这个记号很可能会导致混乱。
4. Normed 空间的商空间和乘积空间
令E E E 为非离散值除法环K K K 上的规范空间,并令H H H 为E E E 的闭向量子空间。如果,对于每个类x ˙ ∈ E / H \dot{x} \in E/H x ˙ ∈ E / H ,我们将∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ = inf x ∈ x ˙ ∣ ∣ x ∣ ∣ ||\dot{x}|| = \inf_{x \in \dot{x}} ||x|| ∣∣ x ˙ ∣∣ = inf x ∈ x ˙ ∣∣ x ∣∣ 、函数∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ ||\dot{x}|| ∣∣ x ˙ ∣∣ 是范数放在向量空间E / H E/H E / H 上,并且由此定义的拓扑是范数的商H H H 拓扑 E E E 。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 IV § 5. 实值函数 , 注
被以下引用 例 3
通过no. 1的注2,d ( x ˙ , y ˙ ) = ∣ ∣ x ˙ − y ˙ ∣ ∣ d(\dot{x}, \dot{y}) = ||\dot{x} - \dot{y}|| d ( x ˙ , y ˙ ) = ∣∣ x ˙ − y ˙ ∣∣ 是E / H E/H E / H 的不变度量,定义是拓扑除H H H 与E E E 的商。剩下的只是显示 ∣ ∣ t x ˙ ∣ ∣ = ∣ t ∣ ⋅ ∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ ||t \dot{x}|| = |t| \cdot ||\dot{x}|| ∣∣ t x ˙ ∣∣ = ∣ t ∣ ⋅ ∣∣ x ˙ ∣∣ ,并且这紧随 ∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ ||\dot{x}|| ∣∣ x ˙ ∣∣ 的定义 [章 IV, § 5, no. 7,公式 (23)]。
范数 ∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ ||\dot{x}|| ∣∣ x ˙ ∣∣ 也可以解释如下:它是每个点* x ∈ x ˙ x \in \dot{x} x ∈ x ˙ 与子空间 H H H 的距离(在 E E E 中),因为 x ˙ \dot{x} x ˙ 的点是点x − z x - z x − z ,其中z z z 贯穿H H H 。
令( E i ) 1 ≤ i ≤ n (E_i)_{1 \leq i \leq n} ( E i ) 1 ≤ i ≤ n 为非离散值除法环K K K 上的范数空间的有限族,并令E = ∏ i = 1 n E i E = \prod_{i=1}^n E_i E = ∏ i = 1 n E i 为乘积向量空间。如果对于每个x = ( x i ) ∈ E x = (x_i) \in E x = ( x i ) ∈ E ,我们放置∣ ∣ x ∣ ∣ = sup 1 ≤ i ≤ n ∣ ∣ x i ∣ ∣ ||x|| = \sup_{1 \leq i \leq n} ||x_i|| ∣∣ x ∣∣ = sup 1 ≤ i ≤ n ∣∣ x i ∣∣ ,那么函数∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 是E E E 上的范数,拓扑它在E E E 上的定义是乘积的拓扑结构E i E_i E i 。
被以下引用 2 被以下引用 例 2 , 例 3
对于如果 x = ( x i ) x = (x_i) x = ( x i ) 和 y = ( y i ) y = (y_i) y = ( y i ) ,我们有 x + y = ( x i + y i ) x + y = (x_i + y_i) x + y = ( x i + y i ) ,因此
∣ ∣ x + y ∣ ∣ = sup i ∣ ∣ x i + y i ∣ ∣ ≤ sup i ( ∣ ∣ x i ∣ ∣ + ∣ ∣ y i ∣ ∣ ) ≤ sup i ∣ ∣ x i ∣ ∣ + sup i ∣ ∣ y i ∣ ∣ = ∣ ∣ x ∣ ∣ + ∣ ∣ y ∣ ∣ .
||x + y|| = \sup_i ||x_i + y_i|| \leq \sup_i (||x_i|| + ||y_i||)
\leq \sup_i ||x_i|| + \sup_i ||y_i|| = ||x|| + ||y||.
∣∣ x + y ∣∣ = i sup ∣∣ x i + y i ∣∣ ≤ i sup ( ∣∣ x i ∣∣ + ∣∣ y i ∣∣ ) ≤ i sup ∣∣ x i ∣∣ + i sup ∣∣ y i ∣∣ = ∣∣ x ∣∣ + ∣∣ y ∣∣.
另一方面,很明显,∣ ∣ t x ∣ ∣ = ∣ t ∣ . ∣ ∣ x ∣ ∣ ||tx|| = |t|.||x|| ∣∣ t x ∣∣ = ∣ t ∣.∣∣ x ∣∣ ,并且如果∣ ∣ x ∣ ∣ = 0 ||x|| = 0 ∣∣ x ∣∣ = 0 ,则∣ ∣ x i ∣ ∣ = 0 ||x_i|| = 0 ∣∣ x i ∣∣ = 0 ,因而x i = 0 x_i = 0 x i = 0 对于1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ,因而x = 0 x = 0 x = 0 ;因而∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 是E E E 上的范数。此外,关系 ∣ ∣ x ∣ ∣ < a ||x|| < a ∣∣ x ∣∣ < a 相当于 n n n 关系 ∣ ∣ x i ∣ ∣ < a ||x_i|| < a ∣∣ x i ∣∣ < a ,因而 E E E 上的范数 ∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 定义乘积拓扑。
类似地,我们可以证明函数∑ i = 1 n ∣ ∣ x i ∣ ∣ \sum_{i=1}^n ||x_i|| ∑ i = 1 n ∣∣ x i ∣∣ 和∑ i = 1 n ∣ ∣ x i ∣ ∣ 2 \sqrt{\sum_{i=1}^n ||x_i||^2} ∑ i = 1 n ∣∣ x i ∣ ∣ 2 在E E E 上是范数;不等式 (2) 表明所有三个范数都是*等价的*。
特别是,在(左或右)向量空间K n K^n K n ,如果我们把
p 1 ( x ) = sup i ∣ x i ∣ , p 2 ( x ) = ∑ i = 1 n ∣ x i ∣ , p 3 ( x ) = ∑ i = 1 n ∣ x i ∣ 2
p_1(x) = \sup_i |x_i|, \quad p_2(x) = \sum_{i=1}^n |x_i|, \quad p_3(x) = \sqrt{\sum_{i=1}^n |x_i|^2}
p 1 ( x ) = i sup ∣ x i ∣ , p 2 ( x ) = i = 1 ∑ n ∣ x i ∣ , p 3 ( x ) = i = 1 ∑ n ∣ x i ∣ 2
对于x = ( x i ) 1 ≤ i ≤ n x = (x_i)_{1 \leq i \leq n} x = ( x i ) 1 ≤ i ≤ n ,则三个函数p 1 , p 2 , p 3 p_1, p_2, p_3 p 1 , p 2 , p 3 等价于范数,其中定义在K n K^n K n 拓扑上,即因子K K K 拓扑的乘积。
5. 连续多线性函数
让E i ( 1 ≤ i ≤ n ) E_i (1 \leq i \leq n) E i ( 1 ≤ i ≤ n ) 和F F F 在非离散值除法环K K K 上标准化空间,并让f f f 是∏ i = 1 n E i \prod_{i=1}^n E_i ∏ i = 1 n E i 到F F F 的多线性映射。那么 f f f 在 ∏ i = 1 n E i \prod_{i=1}^n E_i ∏ i = 1 n E i 上连续当且仅当存在实数 a > 0 a > 0 a > 0 这样,对于所有 x i ∈ E i ( 1 ≤ i ≤ n ) x_i \in E_i \ (1 \leq i \leq n) x i ∈ E i ( 1 ≤ i ≤ n ) ,我们有
被以下引用 5 被以下引用 定义 9 , 习题 6, § 3 , 注 , 命题 5, X § 3 , 命题 6, X § 3
∣ ∣ f ( x 1 , x 2 , … , x n ) ∣ ∣ ≤ a . ∣ ∣ x 1 ∣ ∣ . ∣ ∣ x 2 ∣ ∣ … ∣ ∣ x n ∣ ∣
||f(x_1, x_2, \ldots, x_n)|| \leq a . ||x_1|| . ||x_2|| \ldots ||x_n||
∣∣ f ( x 1 , x 2 , … , x n ) ∣∣ ≤ a .∣∣ x 1 ∣∣.∣∣ x 2 ∣∣ … ∣∣ x n ∣∣
(3)
条件是*必要的*。因为如果f f f 在点( 0 , 0 , … , 0 ) (0, 0, \ldots, 0) ( 0 , 0 , … , 0 ) 连续,则存在数b > 0 b > 0 b > 0 ,使得关系∣ ∣ x i ∣ ∣ ≤ b ( 1 ≤ i ≤ n ) ||x_i|| \leq b \ (1 \leq i \leq n) ∣∣ x i ∣∣ ≤ b ( 1 ≤ i ≤ n ) 暗示∣ ∣ f ( x 1 , … , x n ) ∣ ∣ ≤ 1 ||f(x_1, \ldots, x_n)|| \leq 1 ∣∣ f ( x 1 , … , x n ) ∣∣ ≤ 1 。令t 0 t_0 t 0 为K K K 的元素,使得0 < ∣ t 0 ∣ < 1 0 < |t_0| < 1 0 < ∣ t 0 ∣ < 1 ;那么对于*每个* 点 ( x i ) ∈ ∏ i = 1 n E i (x_i) \in \prod_{i=1}^n E_i ( x i ) ∈ ∏ i = 1 n E i ,使得x i x_i x i 都不是零,存在n n n 有理整数k i k_i k i 使得b ∣ t 0 ∣ < ∣ ∣ t 0 k i x i ∣ ∣ ≤ b b|t_0| < ||t_0^{k_i} x_i|| \leq b b ∣ t 0 ∣ < ∣∣ t 0 k i x i ∣∣ ≤ b ;因此我们有
∣ t 0 ∣ k 1 + k 2 + ⋯ + k n ∣ ∣ f ( x 1 , x 2 , … , x n ) ∣ ∣ ≤ 1 ;
|t_0|^{k_1 + k_2 + \cdots + k_n} ||f(x_1, x_2, \ldots, x_n)|| \leq 1;
∣ t 0 ∣ k 1 + k 2 + ⋯ + k n ∣∣ f ( x 1 , x 2 , … , x n ) ∣∣ ≤ 1 ;
另一方面,我们有 1 ∣ t 0 ∣ k i ≤ 1 b ∣ t 0 ∣ ∣ ∣ x i ∣ ∣ \frac{1}{|t_0|^{k_i}} \leq \frac{1}{b|t_0|} ||x_i|| ∣ t 0 ∣ k i 1 ≤ b ∣ t 0 ∣ 1 ∣∣ x i ∣∣ ,因此关系 (3) 如下,即 a = ( 1 / b ∣ t 0 ∣ ) n a = (1/b|t_0|)^n a = ( 1/ b ∣ t 0 ∣ ) n 。当x i x_i x i 之一是零时,这个关系显然仍然有效。
条件就足够了。我们将证明,如果满足,则f f f 在∏ i = 1 n E i \prod_{i=1}^n E_i ∏ i = 1 n E i 的每点( a i ) (a_i) ( a i ) 连续。我们可以写
f ( x 1 , … , x n ) − f ( a 1 , … , a n ) = ∑ i = 1 n f ( a 1 , … , a i − 1 , x i − a i , x i + 1 , … , x n ) .
f(x_1, \ldots, x_n) - f(a_1, \ldots, a_n) = \sum_{i=1}^n f(a_1, \ldots, a_{i-1}, x_i - a_i, x_{i+1}, \ldots, x_n).
f ( x 1 , … , x n ) − f ( a 1 , … , a n ) = i = 1 ∑ n f ( a 1 , … , a i − 1 , x i − a i , x i + 1 , … , x n ) .
现在,使用 (3),条件 ∣ ∣ x i − a i ∣ ∣ ≤ r ||x_i - a_i|| \leq r ∣∣ x i − a i ∣∣ ≤ r (1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ) 意味着
∣ ∣ f ( a 1 , … , a i − 1 , x i − a i , x i + 1 , … , x n ) ∣ ∣ ≤ a r ∏ k ≠ i n ( ∣ ∣ a k ∣ ∣ + r ) ;
||f(a_1, \ldots, a_{i-1}, x_i - a_i, x_{i+1}, \ldots, x_n)|| \leq ar \prod_{k \neq i}^n (||a_k|| + r);
∣∣ f ( a 1 , … , a i − 1 , x i − a i , x i + 1 , … , x n ) ∣∣ ≤ a r k = i ∏ n ( ∣∣ a k ∣∣ + r ) ;
因而,如果 c c c 是数 ∣ ∣ a i ∣ ∣ ||a_i|| ∣∣ a i ∣∣ (1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ) 中的最大值,我们有
∣ ∣ f ( x 1 , … , x n ) − f ( a 1 , … , a n ) ∣ ∣ ≤ n a r ( c + r ) n − 1 .
||f(x_1, \ldots, x_n) - f(a_1, \ldots, a_n)|| \leq nar (c + r)^{n-1}.
∣∣ f ( x 1 , … , x n ) − f ( a 1 , … , a n ) ∣∣ ≤ na r ( c + r ) n − 1 .
由于这个不等式的右边是r r r 中的多项式,其中零常数为项,所以当r r r 趋于0时,它也趋于0;因而f f f 是连续的。
6. NORMED 空间中绝对可求和的族
在规范的空间 E E E 中,如果 x i x_i x i 的范数的族 ( ∣ ∣ x i ∣ ∣ ) (||x_i||) ( ∣∣ x i ∣∣ ) 在 R \mathbf{R} R 中可求和,则 E E E 的点的族 ( x i ) (x_i) ( x i ) 被认为是绝对可和的。
引用了 1 引用了 命题 7
这个概念似乎取决于在E E E 上选择的范数;但通过 no. 3 的命题 7 以及实数可求和族的比较原理,对于 E E E 上的范数 p p p 绝对可求和的族对于 E E E 上的任何范数绝对可求和,这相当于p p p 。
如果 ( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是 E E E 的点的族,且可求和且绝对可求,我们有
∥ ∑ i ∈ I x i ∥ ≤ ∑ i ∈ I ∥ x i ∥ .
\left\| \sum_{i \in I} x_i \right\| \leq \sum_{i \in I} \|x_i\|.
i ∈ I ∑ x i ≤ i ∈ I ∑ ∥ x i ∥.
事实上,对于I I I 的每个有限子集J J J ,我们有∥ ∑ i ∈ J x i ∥ ≤ ∑ i ∈ J ∥ x i ∥ \left\| \sum_{i \in J} x_i \right\| \leq \sum_{i \in J} \|x_i\| ∑ i ∈ J x i ≤ ∑ i ∈ J ∥ x i ∥ ,并且不等式(4)相对于I I I 的有限子集的有向集合,遵循经过到极限。
因为如果( x i ) (x_i) ( x i ) 是E中的绝对可求族,那么对于每个ε > 0 \varepsilon > 0 ε > 0 ,指标集合I都有有限子集J,这样,对于不满足J的I的每个有限子集H,我们有∑ i ∈ H ∣ ∣ x i ∣ ∣ ≤ ε \sum_{i \in H} ||x_i|| \leq \varepsilon ∑ i ∈ H ∣∣ x i ∣∣ ≤ ε ;因而*更不必说* ∥ ∑ i ∈ H x i ∥ ≤ ε \left\| \sum_{i \in H} x_i \right\| \leq \varepsilon ∑ i ∈ H x i ≤ ε ,这证明了命题,因为E是完备的(柯西准则,章III, § 5, no. 2,定理1)。
如果一般项为 ∣ ∣ x n ∣ ∣ ||x_n|| ∣∣ x n ∣∣ 的级数收敛于 R \mathbf{R} R ,或者(等价)如果族 ( x n ) (x_n) ( x n ) 绝对可和,则一般项为 x n x_n x n 的级数被称为在 E 中*绝对收敛*;因而(章III, § 5, no. 7,命题9):
命题 11 的逆命题一般是*假*。
考虑实数的有界序列 x = ( x n ) n ∈ N x = (x_n)_{n \in \mathbf{N}} x = ( x n ) n ∈ N 的例空间 B ( N ; R ) \mathscr{B}(\mathbf{N}; \mathbf{R}) B ( N ; R ) ,以及范数 ∣ ∣ x ∣ ∣ = sup n ∣ x n ∣ ||x|| = \sup_n |x_n| ∣∣ x ∣∣ = sup n ∣ x n ∣ 。令 x m x_m x m 为序列 ( x m n ) n ∈ N (x_{mn})_{n \in \mathbf{N}} ( x mn ) n ∈ N ,使得 m ≠ n m \neq n m = n 为 x m n = 0 x_{mn} = 0 x mn = 0 ,m ≥ 1 m \geq 1 m ≥ 1 为 x m m = 1 / m x_{mm} = 1/m x mm = 1/ m 。立即验证序列( x m ) m ∈ N (x_m)_{m \in \mathbf{N}} ( x m ) m ∈ N 在B ( N ; R ) \mathscr{B}(\mathbf{N}; \mathbf{R}) B ( N ; R ) 中可求和,并且其和是元素y = ( y n ) y = (y_n) y = ( y n ) ,使得y 0 = 0 y_0 = 0 y 0 = 0 和y n = 1 / n y_n = 1/n y n = 1/ n 如果n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 ;但由于∣ ∣ x m ∣ ∣ = 1 / m ||x_m|| = 1/m ∣∣ x m ∣∣ = 1/ m ,x m x_m x m 的范数的序列不能在R \mathbf{R} R 中求和。
然而,我们在章VII, § 3, no. 1中看到,R n \mathbf{R}^n R n 中的每个可求和族都是绝对可求的。
7. 规范代数高于有价值的域
如果 A 是 K 上的范数代数,并且如果 p ( x ) p(x) p ( x ) 是 A 上的范数,则 A × A A \times A A × A 到 A 的双线性映射 ( x , y ) → x y (x, y) \to xy ( x , y ) → x y 是连续的,假设;因此,通过no. 5的定理1,存在实数a > 0 a > 0 a > 0 使得p ( x y ) ≤ a ⋅ p ( x ) p ( y ) p(xy) \leq a \cdot p(x)p(y) p ( x y ) ≤ a ⋅ p ( x ) p ( y ) 。 替换 p ( x ) p(x) p ( x ) 等价于范数 a ⋅ p ( x ) a \cdot p(x) a ⋅ p ( x ) ,因此我们可以总是假设范数 ∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 在规范化的代数 A 上是这样的
∣ ∣ x y ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ y ∣ ∣ .
||xy|| \leq ||x|| \cdot ||y||.
∣∣ x y ∣∣ ≤ ∣∣ x ∣∣ ⋅ ∣∣ y ∣∣.
从 (5) 到归纳可以得出,对于每个整数 n > 0 n > 0 n > 0 ,我们有
∣ ∣ x n ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x ∣ ∣ n .
||x^n|| \leq ||x||^n.
∣∣ x n ∣∣ ≤ ∣∣ x ∣ ∣ n .
令K K K 为有值除法环,并令K ′ K' K ′ 为K K K 的中心的子域,使得K K K 的绝对值值∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 在K ′ K' K ′ 上的迹不是不正确的绝对值K ′ K' K ′ 值。那么K K K ,其中∣ x ∣ |x| ∣ x ∣ 为范数,是K ′ K' K ′ 上的规范代数。
令K K K 为非离散值域,并令M n ( K ) M_n(K) M n ( K ) 为阶n n n 的方阵与K K K 的环。视为向量空间超过K K K ,M n ( K ) M_n(K) M n ( K ) 与K n 2 K^{n^2} K n 2 同构的。如果对于每个X = ( x i j ) ∈ M n ( K ) X = (x_{ij}) \in M_n(K) X = ( x ij ) ∈ M n ( K ) 我们定义∥ X ∥ = sup i , j ∣ x i j ∣ \|X\| = \sup_{i,j} |x_{ij}| ∥ X ∥ = sup i , j ∣ x ij ∣ ,那么∥ X ∥ \|X\| ∥ X ∥ 是M n ( K ) M_n(K) M n ( K ) 上的范数,并且由此范数定义的拓扑是K n 2 K^{n^2} K n 2 上的乘积拓扑 (命题10);由此可见(由于超过 K K K 的任何数变量中多项式的连续性)该范数与M n ( K ) M_n(K) M n ( K ) 的K K K 代数结构兼容。
引用了 1 引用了 命题 10
集合 X X X 上所有函数 f f f 的集合 B ( X ; K ) \mathscr{B}(X; K) B ( X ; K ) 以及值位于非离散值域 K K K ,使得 x → ∣ f ( x ) ∣ x \to |f(x)| x → ∣ f ( x ) ∣ 的边界为X X X ,代数超过K K K ; 范数∥ f ∥ = sup x ∈ X ∣ f ( x ) ∣ \|f\| = \sup_{x \in X} |f(x)| ∥ f ∥ = sup x ∈ X ∣ f ( x ) ∣ 与B ( X ; K ) \mathscr{B}(X; K) B ( X ; K ) 的环结构兼容,因为我们有∥ f g ∥ ≤ ∥ f ∥ ⋅ ∥ g ∥ \|fg\| \leq \|f\|\cdot\|g\| ∥ f g ∥ ≤ ∥ f ∥ ⋅ ∥ g ∥ (cf.章X, § 1)。
令 a a a 为规范化代数 A A A 中的封闭两侧理想。如果在商代数A / a A/a A / a 中放入∣ ∣ x ˙ ∣ ∣ = inf x ∈ X ∣ ∣ x ∣ ∣ ||\dot{x}|| = \inf_{x \in X} ||x|| ∣∣ x ˙ ∣∣ = inf x ∈ X ∣∣ x ∣∣ ,我们会在A / a A/a A / a 上得到范数,其中定义拓扑是拓扑与a a a 除以A A A 的商(命题9);由于该商拓扑与 A / a A/a A / a (章 III, § 6, no. 4) 的商环结构兼容,因此,代数 A / a A/a A / a 与范数 ∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 的商为规范化的代数。
同样,如果 ( A i ) 1 ≤ i ≤ n (A_i)_{1 \leq i \leq n} ( A i ) 1 ≤ i ≤ n 是 n n n 范数代数的一个族,在一个有价值的域 K K K 上,并且如果在乘积代数 A = ∏ i = 1 n A i A = \prod_{i=1}^n A_i A = ∏ i = 1 n A i 中我们放置 ∣ ∣ x ∣ ∣ = sup i ∣ ∣ x i ∣ ∣ ||x|| = \sup_i ||x_i|| ∣∣ x ∣∣ = sup i ∣∣ x i ∣∣ ,其中 x = ( x i ) x = (x_i) x = ( x i ) ,我们有范数在 A i A_i A i (命题 10) 拓扑的A A A 定义乘积上;由于此拓扑与A A A (章III, § 6, no. 4)的环结构兼容,因此乘积代数A A A 与范数∣ ∣ x ∣ ∣ ||x|| ∣∣ x ∣∣ 是规范的代数。
令 A A A 为已定值域 K K K 上的标准化代数。 A A A (章 III, § 6, no. 5, 命题 6) 的补全A ^ \hat{A} A ^ 也被赋予K ^ \hat{K} K ^ -向量空间结构 (no. 3, 命题 8),由原理可知对于所有t ∈ K ^ t \in \hat{K} t ∈ K ^ 和所有x , y ∈ A ^ x, y \in \hat{A} x , y ∈ A ^ ,我们拥有t ( x y ) = ( t x ) y = x ( t y ) t(xy) = (tx)y = x(ty) t ( x y ) = ( t x ) y = x ( t y ) 的扩张个身份。因此A ^ \hat{A} A ^ 比K ^ \hat{K} K ^ 大于代数;另一方面(no. 3,命题 8),A A A 扩展上的范数通过连续性到范数,其中A ^ \hat{A} A ^ 的定义拓扑,因此A ^ \hat{A} A ^ ,赋予了这个范数,是域K ^ \hat{K} K ^ 的*标准化代数*。
如果 ( x λ ) λ ∈ L (x_\lambda)_{\lambda \in L} ( x λ ) λ ∈ L 和 ( y μ ) μ ∈ M (y_\mu)_{\mu \in M} ( y μ ) μ ∈ M 是赋范代数 A A A 中的两个绝对可求和族,则( x λ y μ ) ( λ , μ ) ∈ L × M (x_\lambda y_\mu)_{(\lambda, \mu) \in L \times M} ( x λ y μ ) ( λ , μ ) ∈ L × M 族绝对可求和,因为 ∣ ∣ x λ y μ ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x λ ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ y μ ∣ ∣ ||x_\lambda y_\mu|| \leq ||x_\lambda|| \cdot ||y_\mu|| ∣∣ x λ y μ ∣∣ ≤ ∣∣ x λ ∣∣ ⋅ ∣∣ y μ ∣∣ (章 IV, § 7, no. 3, 命题 1);如果加法 A A A 是完备的,则所有三个族都是可求和的,我们有
∑ ( λ , μ ) ∈ L × M x λ y μ = ( ∑ λ ∈ L x λ ) ( ∑ μ ∈ M y μ )
\sum_{(\lambda, \mu) \in L \times M} x_\lambda y_\mu = \left( \sum_{\lambda \in L} x_\lambda \right) \left( \sum_{\mu \in M} y_\mu \right)
( λ , μ ) ∈ L × M ∑ x λ y μ = ( λ ∈ L ∑ x λ ) μ ∈ M ∑ y μ 通过左侧和的结合性(章 III, § 5, no. 3、公式 (2))。
If the normed algebra A A A has an identity element e ≠ 0 e \neq 0 e = 0 , the mapping t → t e t \to te t → t e is an isomorphism of the field structure of K K K onto that of the subfield K e Ke K e of A A A ; this isomorphism is also an isomorphism of the topological field structure of K K K onto that of K e Ke K e (the topology of the latter being induced by that of A A A ), for the restriction ∣ ∣ t e ∣ ∣ ||te|| ∣∣ t e ∣∣ of the norm of A A A to K e Ke K e is a norm equivalent to the absolute value
∣ t ∣ = 1 ∣ ∣ e ∣ ∣ ∣ ∣ t e ∣ ∣ .
|t| = \frac{1}{||e||} ||te||.
∣ t ∣ = ∣∣ e ∣∣ 1 ∣∣ t e ∣∣. If
∣ ∣ e ∣ ∣ = 1 ||e|| = 1 ∣∣ e ∣∣ = 1 we have
∣ ∣ t e ∣ ∣ = ∣ t ∣ ||te|| = |t| ∣∣ t e ∣∣ = ∣ t ∣ , and we can then identify the valued field
K K K with the normed subfield
K e Ke K e of
A A A , and in particular we may denote the identity element of
A A A by the symbol 1.
接下来我们只关心有范数的代数,它有单位元素e e e ,并且其中范数满足不等式(5);将x = y = e x = y = e x = y = e 代入不等式,得出∣ ∣ e ∣ ∣ ≥ 1 ||e|| \geq 1 ∣∣ e ∣∣ ≥ 1 。
引用了 8 引用了 X § 1. $\mathscr{G}$收敛的均匀性 , III § 6. 拓扑群与运算符;拓扑环,划分环和域 , 命题 9 , 命题 10 , 命题 6, III § 6 , 命题 8 , 命题 1, IV § 7 , III § 5. 可交换的无限和群
如果级数其通项为z n z^n z n 收敛于A A A ,则e − z e - z e − z 是A A A 的单位,我们有*
( e − z ) − 1 = ∑ n = 0 ∞ z n .
(e - z)^{-1} = \sum_{n=0}^\infty z^n.
( e − z ) − 1 = n = 0 ∑ ∞ z n . *相反,如果
∣ ∣ z ∣ ∣ < 1 ||z|| < 1 ∣∣ z ∣∣ < 1 且
e − z e - z e − z 在
A A A 中为单位,则一般项为
z n z^n z n 的级数是收敛的,并且公式(7)有效。
对于每个 p > 0 p > 0 p > 0 我们有
( e − z ) ∑ n = 0 p z n = e − z p + 1 .
(e - z) \sum_{n=0}^p z^n = e - z^{p+1}.
( e − z ) n = 0 ∑ p z n = e − z p + 1 . 如果项为
z n z^n z n 的级数收敛,且
y y y 为其和,则
z n z^n z n 与
n → + ∞ n \to + \infty n → + ∞ 一样趋于0;因此,通过(8)中的经过到极限,我们有
( e − z ) y = e (e - z)y = e ( e − z ) y = e ;类似地,我们证明
y ( e − z ) = e y(e - z) = e y ( e − z ) = e ,从而证明
y = ( e − z ) − 1 y = (e - z)^{-1} y = ( e − z ) − 1 (注,论证的部分在任何具有单位元素的拓扑环中都是有效的)。
反之,如果∣ ∣ z ∣ ∣ < 1 ||z|| < 1 ∣∣ z ∣∣ < 1 ,则从∣ ∣ z p + 1 ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ z ∣ ∣ p + 1 ||z^{p+1}|| \leq ||z||^{p+1} ∣∣ z p + 1 ∣∣ ≤ ∣∣ z ∣ ∣ p + 1 开始,z p + 1 z^{p+1} z p + 1 与p → + ∞ p \to +\infty p → + ∞ 一样趋于0;将左边两边(8)乘以( e − z ) − 1 (e-z)^{-1} ( e − z ) − 1 ,并让p p p 趋于无穷大,我们可以看到,级数的通项为z n z^n z n 收敛,并且( e − z ) − 1 (e-z)^{-1} ( e − z ) − 1 为其和。
级数,其通项为z n z^n z n ,是绝对收敛的,因为∣ ∣ z n ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ z ∣ ∣ n ||z^n|| \leq ||z||^n ∣∣ z n ∣∣ ≤ ∣∣ z ∣ ∣ n 对于n > 0 n > 0 n > 0 ,因此也是收敛的,因为A是完备的(no. 6,命题11)。
设G是完全赋范代数 A的单位的群,则G是A的开子集; A 的拓扑在 G 上诱导的拓扑与 G 的群结构兼容;而G,被赋予了这个拓扑,是一个完整的群*(相对于它的两个均匀性中的每一个)。
引用了 1 · 被以下引用 7 引用了 推论
被以下引用 定理 1(盖尔范德-马祖尔), AC VI § 6 , 命题 3, LIE III § 1 , 定理 1, IX Appendix 0 , 习题 11, § 3 , 习题 9, § 3 , 注 , 命题 14
命题 12 的推论表明 A 中 e e e 的 G 包含邻域 V;因此,对于每个x 0 ∈ G x_0 \in G x 0 ∈ G ,x 0 V x_0V x 0 V 的元素是单位,而x 0 V x_0V x 0 V 是A中x 0 x_0 x 0 的邻域,因为x ↦ x 0 x x \mapsto x_0x x ↦ x 0 x 是A自身的同胚(x 0 x_0 x 0 是A) 的单位。因此 G 在 A 中开。
为了证明 A 的拓扑在 G 上诱导的拓扑与 G 的群结构兼容,只要证明函数 x − 1 x^{-1} x − 1 在 G 上是“连续”的就足够了。设 x 0 ∈ G x_0 \in G x 0 ∈ G ,对于每个 x ∈ G x \in G x ∈ G ,将 x x x 写成形式x = x 0 ( e + u ) x = x_0(e + u) x = x 0 ( e + u ) ,所以u = x 0 − 1 ( x − x 0 ) u = x_0^{-1}(x - x_0) u = x 0 − 1 ( x − x 0 ) ;那么∣ ∣ u ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x 0 − 1 ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ x − x 0 ∣ ∣ ||u|| \leq ||x_0^{-1}|| \cdot ||x - x_0|| ∣∣ u ∣∣ ≤ ∣∣ x 0 − 1 ∣∣ ⋅ ∣∣ x − x 0 ∣∣ ,因此如果∣ ∣ x − x 0 ∣ ∣ ≤ 1 / ∣ ∣ x 0 − 1 ∣ ∣ ||x - x_0|| \leq 1 / ||x_0^{-1}|| ∣∣ x − x 0 ∣∣ ≤ 1/∣∣ x 0 − 1 ∣∣ ,我们有∣ ∣ u ∣ ∣ ≤ 1 ||u|| \leq 1 ∣∣ u ∣∣ ≤ 1 ,e + u = x 0 − 1 x e + u = x_0^{-1}x e + u = x 0 − 1 x 是单位,级数,其一般项是( − 1 ) n u n (-1)^n u^n ( − 1 ) n u n 是绝对收敛的,并且
x − 1 = ( e + u ) − 1 x 0 − 1 = x 0 − 1 + ( ∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n u n ) x 0 − 1 ,
x^{-1} = (e + u)^{-1} x_0^{-1} = x_0^{-1} + \left( \sum_{n=1}^{\infty} (-1)^n u^n \right) x_0^{-1},
x − 1 = ( e + u ) − 1 x 0 − 1 = x 0 − 1 + ( n = 1 ∑ ∞ ( − 1 ) n u n ) x 0 − 1 ,
由此可见
∣ ∣ x 0 − 1 − x 0 − 1 ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n u n ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ u ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ x 0 − 1 ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n u n ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ x 0 − 1 ∣ 2 ⋅ ∣ ∣ x − x 0 ∣ ∣ .
||x_0^{-1} - x_0^{-1}|| \leq \left| \left| \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n u^n \right| \right| \cdot ||u|| \cdot ||x_0^{-1}|| \\
\leq \left| \left| \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n u^n \right| \right| \cdot ||x_0^{-1}|^2 \cdot ||x - x_0||.
∣∣ x 0 − 1 − x 0 − 1 ∣∣ ≤ n = 0 ∑ ∞ ( − 1 ) n u n ⋅ ∣∣ u ∣∣ ⋅ ∣∣ x 0 − 1 ∣∣ ≤ n = 0 ∑ ∞ ( − 1 ) n u n ⋅ ∣∣ x 0 − 1 ∣ 2 ⋅ ∣∣ x − x 0 ∣∣.
由于 x x x 趋于 x 0 x_0 x 0 ,∣ ∣ x − x 0 ∣ ∣ ||x - x_0|| ∣∣ x − x 0 ∣∣ 趋于 0,并且由于
∣ ∣ ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n u n ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ e ∣ ∣ + ∣ ∣ u ∣ ∣ 1 − ∣ ∣ u ∣ ∣
\left| \left| \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n u^n \right| \right| \leq ||e|| + \frac{||u||}{1 - ||u||}
n = 0 ∑ ∞ ( − 1 ) n u n ≤ ∣∣ e ∣∣ + 1 − ∣∣ u ∣∣ ∣∣ u ∣∣
仍然有界,因此x − 1 x^{-1} x − 1 趋于x 0 − 1 x_0^{-1} x 0 − 1 。
最后,为了证明 G 的左均匀性是完整的,让我们证明关于该均匀性的每个柯西滤波器 F ~ \tilde{\mathscr{F}} F ~ 都是关于 A A A 的“加性”均匀性的柯西滤波器,并且收敛到 G G G 的点。对于每个ε \varepsilon ε 使得0 < ε < 1 0 < \varepsilon < 1 0 < ε < 1 ,存在集合M ∈ F M \in \mathfrak{F} M ∈ F 使得∣ ∣ x − 1 y − e ∣ ∣ ≤ ε ||x^{-1}y - e|| \leq \varepsilon ∣∣ x − 1 y − e ∣∣ ≤ ε 对于M M M 中的所有x , y x, y x , y ,即,使得
∣ ∣ y − x ∣ ∣ ≤ ε ∣ ∣ x ∣ ∣ .
||y - x|| \leq \varepsilon \ ||x||.
∣∣ y − x ∣∣ ≤ ε ∣∣ x ∣∣. 设
a a a 为
M M M 的点;对于每个
x ∈ M x \in M x ∈ M ,我们有
∣ ∣ x − a ∣ ∣ ≤ ε ∣ ∣ a ∣ ∣ ||x - a|| \leq \varepsilon \ ||a|| ∣∣ x − a ∣∣ ≤ ε ∣∣ a ∣∣ ,因此有
∣ ∣ x ∣ ∣ ≤ ( 1 + ε ) ∣ ∣ a ∣ ∣ ||x|| \leq (1 + \varepsilon)||a|| ∣∣ x ∣∣ ≤ ( 1 + ε ) ∣∣ a ∣∣ 。另一方面,存在集合
N ⊂ M N \subset M N ⊂ M 属于到
F \mathfrak{F} F ,并且
∣ ∣ x − 1 y − e ∣ ∣ ≤ ε / ( 1 + ε ) ∣ ∣ a ∣ ∣ ||x^{-1}y - e|| \leq \varepsilon/(1 + \varepsilon)||a|| ∣∣ x − 1 y − e ∣∣ ≤ ε / ( 1 + ε ) ∣∣ a ∣∣ 对于
N N N 中的所有
x x x 和
y y y ;由此得出
∣ ∣ y − x ∣ ∣ ≤ ε ∣ ∣ x ∣ ∣ / ( 1 + ε ) ∣ ∣ a ∣ ∣ ≤ ε ||y - x|| \leq \varepsilon ||x||/(1 + \varepsilon)||a|| \leq \varepsilon ∣∣ y − x ∣∣ ≤ ε ∣∣ x ∣∣/ ( 1 + ε ) ∣∣ a ∣∣ ≤ ε ,这表明
F \mathfrak{F} F 是关于
A A A 的加性均匀性的柯西滤波器,因此收敛到点
x 0 x_0 x 0 ,因为
A A A 是完备的。由于
x 0 x_0 x 0 是
F \mathfrak{F} F 中的极限,因此对于所有
x ∈ M x \in M x ∈ M ,我们通过扩张中的原理不等式得到
∣ ∣ x − 1 x 0 − e ∣ ∣ ≤ ε ||x^{-1}x_0 - e|| \leq \varepsilon ∣∣ x − 1 x 0 − e ∣∣ ≤ ε ;从
ε > 1 \varepsilon > 1 ε > 1 开始,
x − 1 x 0 x^{-1}x_0 x − 1 x 0 在
A A A 中等于单位;因此
x 0 x_0 x 0 是单位,即
x 0 ∈ G x_0 \in G x 0 ∈ G 。
在全值除法环中,非零元素的乘法群是全值群。
引用了 1 引用了 命题 13
证明与命题13类似;我们只需考虑环除法的绝对值值到 A A A 的替换范数。
注我们直接不能应用命题13,因为(非交换)值除法环不一定是代数超过*非离散*值域(绝对值到中心的限制除法环可能不正确)。
习题
参见习题为 § 3 。