最后更新: 2025-04-27 21:36 查看: 50 次纠错评论(0) 课件开VIP

一致有界原理

定理 4．4．1．（一致有界原理，共鸣定理）设 $X$ 为 Banach 空间，$Y$ 为赋范线性空间，算子族 $\left\{T_\alpha\right\}_{\alpha \in \Gamma} \subset L(X, Y)$ ，若对 $\forall x \in X$ ，都有

$$
\sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x\right\|<+\infty
$$

则存在 $M>0$ ，使得 $\left\|T_\alpha\right\| \leq M, \forall \alpha \in \Gamma$ ．
证明 在 $X$ 上定义新范数：

$$
\|x\|_{\Gamma}=\|x\|+\sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x\right\|, \quad x \in X
$$

易知，$\|\cdot\|_{\Gamma}$ 满足范数三条件，从而是范数。下面证明 $\left(X,\|\cdot\|_{\Gamma}\right)$ 是 Banach 空间。
设 $\left\{x_n\right\} \subset X$ 为 $\|\cdot\|_{\Gamma}$ 下的柯西列，则对 $\forall \varepsilon>0$ ，存在 $N \in N$ ，当 $n, m \geq N$ 时，有 $\left\|x_n-x_m\right\|_{\Gamma}<\varepsilon$ ，即 $\left\|x_n-x_m\right\|+\sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha\left(x_n-x_m\right)\right\|<\varepsilon$ 。故

$$
\begin{gathered}
\left\|x_n-x_m\right\|<\varepsilon, \quad n, m \geq N \\
\left\|T_\alpha x_n-T_\alpha x_m\right\| \leq \sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x_n-T_\alpha x_m\right\|<\varepsilon, \quad \forall \alpha \in \Gamma, n, m \geq N
\end{gathered}
$$

从而，$\left\{x_n\right\} \subset(X,\|\cdot\|)$ 是柯西列，由于 $X$ 完备，故存在 $\bar{x} \in X$ 使得 $x_n \rightarrow \bar{x},(n \rightarrow \infty)$ ．在前面两式中，令 $m \rightarrow \infty$ ，由 $\|\cdot\|$ 及 $T_\alpha$ 的连续性可得
$$
\begin{gathered}
\lim _{m \rightarrow \infty}\left\|x_n-x_m\right\|=\left\|x_n-\lim _{m \rightarrow \infty} x_m\right\|=\left\|x_n-\bar{x}\right\| \leq \varepsilon, \quad n \geq N \\
\lim _{m \rightarrow \infty}\left\|T_\alpha x_n-T_\alpha x_m\right\|=\left\|T_\alpha x_n-T_\alpha\left(\lim _{m \rightarrow \infty} x_m\right)\right\|=\left\|T_\alpha x_n-T_\alpha \bar{x}\right\| \leq \varepsilon, \quad \forall \alpha \in \Gamma, n \geq N
\end{gathered}
$$

从而

$$
\left\|x_n-\bar{x}\right\|_{\Gamma}=\left\|x_n-\bar{x}\right\|+\sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha\left(x_n-\bar{x}\right)\right\| \leq 2 \varepsilon, \quad n \geq N
$$

故 $x_n \xrightarrow{\|\cdot\|_{\Gamma}} \bar{x} \in X$ ．因此，$X,\|\cdot\|_{\Gamma}$ ）是 Banach 空间。
综上，$X$ 在范数 $\|\cdot\|$ 和 $\|\cdot\|_{\Gamma}$ 下都构成 Banach 空间，且 $\|x\| \leq\|x\|_{\Gamma}, \forall x \in X$ ，由等价范数定理，$\|\cdot\|$ 与 $\|\cdot\|_{\Gamma}$ 等价，故存在 $M \in R ^{+}$使得

$$
\|x\|_{\Gamma} \leq M\|x\|, \quad \forall x \in X
$$

从而

$$
\sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x\right\| \leq\|x\|_{\Gamma} \leq M\|x\|, \quad \forall x \in X
$$

因此，$\left\|T_\alpha\right\|=\sup _{x \in S(X)}\left\|T_\alpha x\right\| \leq M, \forall \alpha \in \Gamma$ ．
注 4．4．1．（i）定理表明，若对 $\forall x \in X, \exists M_x>0$ ，使得

$$
\left\|T_\alpha x\right\| \leq \sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x\right\|=M_x<+\infty
$$

则存在一个共同的 $M>0$ 使得，$\left\|T_\alpha\right\| \leq M, \forall \alpha \in \Gamma$ ．即算子族点点有界 $\Rightarrow$ 一致有界；
（ii）该定理也可以反过来叙述：

$$
\text { 若 } \sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha\right\|=+\infty \text {, 则存在 } x_0 \in X \text { 使得 } \sup _{\alpha \in \Gamma}\left\|T_\alpha x_0\right\|=+\infty \text {. }
$$

所以，又称为＂共鸣定理＂。
定理 4．4．2．（Banach－Steinhaus 定理）设 $X$ 为 Banach 空间，$Y$ 为赋范线性空间， $A \subset X$ 稒密，$\left\{T_n\right\} \subset L(X, Y)$ ，则

$$
\lim _{n \rightarrow \infty} T_n x=T x, \forall x \in X \Leftrightarrow \text { (i) }\left\{T_n\right\} \text { 一致有界; }
$$

（ii） $\lim _{n \rightarrow \infty} T_n x=T x, \forall x \in A$
证明＂$\Rightarrow$＂．由共鸣定理知，（i）成立；（ii）显然。
＂$\Leftarrow "$ ．由（i）$\left\{T_n\right\}$ 一致有界，则存在 $M \geq 0$ ，使得 $\left\|T_n\right\| \leq M, \forall n \in N$ ．对 $\forall x \in X$ ，及 $\varepsilon>0$ ，由 $A$ 在 $X$ 中稠密，故存在 $y \in A$ 使得

$$
\|x-y\|<\varepsilon
$$

$y \in A$ ，由（ii），对上述 $\varepsilon$ ，存在 $N \in N$ ，当 $n \geq N$ 时，有

$$
\left\|T_n y-T y\right\|<\varepsilon
$$
$y \in A$ ，由（ii），对上述 $\varepsilon$ ，存在 $N \in N$ ，当 $n \geq N$ 时，有

$$
\left\|T_n y-T y\right\|<\varepsilon
$$

于是

$$
\begin{aligned}
\left\|T_n x-T x\right\| & \leq\left\|T_n x-T_n y\right\|+\left\|T_n y-T y\right\|+\|T y-T x\| \\
& <\left\|T_n\right\|\|x-y\|+\varepsilon+\|T\|\|y-x\| \\
& \leq(M+1+\|T\|) \varepsilon, \quad n \geq N
\end{aligned}
$$

因此， $\lim _{n \rightarrow \infty} T_n x=T x, \forall x \in X$ ．

科数题库(单机版) 会议室预约系统(book)

今日还可看 0 篇未注册用户每天查看4篇，注册用户每天8篇，开通VIP会员无限制查看。

免费注册

《高等数学》难点解析

高数教程 泰勒公式切线与法线切平面与法平面驻点·拐点·极值点·零点间断点渐进线瑕积分欧拉方程伯努利方程 Abel 收敛定理偏导数的几何意义偏导数的几何意义梯度数量场与向量场多元函数极值拉格朗日算子通量与散度环流量与旋度格林公式高斯公式斯托克斯公式三大公式比较傅里叶级数极坐标微元点法式方程变上限定积分 X型计算面积 Y型计算面积微分的意义渐近线间断点 y''+py'+qy=f(x)方程高斯黎曼傅里叶变换(复数) 拉普拉斯变换(复数)

《线性代数》难点解析

线代教程 近世代数对数学的整体思考线性的意义矩阵乘法(列视角) 矩阵乘法(行视角) 矩阵左乘矩阵右乘逆矩阵求解方程组阶梯形矩阵的求法方程组解的判定四阶行列式的计算线性变换的意义线性空间向量组的等价线性空间的几何意义基础解系的求法施密特正交化特征值与特征向量的意义矩阵相似的几何意义矩阵可对角化的理解秩的意义(向量版) 秩的意义(方程版) 二次型的意义

《概率论与数理统计》难点解析

概率教程 置信区间与上a分位数概率中的“取”与“放” 贝叶斯公式全概率公式泊松分布指数分布伽玛分布二维密度图的意义卷积的意义相关系数的意义 k阶矩是与矩母函数卡方分布的作用单正态区间估计理解假设检验理解切比雪夫不等式中心极限定理

上一篇：闭图像定理

下一篇：没有了

本文对您是否有用？有用 (0) 无用 (0)