Теорема Хана—Банаха
[17/18%]Пусть — нормированное пространство, — подпространство конечной коразмерности, а — линейный непрерывный функционал на . Доказать, что любое продолжение до линейного функционала на есть непрерывный функционал.
Пусть банахово пространство есть:
вещественное пространство ;
вещественное пространство .
Пусть — нормированное пространство. Доказать, что продолжение по Хану-Банаху любого линейного непрерывного функционала на единственно тогда и только тогда, когда сопряжённое пространство строго нормировано (см. определение 2.4).
Доказать, что любой линейный непрерывный функционал, определённый на всюду плотном линейном подпространстве нормированного пространства , имеет единственное продолжение по Хану-Банаху.
Доказать, что для любого ненулевого существует такой функционал , что .
Доказать, что для любых , существует такой функционал , что .
Пусть — линейно независимая система векторов нормированного пространства , а — комплексные числа. Доказать, что существует такой линейный непрерывный функционал , что для всех (сравните с задачей 5.4).
Пусть — вещественное нормированное пространство, — конечная или счётная система векторов в , а . Доказать, что существование функционала со свойством для любого равносильно тому, что для произвольного конечного набора выполнено с некоторой единой постоянной .
Доказать, что существует линейный непрерывный функционал на вещественном пространстве , удовлетворяющий следующим условиям:
-
;
-
если существует , то ;
-
функционал инвариантен при сдвигах, т. е. для любого .
Найти:
;
.
Привести примеры гладкого и негладкого пространства. Доказать, что в гладком пространстве продолжение по Хану-Банаху любого линейного функционала с любого одномерного подпространства единственно.
Пусть линейный функционал определён на одномерном подпространстве , где:
;
. Единственно ли продолжение по Хану-Банаху такого функционала?
Пусть на одномерном подпространстве , порожденном некоторой ненулевой функцией , определен функционал , где — фиксированная точка. Единственно ли продолжение по Хану-Банаху такого функционала?
Доказать, что для линейного подпространства нормированного пространства с условием и произвольной точки существует такой функционал , что и для любого .
Пусть и — два выпуклых непустых непересекающихся множества вещественного банахова пространства , одно из которых имеет непустую внутренность. Доказать, что существуют такой линейный непрерывный функционал и такое число , что аффинная гиперплоскость разделяет и .
Пусть — подпространство вещественного пространства , состоящее из всех многочленов. Доказать, что и множества, состоящие из многочленов с положительным (отрицательным) коэффициентом при старшей степени, — выпуклы, не пересекаются, но не разделяются никакой гиперплоскостью.
Пусть и — два выпуклых замкнутых непустых непересекающихся множества вещественного банахова пространства , причём одно из них компактно. Доказать, что существуют такой линейный непрерывный функционал и такое число , что аффинная гиперплоскость строго разделяет и .