Кіріспе
Дөңес ашық жинақтармен анықталған топологиясы бар векторлық кеңістік. Функционалдық анализ және математиканың осымен байланысты салаларында, жергілікті дөңес топологиялық векторлық кеңістіктер (ЖДТВК) немесе жергілікті дөңес кеңістіктер – нормаланған кеңістіктерді жалпылайтын топологиялық векторлық кеңістіктердің (ТВК) мысалдары. Оларды, топологиясы теңдестірілген, жұтатын, дөңес жинақтардың жылжулары арқылы туындатылатын топологиялық векторлық кеңістіктер ретінде анықтауға болады. Балама ретінде, оларды семинармдар жиынымен векторлық кеңістік ретінде анықтауға болады, ал топология сол жиынға сәйкес анықталады. Мұндай кеңістіктердің барлығы дерлік нормалана бермейді, бірақ нөлдік вектор үшін дөңес жергілікті базаның болуы Хан-Банах теоремасының орындалуы үшін жеткілікті, нәтижесінде үздіксіз сызықтық функционалдардың жеткілікті бай теориясы пайда болады. Фреше кеңістіктері – толық метрикаланған (толық метриканы таңдау мүмкіндігімен) жергілікті дөңес кеңістіктер. Олар нормадан туындаған метрикаға қатысты толық векторлық кеңістіктер болып табылатын Банах кеңістіктерінің жалпылануы болып табылады.
In functional analysis and related areas of mathematics, locally convex topological vector spaces (LCTVS) or locally convex spaces are examples of topological vector spaces (TVS) that generalize normed spaces. They can be defined as topological vector spaces whose topology is generated by translations of balanced, absorbent, convex sets. Alternatively they can be defined as a vector space with a family of seminorms, and a topology can be defined in terms of that family. Although in general such spaces are not necessarily normable, the existence of a convex local base for the zero vector is strong enough for the Hahn–Banach theorem to hold, yielding a sufficiently rich theory of continuous linear functionals. Fréchet spaces are locally convex spaces that are completely metrizable (with a choice of complete metric). They are generalizations of Banach spaces, which are complete vector spaces with respect to a metric generated by a norm.
Тарих
Векторлық кеңістіктердегі метрикаланатын топологиялар Морис Фрешеттің 1902 жылғы «Sur quelques points du calcul fonctionnel» (метрика ұғымы алғаш рет енгізілген) докторлық диссертациясынан бері зерттеледі. Феликс Хаусдорф 1914 жылы жалпы топологиялық кеңістік ұғымын анықтағаннан кейін, кейбір математиктер жергілікті дөңес топологияларды пайдаланғанмен, 1934 жылға дейін тек Джон фон Нейман ғана Хилберт кеңістіктеріндегі әлсіз топологияны және Хилберт кеңістіктеріндегі операторлар бойынша күшті оператор топологиясын нақты анықтаған секілді. Соңында, 1935 жылы фон Нейман жергілікті дөңес кеңістіктің жалпы анықтамасын енгізді (ол оны дөңес кеңістік деп атады). Жалпы жергілікті дөңес кеңістіктердің (басқа ұғымдар мен нәтижелермен бірге, мысалы, торлар, көбейтінді топологиясы және Тихонов теоремасы) дамуы мен таралуын күтуге тура келген нәтижелердің көрнекті мысалы – Банах-Алаоглу теоремасы. Оны Стефан Банах 1932 жылы ажыратылатын нормаланған кеңістіктер үшін элементарлық диагональдық аргумент арқылы алғаш рет дәлелдеді (осы жағдайда дуалдың бірлік шарлары метрикаланады).
Анықтама
Болсын, – комплекс сандардың (әдетте өзі немесе ) кіші өрісі арқылы анықталған векторлық кеңістік. Жергілікті дөңес кеңістік дөңес жиынтықтар немесе, эквивалентті, семинормалар арқылы анықталады.
Семинормалық топология
Егер нақты немесе кешенді сандар жиыны болса, онда бұл векторлық кеңістік болады. Векторлық кеңістіктегі семинормалардың жиыны векторлық кеңістікте семинормалардың индукциялаған бастапқы топологиясы деп аталатын канондық топологияны тудырады. Анықтама бойынша, бұл барлық бейнелеулердің үздіксіз болатын ең жуан топологиясы. Дегенмен, ол топологиялық векторлық кеңістіктің (ТВК) құрылымын қабылдамайды. Векторлық кеңістік операциялары осы топологияда үздіксіз болмайды, себебі жартылай норма топологиясындағы барлық жиындар симметриялы болады, ал lcs топологиясы көбірек жиындарға мүмкіндік береді. Кейбір жағдайларда, кеңістіктегі жергілікті дөңес топология нормалар жиынымен индукциялануы мүмкін, бірақ нормалана алмайды (яғни, оның топологиясы бір ғана нормамен индукцияланады).
Нормалардың негізі
Келесі теорема мынаны білдіреді: егер жергілікті дөңес кеңістік болса, онда оның топологиясы үстіндегі үздіксіз нормалар отбасымен анықталуы мүмкін (норма – екілік норма, мұнда екенін білдіреді) осымен ғана емес, сондай-ақ кем дегенде бір үздіксіз норма бар болса. Себебі норма мен екілік норманың қосындысы норма болады, сондықтан егер жергілікті дөңес кеңістік екілік нормалар отбасымен анықталса (әрқайсысы міндетті түрде үздіксіз), онда әрбір элементке белгілі бір үздіксіз норманы қосу арқылы алынған (сондай-ақ үздіксіз) нормалар отбасы осы жергілікті дөңес топологияны анықтайтын нормалар отбасы болады. Егер топологиялық векторлық кеңістікте үздіксіз норма болса, онда ол міндетті түрде Хаусдорфтық болады, бірақ керісіншесі жалпы жағдайда дұрыс емес (жергілікті дөңес кеңістіктер немесе Фреше кеңістіктері үшін де).
Қосымша анықтамалар
Семинормалар отбасы толық немесе бөлек деп аталады немесе егер кез келген үшін әрқашан орындалса, онда ол нүктелерді бөледі дейді. Жергілікті дөңес кеңістік Хаусдорфтық болады, егер және тек қана егер ол семинармалардың бөлек отбасына ие болса. Көптеген авторлар анықтамада Хаусдорф критерийін қолданады. Псевдометрика – бұл метриканың жалпыламасы, ол тек қана егер болса шартты қанағаттандырмайды. Жергілікті дөңес кеңістік псевдометризацияланады, яғни оның топологиясы псевдометрикадан туындайды, егер және тек қана егер ол санаулы семинармалар отбасына ие болса. Шындығында, сол топологияны тудыратын псевдометрика келесідей беріледі (мұндағы оң жиынтық тізбекпен алмастырылуы мүмкін). Бұл псевдометрика трансляциялық инвариант, бірақ біртекті емес, сондықтан (псевдо)норманы анықтамайды. Псевдометрика нағыз метрика болады, егер және тек қана егер семинармалар отбасы бөлек болса, себебі бұл жағдай тек қана егер кеңістік Хаусдорф болса ғана орындалады. Егер кеңістік толық болса, онда ол Фреше кеңістігі деп аталады. Кез келген топологиялық векторлық кеңістік сияқты, жергілікті дөңес кеңістік те біркелкі кеңістік болып табылады. Сондықтан біркелкі үзділіс, біркелкі жинақталу және Коши тізбектері туралы айтуға болады. Жергілікті дөңес кеңістіктегі Коши желісі – бұл әрбір семинарма үшін және әрбір индекс үшін, белгілі бір индекс бар, сонда барлық индекстер үшін . Басқаша айтқанда, желі барлық семинармаларда бір мезгілде Коши болуы керек. Толықтықтың анықтамасы осы жерде желілер арқылы, таныс тізбектердің орнына берілген, себебі метрикаланатын Фреше кеңістіктерінен айырмашылығы, жалпы кеңістіктер псевдометрикалардың санаулы емес отбасымен анықталуы мүмкін. Табиғаты бойынша санаулы тізбектер мұндай кеңістіктердегі жинақталуды сипаттауға жеткіліксіз. Жергілікті дөңес кеңістік толық болады, егер және тек қана егер барлық Коши желісі жинақталса. Семинормалар отбасы, егер және тек қана егер барлық үшін бар болса, семинармалардың бағытталған отбасы деп аталады, яғни отбасы қосылу ретінде қосумен бағытталған жиын болса, басқаша айтқанда, егер кез келген және үшін, онда бар болатындай болатын бар. Семинормалардың әрбір отбасы эквивалентті бағытталған отбасына ие, яғни сол топологияны анықтайтын отбасы. Шындығында, берілген отбасы үшін, -ның шекті жиынтықтарының жиынтығын қарастырайық, содан кейін әрбір үшін келесіні анықтаймыз. Тексерсек, - эквивалентті бағытталған отбасы екенін көреміз. Егер кеңістіктің топологиясы бір семинармадан туындаса, онда кеңістік семинармаланады. Шекті семинармалар отбасына ие кез келген жергілікті дөңес кеңістік семинармаланады. Сонымен қатар, егер кеңістік Хаусдорфтық болса (отбасы бөлек болса), онда кеңістік нормаланады, нормасы семинармалардың қосындысымен беріледі. Ашық жиынтықтар тұрғысынан алғанда, жергілікті дөңес топологиялық векторлық кеңістік семинармаланады, егер және тек қана егер нөлдің шектелген маңы болса.