28. Теорема Банаха об обратном операторе

[1] стр. 259.

Теорема. Пусть линейный ограниченный оператор А: EE₁ задает взаимно однозначное соотвествие пространств E и E₁. Тогда существует ограниченнй обратный оператор (A^-1).

Определение. Множество X, представимое в виде суммы конечного или счетного числа нигде не плотных множеств, называется множеством первой категории. Все остальные множества называются множествами второй категории.

Лемма (Бэр). Всякое полное множество есть множество второй категории.

Лемма. Пусть на банаховом пространстве X определен линейный оператор A:XY. Определим систему множеств X_n={xX | ||Ax||  n||x||}. Тогда пространство X есть объединение множеств X_n, причем среди этих множеств найдется хотя бы одно, всюду плотное в X.

29. Теорема Хана-Банаха и ее следствия

Теорема (Хан-Банах). Пусть p - однородно-выпуклый функционал, определенный на линейном пространстве L над R, и пусть L₀ - линейное подпространство в L. Если f₀ - линейный функционал на L₀, подчиненный p, т.е. на L₀ выполнено неравенство || f₀(x) ||  p(x), то f₀ может быть продолжен до линейного функционала, подчиненного f на всем L.

30. Общий вид линейного функционала в конкретных пространствах

[1], стр. 215.

В гильбертовом пространстве H: G(x) = (g,x), gH.

Теорема (Ф. Рисс). В пространстве C[a;b] всякий непрерывный линейный функционал представляется в виде F(f) = , где (x) - функция с ограниченным изменением.

В пространстве l_p : F(x) = , где f={f_n}l_q (1/q+1/p=1).

В пространстве L_p[a;b]: F(f) = , где h(t)L_q (1/q+1/p=1).

31. Слабая сходимость

Последовательность {x_n} элементов линейного топологического пространства E называется слабо сходящейся к x₀, если для любого непрерывного функционала g(x):ER последовательность {g(x_n)} сходится к g(x₀).

Утверждение. Если последовательность слабо сходится, то она ограничена.

Утверждение. Всякая сильно сходящаяся последовательность сходится и слабо.

Теорема. Последовательность {x_n} из пространства X сходится сильно  последовательность {f(x_n)} сходится равномерно на единичном шаре в X^*, т.е. на множестве функционалов f , таких что ||f||  1.

32. Гильбертовы пространства, основные определения и свойства

Евклидовым называется линейное вектороное пространство со скалярным произведением. Скалярное произведение задает евклидову норму: || x || = (x, x)^1/2.

Два вектора называются ортогональными (xy), если (x,y) = 0.

Полное бесконечномерное евклидово пространство H называется гильбертовым.

Примеры: l₂, L₂.

Утверждение. Любые два сепарабельных гильбертовых пространства изоморфны между собой, и изоморфны пространству l₂.

Неравенство Коши. | (x,y) |  || x ||  || y ||.

Равенство параллелограмма. ||x + y||² + ||x - y||² = 2(||x||² + ||y||²).

Утверждение. Норма удовлетворяет равенству параллелограмма  ее можно задать с помощью скалярного произведения.

Теорема. Замкнутое выпуклое множество в гильбертовом пространстве содержит один и только один элемент с минимальной нормой.

33. Теорема б.Леви о прямой сумме подпространств

Теорема (Леви). Пусть в гильбертовом пространстве H задано подпространство L. Каждый элемент xH может быть единственным образом представлен в виде x = y + z, где yL, а zx, т.е. zL^. При этом ||x - y|| = min {||x - u||, uL}.

Таким образом, H = LL^.

34. Теорема Рисса-Фреше об общем виде линейного функционала в гильбертовом пространстве

Теорема. Всякий линейный функционал G в гильбертовом пространстве H записывается в виде скалярного произведения: G(h) =(g,h), где g - фиксированный вектор из H, однозначно определяемый функционалом G, причем ||g||=||G||.