En matemáticas , particularmente en análisis funcional , los espacios de aplicaciones lineales entre dos espacios vectoriales pueden dotarse de diversas topologías . El estudio de estos espacios y de dichas topologías permite comprender mejor los espacios en sí mismos.
El artículo "Topologías de operadores" analiza las topologías en espacios de aplicaciones lineales entre espacios normados , mientras que este artículo analiza las topologías en dichos espacios en el contexto más general de los espacios vectoriales topológicos (TVS).
Topologías de convergencia uniforme en espacios arbitrarios de mapas
En todo momento se asume lo siguiente:
- es cualquier conjunto no vacío yes una colección no vacía de subconjuntos dedirigido por la inclusión de subconjuntos (es decir, para cualquierexiste algode tal manera que).
- es un espacio vectorial topológico (no necesariamente de Hausdorff o localmente convexo).
- es una base de vecindarios de 0 en
- es un subespacio vectorial de[ nota 1 ] que denota el conjunto de todosfunciones con valorcon dominio
topología 𝒢
Los siguientes conjuntos constituirán los subconjuntos abiertos básicos de topologías en espacios de aplicaciones lineales. Para cualquier subconjuntoydejar
La familia forma una base de vecindad [ 1 ] en el origen para una topología única invariante a la traslación endonde esta topología no es necesariamente una topología vectorial (es decir, podría no ser suficiente)en un TVS). Esta topología no depende de la base de vecindadque fue elegida y se conoce como la topología de convergencia uniforme en los conjuntos eno como el-topología . [ 2 ] Sin embargo, este nombre cambia con frecuencia según los tipos de conjuntos que la componen.(p. ej., la "topología de convergencia uniforme en conjuntos compactos" o la "topología de convergencia compacta", véase la nota al pie para más detalles [ 3 ] ).
Un subconjuntodeSe dice que es fundamental con respecto asi cadaes un subconjunto de algún elemento en En este caso, la colecciónpuede ser reemplazado porsin cambiar la topología en[ 2 ] También se puede reemplazarcon la colección de todos los subconjuntos de todas las uniones finitas de elementos desin cambiar el resultado-topología en[ 4 ]
Llamar subconjuntode-limitado sies un subconjunto acotado depor cada[ 5 ]
Teorema [ 2 ] [ 5 ] — El-topología enes compatible con la estructura del espacio vectorial desi y solo si cadaes-limitado; es decir, si y solo si para caday cadaestá delimitado en
Propiedades
Ahora se describirán las propiedades de los conjuntos abiertos básicos, así que supongamos quey Entonceses un subconjunto absorbente desi y solo si para todosabsorbe. [ 6 ] Sies equilibrado [ 6 ] (respectivamente, convexo ) entonces también lo es
La igualdad Siempre se cumple. Sientonces es un escalarde modo que, en particular,[ 6 ] Además, [ 4 ] y de manera similar [ 5 ]
Para cualquier subconjuntoy cualquier subconjunto no vacío[ 5 ] lo cual implica:
- sientonces[ 6 ]
- sientonces
- Para cualquiery subconjuntosdesientonces
Para cualquier familiade subconjuntos dey cualquier familiade barrios del origen en[ 4 ]
Estructura uniforme
Para cualquieryser cualquier séquito de(dóndeestá dotada de su uniformidad canónica ), Dadola familia de todos los conjuntoscomoabarca cualquier sistema fundamental de séquitos deforma un sistema fundamental de séquitos para una estructura uniforme enllamada la uniformidad de uniforme converge eno simplemente el-estructura uniforme de convergencia . [ 7 ] La-La estructura uniforme de convergencia es el límite superior más bajo de todos.-estructuras uniformes de convergencia comoabarca[ 7 ]
Redes y convergencia uniforme
Dejary dejarser una red enEntonces, para cualquier subconjuntodedecir queconverge uniformemente aensi por cadaexiste algode tal manera que para cadasatisfactorio(o equivalentemente,por cada). [ 5 ]
Teorema [ 5 ] — Siy sies una red enentoncesen el-topología ensi y solo si para cadaconverge uniformemente aen
Propiedades heredadas
convexidad local
SiSi es localmente convexa, entonces también lo es.-topología eny sies una familia de seminormas continuas que generan esta topología enentonces elLa topología está inducida por la siguiente familia de seminormas: comovaría a lo largo deyvaría a lo largo de. [ 8 ]
Hausdorffness
Sies Hausdorff yentonces el-topología enes Hausdorff. [ 5 ]
Supongamos quees un espacio topológico. Sies Hausdorff yes el subespacio vectorial deque consiste en todos los mapas continuos que están acotados en caday sies denso enentonces el-topología enes Hausdorff.
Limitación
Un subconjuntodeestá delimitado en el-topología si y solo si para cadaestá delimitado en[ 8 ]
Ejemplos de topologías 𝒢
Convergencia puntual
Si dejamossea el conjunto de todos los subconjuntos finitos deentonces el-topología ense denomina topología de convergencia puntual . La topología de convergencia puntual enes idéntica a la topología de subespacio quehereda decuandoestá dotado de la topología de producto habitual .
Sies un espacio topológico de Hausdorff completamente regular no trivial yes el espacio de todas las funciones continuas con valores reales (o complejos) enla topología de convergencia puntual enes metrizable si y solo sies contable. [ 5 ]
Topologías 𝒢 en espacios de aplicaciones lineales continuas
A lo largo de esta sección asumiremos queyson espacios vectoriales topológicos . será una colección no vacía de subconjuntos deDirigido por la inclusión. denotará el espacio vectorial de todas las aplicaciones lineales continuas desdeenSise le da el-topología heredada deentonces este espacio con esta topología se denota porEl espacio dual continuo de un espacio vectorial topológicosobre el campo(que asumiremos que son números reales o complejos ) es el espacio vectorialy se denota por.
El-topología enes compatible con la estructura del espacio vectorial desi y solo si para todosy todoel conjuntoestá delimitado enlo cual asumiremos que es el caso para el resto del artículo. Nótese en particular que este es el caso siconsta de subconjuntos acotados (de von Neumann) de
Suposiciones sobre 𝒢
Supuestos que garantizan una topología vectorial
- (está dirigido):será una colección no vacía de subconjuntos dedirigido por la inclusión (de subconjuntos). Es decir, para cualquierexistede tal manera que.
La suposición anterior garantiza que la colección de conjuntosforma una base de filtro . La siguiente suposición garantizará que los conjuntosestán equilibrados . Cada TVS tiene una base vecinal en 0 que consiste en conjuntos equilibrados, por lo que esta suposición no es onerosa.
- (están equilibrados):es una base de vecindarios del origen enque consiste enteramente en conjuntos equilibrados .
La siguiente suposición se hace con mucha frecuencia porque garantizará que cada conjuntoes absorbente en
- (están limitados):se supone que consiste enteramente en subconjuntos acotados de
El siguiente teorema da formas en las quepuede modificarse sin cambiar el resultado-topología en
Teorema [ 6 ] — Seasea una colección no vacía de subconjuntos acotados deEntonces el-topología enno se altera sise reemplaza por cualquiera de las siguientes colecciones de subconjuntos (también acotados) de:
- todos los subconjuntos de todas las uniones finitas de conjuntos en;
- todos los múltiplos escalares de todos los conjuntos en;
- todas las sumas finitas de Minkowski de conjuntos en;
- el casco equilibrado de cada conjunto en;
- el cierre de cada conjunto en;
y siyson localmente convexas, entonces podemos agregar a esta lista:
- la envoltura convexa cerrada y equilibrada de cada conjunto en
Supuestos comunes
Algunos autores (por ejemplo Narici) requieren quesatisfacer la siguiente condición, lo que implica, en particular, queestá dirigido por la inclusión de subconjuntos:
- se supone que es cerrado con respecto a la formación de subconjuntos de uniones finitas de conjuntos en(es decir, cada subconjunto de cada unión finita de conjuntos enpertenece a).
Algunos autores (por ejemplo, Trèves [ 9 ] ) requieren quedebe estar dirigido bajo la inclusión de subconjuntos y que cumpla la siguiente condición:
- Siyes un escalar entonces existe unde tal manera que
Sies una bornología enlo cual suele ser el caso, entonces se cumplen estos axiomas.es una familia saturada de subconjuntos acotados deEntonces, estos axiomas también se cumplen.
Propiedades
Hausdorffness
Un subconjunto de un TVScuyo intervalo lineal es un subconjunto denso deSe dice que es un subconjunto total de Sies una familia de subconjuntos de un TVSentoncesSe dice que es total ensi el intervalo lineal dees denso en[ 10 ]
Sies el subespacio vectorial deque consiste en todas las aplicaciones lineales continuas que están acotadas en cadaentonces el-topología enes Hausdorff sies Hausdorff yes total en[ 6 ]
Lo completo
Para los siguientes teoremas, supongamos quees un espacio vectorial topológico yes un espacio de Hausdorff localmente convexo yes una colección de subconjuntos acotados deque cubreestá dirigida por la inclusión de subconjuntos y satisface la siguiente condición: siyes un escalar entonces existe unde tal manera que
- está completo si
- es localmente convexa y Hausdorff,
- está completo y
- cuando seaentonces es un mapa linealrestringido a cada conjuntoes continuo implica quees continuo,
- Sientonces es un espacio Mackeyestá completa si y solo si ambosyestán completos.
- Sientonces está en barriles Hausdorff y cuasi-completa .
- Dejaryser TVS concuasi-completo y suponemos que (1)está en barril , o de lo contrario (2)es un espacio Baire yyson localmente convexas. Sicubiertasentonces cada subconjunto equicontinuo cerrado deestá completo enyes cuasi-completo. [ 11 ]
- Dejarser un espacio bornológico ,un espacio localmente convexo yuna familia de subconjuntos acotados dede tal manera que el rango de cada secuencia nula enestá contenido en algunosSies cuasi-completo (respectivamente, completo ) entonces también lo es. [ 12 ]
Limitación
Dejarysean espacios vectoriales topológicos yser un subconjunto de Entonces, los siguientes son equivalentes: [ 8 ]
- está delimitado en;
- Por cadaestá delimitado en; [ 8 ]
- Para cada vecindariodel origen enel conjuntoabsorbe cada
Sies una colección de subconjuntos acotados decuya unión es total enentonces cada subconjunto equicontinuo deestá delimitado en el-topología. [ 11 ] Además, siyson espacios de Hausdorff localmente convexos entonces
- siestá delimitado en(es decir, acotado puntualmente o simplemente acotado) entonces está acotado en la topología de convergencia uniforme en los subconjuntos convexos, equilibrados, acotados y completos de[ 13 ]
- sies cuasi-completo (lo que significa que los subconjuntos cerrados y acotados son completos), entonces los subconjuntos acotados deson idénticos para todos-topologías dondees cualquier familia de subconjuntos acotados decubierta[ 13 ]
Ejemplos
La topología de la convergencia puntual
Al dejarsea el conjunto de todos los subconjuntos finitos detendrá la topología débil eno la topología de convergencia puntual o la topología de convergencia simple ycon esta topología se denota por. Desafortunadamente, esta topología también se denomina a veces topología de operador fuerte , lo que puede generar ambigüedad; [ 6 ] por esta razón, este artículo evitará referirse a esta topología con este nombre.
Un subconjunto dese denomina simplemente acotado o débilmente acotado si está acotado en.
La topología débil entiene las siguientes propiedades:
- Sies separable (es decir, tiene un subconjunto denso contable) y sies un espacio vectorial topológico metrizable entonces todo subconjunto equicontinuodees metrizable; si ademáses separable entonces también lo es[ 14 ]
- Así pues, en particular, en cada subconjunto equicontinuo deLa topología de convergencia puntual es métrica.
- Dejardenotemos el espacio de todas las funciones deenSiSe da la topología de convergencia puntual y luego el espacio de todas las aplicaciones lineales (continuas o no).enestá cerrado en.
- Además,es denso en el espacio de todos los mapas lineales (continuos o no)en
- Suponeryson localmente convexos. Cualquier subconjunto simplemente acotado deestá limitado cuandotiene la topología de convergencia uniforme en subconjuntos convexos, equilibrados , acotados y completos deSi ademáses cuasi-completo entonces las familias de subconjuntos acotados deson idénticos para todos-topologías ende tal manera quees una familia de conjuntos acotados que abarca[ 13 ]
subconjuntos equicontinuos
- El cierre débil de un subconjunto equicontinuo dees equicontinua.
- Sies localmente convexo, entonces la envoltura equilibrada convexa de un subconjunto equicontinuo dees equicontinua.
- Dejarysean TVS y supongamos que (1)está en barril , o de lo contrario (2)es un espacio Baire yyson localmente convexos. Entonces, todo subconjunto simplemente acotado dees equicontinua. [ 11 ]
- En un subconjunto equicontinuodeLas siguientes topologías son idénticas: (1) topología de convergencia puntual en un subconjunto total de; (2) la topología de convergencia puntual; (3) la topología de convergencia precompacta. [ 11 ]
Convergencia compacta
Al dejarsea el conjunto de todos los subconjuntos compactos detendrá la topología de convergencia compacta o la topología de convergencia uniforme en conjuntos compactos ycon esta topología se denota por.
La topología de convergencia compacta entiene las siguientes propiedades:
- Sies un espacio de Fréchet o un espacio LF y sies un espacio de Hausdorff localmente convexo completo entoncesestá completo.
- En subconjuntos equicontinuos deLas siguientes topologías coinciden:
- La topología de convergencia puntual en un subconjunto denso de
- La topología de convergencia puntual en
- La topología de la convergencia compacta.
- La topología de la convergencia precompacta.
- Sies un espacio Montel yes un espacio vectorial topológico, entoncesytienen topologías idénticas.
Topología de la convergencia acotada
Al dejarsea el conjunto de todos los subconjuntos acotados detendrá la topología de convergencia acotada eno la topología de convergencia uniforme en conjuntos acotados ycon esta topología se denota por. [ 6 ]
La topología de convergencia acotada entiene las siguientes propiedades:
- Sies un espacio bornológico y sies un espacio de Hausdorff localmente convexo completo entoncesestá completo.
- SiySi ambos son espacios normados, entonces la topología eninducido por la norma del operador usual es idéntico a la topología en. [ 6 ]
- En particular, siSi es un espacio normado, entonces la topología de norma usual en el espacio dual continuoes idéntico a la topología de convergencia acotada en.
- Cada subconjunto equicontinuo deestá delimitado en.
Topologías polares
A lo largo de todo el proceso, asumimos quees un TVS.
Topologías 𝒢 frente a topologías polares
Sies un TVS cuyos subconjuntos acotados son exactamente los mismos que sus subconjuntos débilmente acotados (por ejemplo, sies un espacio localmente convexo de Hausdorff), entonces un-topología en(tal como se define en este artículo) es una topología polar y, a la inversa, toda topología polar si una-topología. En consecuencia, en este caso los resultados mencionados en este artículo pueden aplicarse a topologías polares.
Sin embargo, sies un TVS cuyos subconjuntos acotados no son exactamente iguales a sus subconjuntos débilmente acotados, entonces la noción de "acotado en" es más fuerte que la noción de "-limitado en" (es decir, delimitado enimplica-limitado en) para que un-topología en(tal como se define en este artículo) no es necesariamente una topología polar. Una diferencia importante es que las topologías polares son siempre localmente convexas, mientras que-las topologías no tienen por qué serlo.
Las topologías polares ofrecen resultados más sólidos que las topologías de convergencia uniforme más generales descritas en este artículo. Para más información, consulte el artículo principal: Topología polar . A continuación, enumeramos algunas de las topologías polares más comunes.
Lista de topologías polares
Supongamos quees un TVS cuyos subconjuntos acotados son los mismos que sus subconjuntos débilmente acotados.
Notación : Sidenota una topología polar enentoncesdotado de esta topología se denotará poro simplemente(por ejemplo, parahubiéramos tenidode modo queytodos denotandotado de).
Topologías 𝒢-ℋ en espacios de aplicaciones bilineales
Dejaremosdenotamos el espacio de aplicaciones bilineales continuas separadas ydenotamos el espacio de aplicaciones bilineales continuas, dondeyson espacios vectoriales topológicos sobre el mismo campo (ya sean los números reales o complejos). De manera análoga a como colocamos una topología enpodemos colocar una topología eny.
Dejar(respectivamente,) sea una familia de subconjuntos de(respectivamente,) que contenga al menos un conjunto no vacío. Seadenotan la colección de todos los conjuntosdónde Podemos colocar enel-topología, y en consecuencia en cualquiera de sus subconjuntos, en particular eny enEsta topología se conoce como la-topología o como la topología de convergencia uniforme en los productosde.
Sin embargo, como antes, esta topología no es necesariamente compatible con la estructura del espacio vectorial deo desin el requisito adicional de que para todos los mapas bilineales,en este espacio (es decir, eno en) and for all and the set is bounded in If both and consist of bounded sets then this requirement is automatically satisfied if we are topologizing but this may not be the case if we are trying to topologize . The -topology on will be compatible with the vector space structure of if both and consists of bounded sets and any of the following conditions hold:
- and are barrelled spaces and is locally convex.
- is a F-space, is metrizable, and is Hausdorff, in which case
- and are the strong duals of reflexive Fréchet spaces.
- is normed and and the strong duals of reflexive Fréchet spaces.
The ε-topology
Suppose that and are locally convex spaces and let and be the collections of equicontinuous subsets of and , respectively. Then the -topology on will be a topological vector space topology. This topology is called the ε-topology and with this topology it is denoted by or simply by
Part of the importance of this vector space and this topology is that it contains many subspace, such as which we denote by When this subspace is given the subspace topology of it is denoted by
In the instance where is the field of these vector spaces, is a tensor product of and In fact, if and are locally convex Hausdorff spaces then is vector space-isomorphic to which is in turn is equal to
These spaces have the following properties:
- If and are locally convex Hausdorff spaces then is complete if and only if both and are complete.
- If and are both normed (respectively, both Banach) then so is
See also
- Bornological space – Space where bounded operators are continuous
- Bounded linear operator – Kind of linear transformationPages displaying short descriptions of redirect targets
- Dual system – Dual pair of vector spaces
- Dual topology
- List of topologies – List of concrete topologies and topological spaces
- Modes of convergence – Property of a sequence or series
- Operator norm – Measure of the "size" of linear operators
- Polar topology – Dual space topology of uniform convergence on some sub-collection of bounded subsets
- Strong dual space – Continuous dual space endowed with the topology of uniform convergence on bounded sets
- Topologies on the set of operators on a Hilbert space
- Uniform convergence – Mode of convergence of a function sequence
- Uniform space – Topological space with a notion of uniform properties
- Weak topology – Mathematical term
References
- ↑Because is just a set that is not yet assumed to be endowed with any vector space structure, should not yet be assumed to consist of linear maps, which is a notation that currently can not be defined.
- ↑Note that each set es un entorno del origen para esta topología, pero no es necesariamente un entorno abierto del origen.
- 1 2 3 Schaefer y Wolff 1999 , págs. 79–88.
- ↑ En la práctica,por lo general consiste en una colección de conjuntos con ciertas propiedades y este nombre se cambia apropiadamente para reflejar este conjunto de modo que si, por ejemplo,es la colección de subconjuntos compactos de(yes un espacio topológico), entonces esta topología se llama la topología de convergencia uniforme en los subconjuntos compactos de
- 1 2 3 Narici y Beckenstein 2011 , págs. 19–45.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Jarchow 1981 , págs. 43–55.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Narici y Beckenstein 2011 , págs. 371–423.
- 1 2 Grothendieck 1973 , págs. 1–13.
- 1 2 3 4 Schaefer y Wolff 1999 , pág. 81.
- ↑ Trèves 2006 , Capítulo 32.
- ↑ Schaefer y Wolff 1999 , pág. 80.
- 1 2 3 4 Schaefer y Wolff 1999 , pág. 83.
- ↑ Schaefer y Wolff 1999 , pág. 117.
- 1 2 3 Schaefer y Wolff 1999 , pág. 82.
- ↑ Schaefer y Wolff 1999 , pág. 87.
Bibliografía
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- Narici, Lawrence; Beckenstein, Edward (2011). Espacios vectoriales topológicos . Matemáticas puras y aplicadas (Segunda edición). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-1584888666OCLC 144216834
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- Trèves, François (2006) [1967]. Espacios vectoriales topológicos, distribuciones y núcleos . Mineola, Nueva York: Publicaciones de Dover. ISBN 978-0-486-45352-1OCLC 853623322 .
- Análisis funcional
- Espacios vectoriales topológicos
- Topología de los espacios funcionales