Двойственное пространство: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
Нет описания правки |
|||
Строка 1: | Строка 1: | ||
'''Сопряжённое пространство''' или '''двойственное пространство''' — пространство [[линейный функционал|линейных функционалов]] на |
'''Сопряжённое пространство''' или '''двойственное пространство''' — пространство [[линейный функционал|линейных функционалов]] на заданном [[векторное пространство|векторном пространстве]]. |
||
== Определение == |
== Определение == |
||
Множество всех [[Линейный непрерывный оператор|непрерывных линейных функционалов]], определённых на [[Топологическое векторное пространство|топологическом |
Множество всех [[Линейный непрерывный оператор|непрерывных линейных функционалов]], определённых на [[Топологическое векторное пространство|топологическом векторном пространстве]] <math>E</math>, также образует векторное пространство. Это пространство называется ''сопряжённым'' к <math>E</math>, оно обычно обозначается <math>E^*</math>. Множество всех линейных функционалов на <math>E</math>, не обязательно непрерывных, называется ''алгебраически сопряжённым'' к <math>E</math>, оно обычно обозначается <math>E^{\#}</math>.<ref name=autogenerated1>''[[Колмогоров, Андрей Николаевич|Колмогоров А. Н.]], [[Фомин, Сергей Васильевич|Фомин С. В.]]'' Элементы теории функций и функционального анализа. — Любое издание.</ref> |
||
В случае (рассматриваемом обычно в линейной алгебре), когда |
В случае (рассматриваемом обычно в линейной алгебре), когда векторное пространство <math>E</math> конечномерное, все линейные функционалы автоматически являются непрерывными, и сопряжённое пространство <math>E^* = E^{\#}</math> состоит просто из всех линейных функционалов (функций) на <math>E</math>. В случае (рассматриваемом обычно в функциональном анализе), когда <math>E</math> бесконечномерное, вообще говоря, <math>E^* \neq E^{\#}</math>.<ref name=autogenerated1 /> |
||
В [[тензорное исчисление|тензорном исчислении]] применяется обозначение <math>x^k</math> для элементов <math>E</math> (верхний, или ''контравариантный'' индекс) и <math>x_k</math> для элементов <math>E^*</math> (нижний, или ''ковариантный'' индекс). |
В [[тензорное исчисление|тензорном исчислении]] применяется обозначение <math>x^k</math> для элементов <math>E</math> (верхний, или ''контравариантный'' индекс) и <math>x_k</math> для элементов <math>E^*</math> (нижний, или ''ковариантный'' индекс). |
||
Строка 21: | Строка 21: | ||
=== Бесконечномерные пространства === |
=== Бесконечномерные пространства === |
||
* Если |
* Если векторное пространство <math>E</math> [[Нормированное пространство|нормированное]], то сопряжённое пространство <math>E^*</math> имеет естественную норму — это [[операторная норма]] непрерывных функционалов. Пространство <math>E^*</math> — [[банахово пространство|банахово]]<ref>''[[Люстерник, Лазарь Аронович|Люстерник Л. А.]], [[Соболев, Владимир Иванович (математик)|Соболев В. И.]]'' Элементы функционального анализа, 2-ое изд. М.: Наука, 1965, стр. 147.</ref><ref name=autogenerated1 />. |
||
* Если пространство <math>E</math> [[Гильбертово пространство|гильбертово]], то по [[Теорема представлений Рисса|теореме Рисса]] существует изоморфизм между <math>E</math> и <math>E^*</math>, причём, аналогично конечномерному случаю, каждый линейный ограниченный функционал может быть представлен через скалярное произведение с помощью некоторого элемента пространства <math>E</math><ref>''Халмош П.'' Теория меры. М.: Издательство иностранной литературы, 1953.</ref>. |
* Если пространство <math>E</math> [[Гильбертово пространство|гильбертово]], то по [[Теорема представлений Рисса|теореме Рисса]] существует изоморфизм между <math>E</math> и <math>E^*</math>, причём, аналогично конечномерному случаю, каждый линейный ограниченный функционал может быть представлен через скалярное произведение с помощью некоторого элемента пространства <math>E</math><ref>''Халмош П.'' Теория меры. М.: Издательство иностранной литературы, 1953.</ref>. |
||
Строка 28: | Строка 28: | ||
== Вариации и обобщения == |
== Вариации и обобщения == |
||
* Термин ''сопряжённое пространство'' может иметь иное значение для |
* Термин ''сопряжённое пространство'' может иметь иное значение для векторных пространств над [[комплексное число|полем комплексных чисел]]: пространство <math>\bar E</math>, совпадающее с <math>E</math> как [[вещественное число|вещественное]] векторное пространство, но с другой структурой умножения на комплексные числа: |
||
*: <math>{\bar c} {\bar x} = \overline{cx}</math> |
*: <math>{\bar c} {\bar x} = \overline{cx}</math> |
||
* При наличии в пространстве [[эрмитова метрика|эрмитовой метрики]] (например, в [[гильбертово пространство|гильбертовом пространстве]]) линейно-сопряжённое и комплексно-сопряжённое пространства совпадают. |
* При наличии в пространстве [[эрмитова метрика|эрмитовой метрики]] (например, в [[гильбертово пространство|гильбертовом пространстве]]) линейно-сопряжённое и комплексно-сопряжённое пространства совпадают. |
Версия от 21:06, 16 мая 2018
Сопряжённое пространство или двойственное пространство — пространство линейных функционалов на заданном векторном пространстве.
Определение
Множество всех непрерывных линейных функционалов, определённых на топологическом векторном пространстве , также образует векторное пространство. Это пространство называется сопряжённым к , оно обычно обозначается . Множество всех линейных функционалов на , не обязательно непрерывных, называется алгебраически сопряжённым к , оно обычно обозначается .[1]
В случае (рассматриваемом обычно в линейной алгебре), когда векторное пространство конечномерное, все линейные функционалы автоматически являются непрерывными, и сопряжённое пространство состоит просто из всех линейных функционалов (функций) на . В случае (рассматриваемом обычно в функциональном анализе), когда бесконечномерное, вообще говоря, .[1]
В тензорном исчислении применяется обозначение для элементов (верхний, или контравариантный индекс) и для элементов (нижний, или ковариантный индекс).
Свойства
Конечномерные пространства[2]
- Сопряжённое пространство имеет ту же размерность, что и пространство над полем . Следовательно, пространства и изоморфны.
- Каждому базису пространства можно поставить в соответствие так называемый двойственный (или взаимный) базис пространства , где функционал — проектор на вектор :
- Если пространство евклидово, то есть на нём определено скалярное произведение, то между и существует так называемый канонический изоморфизм, определённый соотношением
- Второе сопряжённое пространство изоморфно . Более того, существует канонический изоморфизм между и (при этом не предполагается, что пространство евклидово), определённый соотношением
- Определенный выше канонический изоморфизм показывает, что пространства и играют симметричную роль: каждое из них является сопряженным к другому. Для того, чтобы выделить эту симметрию, для часто пишут подобно записи скалярного произведения.
Бесконечномерные пространства
- Если векторное пространство нормированное, то сопряжённое пространство имеет естественную норму — это операторная норма непрерывных функционалов. Пространство — банахово[3][1].
- Если пространство гильбертово, то по теореме Рисса существует изоморфизм между и , причём, аналогично конечномерному случаю, каждый линейный ограниченный функционал может быть представлен через скалярное произведение с помощью некоторого элемента пространства [4].
- Сопряжённым к пространству , , является пространство , где . Аналогично, сопряжённым к , , является с тем же соотношением между p и q.
Вариации и обобщения
- Термин сопряжённое пространство может иметь иное значение для векторных пространств над полем комплексных чисел: пространство , совпадающее с как вещественное векторное пространство, но с другой структурой умножения на комплексные числа:
- При наличии в пространстве эрмитовой метрики (например, в гильбертовом пространстве) линейно-сопряжённое и комплексно-сопряжённое пространства совпадают.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 Колмогоров А. Н., Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального анализа. — Любое издание.
- ↑ Шафаревич И. Р., Ремизов А. О. Линейная алгебра и геометрия. — гл. III, § 7. — М.: Физматлит, 2009.
- ↑ Люстерник Л. А., Соболев В. И. Элементы функционального анализа, 2-ое изд. М.: Наука, 1965, стр. 147.
- ↑ Халмош П. Теория меры. М.: Издательство иностранной литературы, 1953.
Литература
Это заготовка статьи по математике. Помогите Википедии, дополнив её. |