Кіріспе

Математикада ядролық кеңістіктер – бұл шекті өлшемді Евклид кеңістіктерінің жалпылама түрі болып табылатын және олардың көптеген қажетті қасиеттерін бөлісетін топологиялық векторлық кеңістіктер. Дегенмен, ядролық кеңістіктер Гильберт кеңістіктерінен едәуір өзгеше, олар да шекті өлшемді Евклид кеңістіктерінің жалпылама түрі болып саналады. Оларды Александр Гротендик енгізген. Ядролық кеңістіктердегі топология бірлік шарларының мөлшері тез азаятын семинарлар жиынтығы арқылы анықталады. Элементтері белгілі бір мағынада "тегіс" болатын векторлық кеңістіктер көбінесе ядролық кеңістіктер болады; ядролық кеңістіктердің классикалық мысалы – ықшам көптіктегі тегіс функциялар жиыны. Барлық шекті өлшемді векторлық кеңістіктер ядролық болып табылады. Ядролық болатын Банах кеңістіктері жоқ, тек шекті өлшемді кеңістіктер ғана. Көп жағдайда, егер "табиғи түрде кездесетін" топологиялық векторлық кеңістік Банах кеңістігі болмаса, онда ол ядролық кеңістік болуы мүмкін.

Геометриядан мотивациялар

Геометрия және тегіс көптүрліліктер теориясынан (2-қосымша) алынған тағы бір мотивациялық мысалдар бар. Егер сәл көптүрлілік пен жергілікті дөңес Хаусдорф топологиялық векторлық кеңістік берілген болса, онда ядролық кеңістіктердің келесі изоморфизмдері табылады.

Қажетті шарттар

Жергілікті дөңес Хаусдорф кеңістігі ядролық болады, егер және тек қана оның толықтырылуы ядролық болса. Ядролық кеңістіктің кез келген ішкі кеңістігі ядролық болады. Ядролық кеңістіктің кез келген Хаусдорф бөлігі ядролық болады. Ядролық кеңістіктердің санаулы тізбегінің индуктивтік лиміті ядролық болады. Ядролық кеңістіктердің санаулы тізбегінің жергілікті дөңес тікелей қосындысы ядролық болады. Ядролық Фреше кеңістігінің күшті дуалы ядролық болады. Жалпы жағдайда, ядролық кеңістіктің күшті дуалы ядролық болмауы мүмкін. Күшті дуалы ядролық Фреше кеңістігінің өзі ядролық болады. Ядролық кеңістіктер жиынының лиміті ядролық болады. Ядролық кеңістіктер жиынының көбейтіндісі ядролық болады. Ядролық кеңістіктің толықтырылуы ядролық болады (және шындығында, кеңістік ядролық болады, егер және тек қана оның толықтырылуы ядролық болса). Екі ядролық кеңістіктің тензорлық көбейтіндісі ядролық болады. Екі ядролық кеңістіктің проективтік тензорлық көбейтіндісі, сондай-ақ оның толықтырылуы ядролық болады. Егер және ядролық кеңістік болсын. Егер ядролық болса, онда қарапайым жинақталу топологиясымен жабдықталған үздіксіз сызықтық бейнелеулердің векторлық кеңістігі ядролық кеңістік болады. Егер күшті дуалы ядролық болатын жартылай рефлексивті кеңістік болса және ядролық болса, онда (шектелген ішкі жиындары бойынша біртекті жинақталу топологиясымен жабдықталған) үздіксіз сызықтық бейнелеулердің векторлық кеңістігі ядролық кеңістік болады.

Мысалдар

Егер кез келген кардиналдық жиын болса, онда және (көбейту топологиясымен) екеуі де ядролық кеңістіктер. Ядролық кеңістіктің салыстырмалы түрде қарапайым шексіз өлшемді мысалы – барлық жылдам азаятын тізбектердің кеңістігі ("Жылдам азаю" дегеніміз, кез келген полином үшін шектелгенді білдіреді). Әрбір нақты сан үшін норманы анықтау мүмкін. Егер осы норма бойынша толықтыру болса, онда кез келген уақытта -ден -ке табиғи бейнелеу болады және бұл ядролық, себебі ондағы қатарлар абсолютті түрде жинақталады. Атап айтқанда, әрбір норма үшін, бейнелеу ядролық болатындай, басқа норманы табуға болады. Осылайша, кеңістік ядролық. Кез келген тығыз көпқырлылықтағы тегіс функциялардың кеңістігі ядролық. Барлық реттегі туындылары жылдам азаятын тегіс функциялардың Шварц кеңістігі – ядролық кеңістік. Кешен жазықтықтағы толық голоморфтық функциялардың кеңістігі ядролық. -нің күшті дуалы болып табылатын үлестірулер кеңістігі ядролық.

Қасиеттері

Ядролық кеңістіктер көп жағынан шекті өлшемді кеңістіктерге ұқсас және олардың көптеген жақсы қасиеттеріне ие. Кез келген шекті өлшемді Хаусдорф кеңістігі ядролық болып табылады. Фреше кеңістігі ядролық болады, егер және ғана егер оның күшті дуалы ядролық болса. Ядролық кеңістіктің кез келген шектелген ішкі жиыны алдын ала жинақты (прекомпакт) болып табылады (естеріңізге сала кетейік, жиын алдын ала жинақты болып есептеледі, егер кеңістікті толықтырудағы оның жабылуы жинақты болса). Бұл Хайне-Борель теоремасына ұқсас. Керісінше, шексіз өлшемді нормаланған кеңістікте мұндай қасиет жоқ (бірақ шекті өлшемді кеңістіктерде бар). Егер ядролық кеңістік жартылай толық (квази-толық) болса, яғни оның барлық жабық және шектелген ішкі жиындары толық болса, онда ол Хайне-Борель қасиетіне ие болады. Ядролық квази-толық баррельді кеңістік – Монтель кеңістігі. Ядролық кеңістіктің дуалының кез келген жабық, тең үзіліссіз (эквиконтинуалық) ішкі жиыны күшті дуалды топология бойынша компактты метрикаланатын жиын болып табылады. Кез келген ядролық кеңістік – Гильберт кеңістіктерінің көбейтіндісінің ішкі кеңістігі. Кез келген ядролық кеңістік Гильберт нормаларынан тұратын семинарлардың негізін қабылдайды. Кез келген ядролық кеңістік – Шварц кеңістігі. Кез келген ядролық кеңістік жуықтау қасиетіне (аппроксимациялық қасиетке) ие. Ядролық кеңістіктің кез келген ішкі кеңістігі және оның жабық ішкі кеңістігі бойынша алынған фактор кеңістігі ядролық болып табылады. Егер ядролық болса және кез келген жергілікті дөңес топологиялық векторлық кеңістік болса, онда және проективті тензорлық көбейтіндісінен инъективті тензорлық көбейтіндісіне дейінгі табиғи бейнелеу (суреттеу) изоморфизм болып табылады. Бұл, шамамен айтқанда, тензорлық көбейтіндіні анықтаудың жалғыз дұрыс жолы бар дегенді білдіреді. Осы қасиет ядролық кеңістіктерді сипаттайды. Топологиялық векторлық кеңістіктердегі өлшемдер теориясындағы негізгі теорема мынаны күйейді: ядролық Фреше кеңістігінің дуалындағы кез келген үздіксіз цилиндрлік жиынтық өлшемі автоматты түрде Радон өлшеміне дейін кеңейтіледі. Бұл пайдалы, себебі топологиялық векторлық кеңістіктерде цилиндрлік жиынтық өлшемдерін құру оңай, бірақ олар Радон өлшемдері болмаса көптеген қолданулар үшін жеткіліксіз (мысалы, олар жалпы жағдайда тіпті саналатын қосынды да емес).

Қатты ядролық кеңістіктер

Күшті ядролық кеңістік – бұл жергілікті дөңес топологиялық векторлық кеңістік, онда кез келген семинарм үшін, одан үлкен семинарм табылады, сонда табиғи бейнелеу күшті ядролық болады.