Нелинейные непрерывные функционалы на топологических пространствах функций - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
1. Топологические группы. Классы функций на топологических группах 1 18.66kb.
Механизмы продвижения времени. Модельное время: непрерывное, дискретное... 1 142.16kb.
«нелинейные уравнения математической физики» 1 144.5kb.
Вопросы к консультации 1 12.69kb.
Инструкция по оформлению тезисов докладов для семинара «нелинейные... 1 18.84kb.
Урок алгебры в 10 классе Урок : «Свойства и графики функций y=sin... 1 76.22kb.
Формулы тройных углов Обратные тригонометрические функции Некоторые... 1 169.95kb.
Фмс россии управление Федеральной миграционной службы по Ханты-Мансийскому... 1 172.65kb.
Курсы «Оператор пк». Microsoft Office Excel. Занятие 2 1 33.04kb.
А нализ корректности семейств функций рисковых предпочтений инвестора 1 45.11kb.
Гл. Тригонометрические функции 1 39.94kb.
Наименование дисциплины 1 67.83kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Нелинейные непрерывные функционалы на топологических пространствах функций - страница №1/1

На правах рукописи

ЛАЗАРЕВ Вадим Ремирович



НЕЛИНЕЙНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЫ НА ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ПРОСТРАНСТВАХ

ФУНКЦИЙ
01.01.01 – вещественный, комплексный и функциональный анализ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук

Томск - 2012


Работа выполнена на кафедре теории функций

ФГБОУВПО «НИ Томский государственный университет»


Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Гулько Сергей Порфирьевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Пестов Герман Гаврилович
кандидат физико-математических наук, доцент

Арбит Александр Владимирович
Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт математики и механики

Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург)
Защита диссертации состоится 23 марта 2012г., в 14:30 на заседании диссертационного совета Д 212.267.21 при ФГБОУВПО «НИ Томский государственный университет» по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 36, корпус 2, ауд. 304.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ФГБОУВПО «НИ Томский государственный университет» по адресу: Томск, пр. Ленина, 34а,

Автореферат разослан


Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук, доцент



А. Н. Малютина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Основным объектом внимания в предлагаемой диссертации выступают нелинейные непрерывные функционалы (то есть вещественнозначные отображения), заданные на пространстве Cp(X) всех непрерывных вещественнозначных функций, определённых на некотором тихоновском пространстве X. Знаменитая теорема Нагаты [21] гласит, что если топологические кольца Cp(X) и Cp(Y) топологически изоморфны, то тихоновские пространства X и Y гомеоморфны. То есть, они имеют полностью совпадающие наборы топологических свойств. Однако, если ослабить требование до линейной гомеоморфности ТВП Cp(X) и Cp(Y), то, как известно [3], некоторые важнейшие топологические свойства X и Y могут различаться. Таковы, например, первая и вторая аксиомы счётности или свойство Фреше – Урысона. Ясно, что по мере ослабления условий на гомеоморфизм между Cp(X) и Cp(Y) сужается и круг топологических свойств, гарантированно совпадающих у пространств X и Y. Свойство -компактности сохраняется при любых гомеоморфизмах пространств функций, чего нельзя сказать о компактности, как доказали С. П. Гулько и Т. Е. Хмылёва [6]. Однако, В. В. Успенский [12] установил, что компактность сохраняется при равномерном гомеоморфизме пространств функций.

Таким образом, относительно некоторых топологических свойств можно поставить вопрос: при каких типах гомеоморфизмов пространств Cp(X) и Cp(Y) эти свойства будут общими для X и для Y? Двойственным образом, если между Cp(X) и Cp(Y) есть гомеоморфизм с тем или иным дополнительным условием (линейный, равномерный и т. п.), то какие свойства пространств X и Y будут для них общими?

Для пространства Cp(X), как для ТВП, естественным образом определено сопряжённое к нему пространство Lp(X) всех линейных непрерывных вещественных функционалов на Cp(X). Нетрудно установить [3], что оно является замкнутым векторным подпространством в пространстве CpCp(X) всевозможных непрерывных функционалов. Однако, никем не ставился и не изучался вопрос, является ли Lp(X) дополняемым в CpCp(X), либо в каких-то подпространствах в CpCp(X).

Пространство Lp(X) хорошо изучено [3] и является испытанным инструментом исследований. А именно, наличие непрерывного линейного отображения из Cp(X) в Cp(Y) влечёт наличие сопряжённого (линейного) отображения из Lp(Y) в Lp(X), которые содержат, соответственно, Y и X (как замкнутые подпространства). Линейный гомеоморфизм между Cp(X) и Cp(Y) равносилен линейному гомеоморфизму между Lp(Y) и Lp(X). В этом случае говорят, что пространства X и Y l-эквивалентны. Решающее обстоятельство состоит в том, что с каждым линейным непрерывным функционалом из Lp(X) однозначно связано конечное множество из X – носитель этого функционала. Если каждой точке из Y поставить в соответствие носитель её образа при сопряжённом отображении, получится конечнозначное отображение Y в X. Это позволяет обнаруживать связи между топологическими свойствами X и Y. В начале 80-х годов XX века в нескольких статьях [2, 9, 7, 10] было доказано, при различных дополнительных предположениях на пространства X и Y, что из их l-эквивалентности следует равенство размерностей dim X = dim Y. В 1982-м году В.Г. Пестов, применив отображение носителей линейных функционалов, доказал то же утверждение для произвольных тихоновских пространств X и Y [11]. Позднее, в 1998-м году, Н.В. Величко, оттолкнувшись от этой идеи и усовершенствовав понятие носителя, показал, что свойство Линделёфа одного из l-эквивалентных пространств X, Y равносильно свойству Линделёфа другого [22]. В 2001-м году А. Бузиад (A. Bouziad) обобщил эту теорему на произвольное число Линделёфа [16].

В то же время, применения пространств нелинейных функционалов для изучения соотношения свойств X и Y , имеющих нелинейно гомеоморфные пространства Cp(X) и Cp(Y), пока весьма немногочисленны. Они касаются случая равномерно гомеоморфных пространств Cp(X) и Cp(Y). С.П. Гулько рассматривал равномерно непрерывные функционалы и связанные с ними конечные подмножества, наделённые некоторыми чертами носителя. Ему удалось распространить теорему В.Г. Пестова о совпадении размерностей на случай равномерно гомеоморфных пространств Cp(X) и Cp(Y) [5]. А.В. Арбит также использовал технологии, связанные с носителями равномерно непрерывных функционалов, пытаясь перенести результат Бузиада на случай равномерного гомеоморфизма пространств Cp(X) и Cp(Y). Введённые им носители равномерно непрерывных функционалов в общем случае счётны. В статье А.В. Арбита [15], вышедшей в 2011-м году, доказывается, что если оба пространства X и Y имеют число Линделёфа не меньшее континуума, и Cp(X) равномерно гомеоморфно Cp(Y), то числа Линделёфа пространств X и Y одинаковы.

Кольцо многочленов, аналогичное введённому в нашей работе кольцу Rp(X) в явном виде появлялось только в статье [13].

Таким образом, по крайней мере для таких топологических свойств, как компактность, размерность dim и число Линделёфа, остаётся актуальным следующий вопрос: каков наиболее широкий класс гомеоморфизмов пространств функций Cp(X) и Cp(Y), сохраняющих эти свойства у пространств X и Y?

В предлагаемой диссертации нелинейные непрерывные функционалы (то есть вещественнозначные отображения), заданные на пространстве Cp(X), выступают основным объектом исследования.



Цель работы:

 Найти и изучить возможно более широкие подпространства нелинейных непрерывных функционалов на Cp(X), элементы которых имеют конечные носители.

 Изучить вопрос о дополняемости пространства Lp(X) линейных непрерывных функционалов в пространстве CpCp(X) и в подпространствах нелинейных непрерывных функционалов.

 Применить свойство существования конечного носителя у элементов во введённых подпространствах нелинейных непрерывных функционалов к выделению различных типов гомеоморфизмов пространств Cp(X) и Cp(Y) и к исследованию сохраняемых этими гомеоморфизмами свойств пространств X и Y.



Научная новизна и практическая ценность. Основные результаты настоящей диссертации являются новыми. Основные результаты диссертации следующие:

 Введены в рассмотрение несколько пространств нелинейных непрерывных функционалов на Cp(X), обладающих свойством конечного носителя элементов.

 Доказано, что соответствующее отображение носителя является полунепрерывным снизу, а в одном случае – полунепрерывным сверху.

 Доказано, что введённые пространства нелинейных непрерывных функционалов всюду плотны в .

 Установлена недополняемость пространства Lp(X) в пространстве CpCp(X) для бесконечного X.

 Указан новый способ образования классов гомеоморфизмов пространств непрерывных функций.

 Выделены отличные от равномерных гомеоморфизмов классы гомеоморфизмов пространств непрерывных функций, сохраняющие размерность dim, число Линделёфа и компактность.

Результаты работы имеют теоретическое значение и могут быть использованы при изучении топологических свойств пространств непрерывных функций.



Апробация результатов. Результаты диссертации докладывались на Международной конференции по математике и механике (Томск, 2003 г.), Всероссийской конференции по математике и механике (Томск, 22-25 сентября 2008 г.), на заседаниях научного семинара кафедры теории функций Томского государственного университета.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из раздела обозначений и терминов, введения, трёх глав и списка литературы. Первая глава состоит из четырёх параграфов, вторая и третья главы состоят из трёх параграфов. Параграфы в работе имеют сквозную нумерацию. Работа изложена на 66 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность предпринятого в диссертации научного исследования и даётся краткий обзор содержания работы.

Первая глава (§§1 – 4) отведена для систематического изложения полученных автором результатов о пространствах нелинейных непрерывных функционалов. В §1 вводится понятие одночлена и многочлена на Cp(X), определяется пространство одночленов Dp(X), пространство многочленов Rp(X), и два его подпространства: пространство Sp(X), элементы которого мы называем простыми многочленами и пространство Mp(X), элементы которого мы называем полными многочленами.

Определение 1.1. Функционал d:Cp(X) вида , действующий по правилу , где xi  X, ni  при всех i от 1 до k, назовём одночленом. Натуральное число будем называть степенью одночлена d. Конечное множество назовём носителем одночлена d. Множество всех одночленов обозначим через Dp(X).

Определение 1.2. Всякий функционал p:Cp(X) , заданный правилом , где 1, ..., m – вещественные числа, а d1, ..., dm – одночлены, будем называть многочленом. Множество назовём носителем многочлена p. Множество всех многочленов обозначим через Rp(X).

Теперь во множестве Rp(X) выделим два подмножества.



Определение 1.3. Пусть . Полиномами,
или полными многочленами с носителем
будем называть многочлены вида , где все числа , . Множество всех полиномов обозначим символом Mp(X).

Определение 1.4. Многочлен p назовём простым, если он представим в виде , где , а – числовой многочлен со свойством u(0) = 0. Множество простых многочленов будем обозначать символом Sp(X).

Предложение 1.5. Справедливы следующие соотношения: (а), (б), (в).

В §2 свойство многочленов иметь конечный носитель берётся за определение и таким образом вводится в рассмотрение пространство, а также его подпространство.



Определение 2.1. Пусть , – конечно. Если (i) такое, что , и (ii) , такие, что , то назовём функционал f функционалом с конечным носителем K, а само множество K = K(f) – носителем функционала f. Множество всех функционалов с конечным носителем будем обозначать .

Определение 2.2. Скажем, что функционал принадлежит пространству , если существует конечное множество такое, что выполнено (i), а также условие

(iii) такое, что существует окрестность точки x такая, что для всякой более узкой окрестности U этой точки , для которой несмотря на то, что .

Одним из главных результатов §2 является теорема о единственности носителя

Теорема 2.10. Каждый функционал из имеет единственный носитель.

Ключевое значение для дальнейших исследований имеет следующая лемма.



Лемма 2.11. Пусть, , –произвольная дизъюнктная система (открытых) окрестностей точек из . Тогда у точки f найдется окрестность V, целиком состоящая из точек g, для которых для всех .

Из леммы 2.11 выводятся важнейшие следствия – теоремы 2.12 и 2.15 – применяемые в третьей главе.



Теорема 2.12. Отображение носителя полунепрерывно снизу.

Теорема 2.15. Отображение полунепрерывно сверху.

В §3 получен ещё один важный результат, а именно, теорема 3.2.



Теорема 3.2. Sp(X) всюду плотно в .

В §4 обсуждается алгебраическая структура рассматриваемых пространств нелинейных функционалов. Нетрудно видеть, что Rp(X) – это векторное пространство и кольцо. Мы доказываем (предложение 4.3), что теми же свойствами обладает и . Пространство же кольцом не является, но обладает векторной структурой (предложение 4.4).



Предложение 4.3. есть векторное подпространство и подкольцо в (то есть подалгебра) относительно обычных операций сложения, умножения функций и умножения функции на число.

Предложение 4.4. есть векторное подпространство в .

Вторая глава работы (§§5 – 7) посвящена изучению вопроса о том, дополняемо ли пространство линейных непрерывных функционалов на Cp(X) в пространстве всех непрерывных функционалов на Cp(X) (то есть Lp(X) в CpCp(X)). В §5 доказана весьма общая теорема 5.3, гласящая, что при бесконечном X не существует линейной непрерывной инъекции пространства Cp(X) в пространство Lp(Y) для любого Y. Переходя к сопряжённым пространствам, мы показываем (следствие 5.5), что не существует линейного непрерывного проектора Cp(Y) на Lp(X). Применяя это следствие при , получаем отрицательный ответ на поставленный вопрос (следствие 5.6).

§6 и §7 посвящены установлению более слабых аналогов свойства дополняемости Lp(X) в специальных подпространствах нелинейных функционалов при дополнительных предположениях относительно X. В §6 конструируется линейный (но не непрерывный) проектор пространства на Lp(X) для произвольного пространства X. Конструкция проектора такова.

Каждому конечному подмножеству сопоставим некоторое фиксированное дизъюнктное семейство открытых окрестностей точек из K, а также конечный набор , где , при . Теперь для всякого положим .



Предложение 6.2. Определенное выше отображение P – проектор на .

Предложение 6.3. Если пространство X счётно, то проектор – отображение первого класса Бэра.

В §7 мы предполагаем, что пространство X -компактно. Основной результат §7 – теорема 7.6 – утверждает, что существует отображение  (всюду плотного в и -компактного) пространства , где все Mn компактны, на его подпространство Lp(X) с такими свойствами:

1)  тождественно на Lp(X) ;

2) Сужение  на каждое Mn – ретракция.

В третьей главе (§§8 – 10) результаты о пространствах нелинейных непрерывных функционалов, полученные в первой главе, применяются для изучения отношения t-эквивалентности тихоновских пространств.

В §8 мы предлагаем общий способ выделения различных типов гомеоморфизмов . Для этого нами вводится понятие (E, F)-гомеоморфизма (или гомеоморфизма типа (E, F)) пространств функций Cp(X), Cp(Y). Это такой гомеоморфизм , двойственный к которому отображает подпространство в подпространство и, симметрично, обратный к двойственному гомеоморфизм отображает подпространство в подпространство . Главный результат параграфа гласит, что ранее известные типы гомеоморфизмов пространств функций – это (E, F)-гомеоморфизмы.



Теорема 8.2. Пусть некоторый гомеоморфизм h:Cp(X)Cp(Y) имеет тип (E;F). Тогда: (а) E = X и F = Y если и только если X ~ Y,

(б) E = Lp(X) и F =  Lp(Y) если и только если ,

(в) E = Up(X) и F = Up(Y) если и только если ,

(г) и если и только если .

В §9 рассматриваются два конкретных примера гомеоморфизмов типа (E, F), оказавшихся интересными с прикладной точки зрения. Теорема 8.7 из §8 показывает новизну этих примеров по сравнению с равномерными гомеоморфизмами. Главные результаты §9 (и одни из главных во всей диссертации) таковы.

Теорема 9.6. Если X, Y – пространства со счётной базой, а h:Cp(X)Cp(Y) – гомеоморфизм типа (Mp(X) ; Mp(Y)), то dim X = dim Y.

Теорема 9.8. Если h:Cp(X)Cp(Y) – гомеоморфизм типа (Dp(X) ; Dp(Y)), то l(X) = l(Y). Если X компактно, то и Y компактно.

В §10 главным объектом является пространство всех многочленов Rp(X). Основной результат §10 – теорема 10.2.



Теорема 10.2. Если топологические кольца Rp(X), Rp(Y) топологически изоморфны, то пространства Cp(X), Cp(Y) гомеоморфны.

Доказательство этой теоремы опирается на предложение 10.1.



Предложение 10.1. Каждая непрерывная вещественная функция f X  однозначно продолжается до непрерывной линейной мультипликативной функции Ef Rp(X)  .

Фактически, мы получаем ещё один частный случай t-эквивалентности – r-эквивалентность. Можно назвать пространства X и Y r-эквивалентными, если их пространства многочленов Rp(X), Rp(Y) топологически изоморфны как топологические кольца.

В заключение §10 приводятся некоторые результаты о связях топологических свойств пространств X и Rp(X). Например,

Предложение 10.3. Пусть P – класс топологических пространств, содержащий вещественную прямую и замкнутый относительно следующих операций:

1) переход к образу элемента класса P при непрерывном отображении;

2) объединение счётного семейства элементов класса P;

3) декартово произведение конечного числа элементов класса P.

Тогда, если X принадлежит P , то и Rp(X) принадлежит P.

Следствие 10.4. Пусть пространство X обладает одним из следующих свойств:

1) X σ-компактно;

2) X линделёфово Σ-пространство;

3) Xn линделёфово для каждого натурального n;

4) X сепарабельно.

Тогда и пространство Rp(X) обладает тем же свойством.



Литература
1. Александров П.С., Пасынков Б.А. Введение в теорию размерности. – М.: Наука, 1973.

2. Архангельский А.В. Принцип -аппроксимации и признак равенства размерности бикомпактов // ДАН СССР. 1980, Т. 252. №4. С. 777 – 780.

3. Архангельский А.В. Топологические пространства функций.  М.: Изд-во МГУ, 1989.

4. Граев М.И. Свободные топологические группы // Известия АН Сер. матем. 1948, №12. С.279 – 324.

5. Гулько С.П. О равномерных гомеоморфизмах пространств непрерывных функций // Труды матем. ин-та им. В.А.Стеклова. АН СССР. 1992. Т. 193. С. 82 – 88.

6. Гулько С.П., Хмылёва Т.Е. Компактность не сохраняется отношением t-эквивалентности // Мат. заметки. 1986, Т. 39, №6. С. 895 – 903.

7. Замбахидзе Л.Г. О соотношениях между размерностными и кардинальнозначными функциями пространств, погружаемых в пространства специального типа // Сообщения АН Грузинской ССР. 1980, Т. 100, №3 С. 557 – 560.

8. Кострикин А.И. Введение в алгебру. – М.: Наука, 1977.

9. Павловский Д.С. О пространствах непрерывных функций // ДАН СССР. 1980, Т. 253 №1 С. 38 – 41.

10. Павловский Д.С. О пространствах, имеющих линейно гомеоморфные пространства непрерывных функций в топологии поточечной сходимости // УМН. 1982, Т. 37, №2. С. 185 – 186.

11. Пестов В.Г. Совпадение размерностей dim l-эквивалентных топологических пространств // ДАН СССР. 1982, Т. 266, №3. С. 553 – 556.

12. Успенский В.В. Характеризация компактности в терминах равномерной структуры в пространстве функций // УМН. 1982, Т. 37, №4. С. 183 – 184.

13. Ткачук В.В. Наименьшее подкольцо кольца Cp(Cp(X)), содержащее X{1}, всюду плотно в Cp(Cp(X)) // Вестник МГУ. Серия математика, механика. 1987, №1. С. 20 – 22.

14. Энгелькинг Р. Общая топология (Пер. с англ.). М.: Мир, 1986.

15. Arbit A.V. The Lindelöf number greater then continuum is u-invariant // Serdica Math. J. 2011, №37. P. 143 – 162.

16. Bouziad A. Le degré de Lindelöf est l-invariant // Proc. Amer. Math. Soc. 2001, V. 129, №3. P. 913 – 919.

17. Jan van Mill. The Infinite-Dimensional Topology of Functional Spaces. – ELSEVIER Amsterdam – Boston – London etc., 2002.

18. Okunev O. Homeomorphisms of function spaces and hereditary cardinal invariants // Topol. and its Appl. 1997, Vol 80. P. 177 – 188.

19. Okunev O. Tightness of compact spaces is preserved by the relation // Comment. Math. Univ. Carolinae. 2002, V. 43, №2. P. 335 – 342.

20. Tkachuk V.V. A Cp-Theory Problem Book. – Springer New York Dordrecht Heidelberg London, 2011.

21. Nagata J. On lattices of functions on topological spaces and of functions on uniform spaces // Osaka Math. J. 1949, V.1, №2. P.166 – 181.

22. Velichko N.V. The Lindelöf property is l-invariant // Topol. and its Appl. 1998, V. 89. P. 277 – 283.


Работы автора по теме диссертации
23. Лазарев В.Р. Один пример всюду плотного множества многочленов в CpCp(X) // Международная конференция по математике и механике. Избранные доклады – Томск, 2003. С. 55 – 59.

24. Лазарев В.Р. О пространстве функционалов с конечным носителем // Бюллетень оперативной научной информации журнала "Вестник ТГУ", № 54. – Томск, 2005. С. 80 – 87

25. Лазарев В.Р. О модификации понятия функционала с конечным носителем // Вестник Томского государственного университета. 2007. № 298. С. 119 – 120.

26. Лазарев В.Р. О полиномиальных гомеоморфизмах пространств непрерывных функций // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2007. № 1. С. 28 – 32.

27. Лазарев В.Р. О некоторых аналогах t-эквивалентности // Всероссийская конференция по математике и механике (Томск, 22 – 25 сентября 2008 г.). Тезисы докладов. Томск: ТГУ, 2008. С. 101.

28. Лазарев В.Р. О некоторых отношениях эквивалентности на классе тихоновских пространств // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2008. № 3. С. 5 – 10.

29. Лазарев В.Р. О некоторых топологических свойствах кольца многочленов в CpCp(X) // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2010. № 1. С. 34 –38.

30. Гулько С.П., Лазарев В.Р., Хмылёва Т.Е. О взаимной «ортогональности» классов пространств Cp(X) и Lp(Y) // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2012. № 1. С. 15 – 19.