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$\sigma(X^*,\,(X^*,wk^*)^*)$的含义是什么?相关拓扑定理释疑

关于$\sigma(X*,(X,wk*))$的含义拆解

咱们从基础定义开始,一步步把这个看起来复杂的拓扑符号弄明白:

先回顾弱拓扑的通用定义

对于一对对偶向量空间$Y$和$Z$,$\sigma(Y,Z)$表示**$Y$上由$Z$诱导的弱拓扑**(如果$Z$是$Y$的预对偶,也常叫弱*拓扑)。它是$Y$上能让所有$Z$中的线性泛函都连续的最弱拓扑

它的邻域基由这类集合构成:
$${y\in Y: |z_1(y)-z_1(y_0)|<\epsilon,\ |z_2(y)-z_2(y_0)|<\epsilon,\ ...,\ |z_n(y)-z_n(y_0)|<\epsilon}$$
其中$z_1,z_2,...,z_n\in Z$,$\epsilon>0$,$y_0$是$Y$中任意一点。

逐个拆解目标符号的组成部分

  1. $(X*,wk*)$是什么?
    这里的$wk*$就是你熟悉的$X$上的弱拓扑$\sigma(X*,X)$,所以$(X,wk*)$指的是**给对偶空间$X$装上弱*拓扑后得到的拓扑向量空间(TVS)**。

  2. $(X*,wk)^$又是什么?
    这是上面那个TVS的拓扑对偶空间——说白了,就是所有能在$(X*,wk)$上连续的线性泛函的集合。你提到的$\hat{x}\in(X*,wk)^$,其中$\hat{x}$是$X$到第二对偶的典型嵌入(也就是$\hat{x}(f)=f(x)$,对所有$f\in X*$都成立),这说明$X$的嵌入像$\hat{X}$是$(X,wk*)*$的一个子集。

  3. $\sigma(X*,(X,wk*))$的最终含义
    结合前面的定义,这个符号就是对偶空间$X*$上,由它自己在弱*拓扑下的拓扑对偶空间$(X,wk*)$所诱导的弱拓扑。换个直白点的说法:它是$X*$上能让所有$(X,wk*)$里的线性泛函都连续的最弱拓扑。

结合你给出的包含关系加深理解

  • 因为$\hat{X}\subseteq(X*,wk)*$,所以$\sigma(X,X)$($X*$上的弱*拓扑)是$\sigma(X,(X*,wk)*)$的子拓扑(也就是$\sigma(X,X)\subseteq\sigma(X*,(X,wk*))$)——这里的逻辑是:诱导拓扑的泛函集合越大,需要满足的连续条件就越多,拓扑也就越强。$\hat{X}$是$(X*,wk)^$的子集,所以后者诱导的拓扑比弱拓扑更强。
  • 当$X$是赋范空间时,$(X*,wk)^\subseteq X{**}$($X{}$是$X$的第二Banach对偶,也就是$X*$在范数拓扑下的对偶空间),所以对应的诱导拓扑更弱,也就有了你给出的$\sigma(X,(X*,wk)*)\subseteq\sigma(X*,X^{})$。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Answer Lee

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