关于赋范线性空间乘积上能否定义诱导乘积拓扑的范数的技术问询
大家好,我最近在研究赋范线性空间的乘积拓扑相关问题,有个疑问想请教各位:
首先先回顾一下基础结论:线性空间中的范数可以通过度量
$$d(x,y)=|x-y|$$
诱导出对应的拓扑。
现在考虑一族赋范线性空间的笛卡尔乘积 $\Pi_{j\in J} V_j$,它的乘积拓扑是按一般拓扑空间乘积的标准方式定义的:由所有形如 $\Pi_{j\in J} A_j$ 的集合构成拓扑基,其中每个 $A_j$ 是 $V_j$ 中的开集,且除了有限个 $j$ 之外,$A_j=V_j$。
我的核心问题是:是否存在一个范数,它诱导出的拓扑恰好就是这个乘积拓扑?
我是受到直积(我自己记为 $\Pi^{'}{j\in J}V_j$)的定义启发才想到这个问题的。直积上定义了如下的范数:
$$|x|\infty = \sup_{j\in J} |P_j(x)|$$
这里的 $P_j$ 是到第 $j$ 个分量的投影算子。
按照这个定义,直积其实是笛卡尔乘积的真子集——举个例子,在可数个 $\mathbb{R}$ 的乘积中,序列 $(1,2,3,\dots)$ 就不属于直积。
另外我还注意到一个现象:$|\cdot|\infty$ 诱导的拓扑,并没有让直积继承笛卡尔乘积乘积拓扑的子空间拓扑。我可以通过一个例子来验证这个结论:
考虑直积中的单位球集合:
$${x\in \Pi^{'}{j\in J}V_j \mid |x|\infty <1}$$
如果直积带有从笛卡尔乘积继承来的子空间拓扑,那么应该存在笛卡尔乘积拓扑基中的某个集合 $B$,使得 $B\cap \Pi^{'}{j\in J}V_j$ 完全包含在这个单位球里。
但拓扑基中的集合必然存在某个“无约束”的分量,也就是存在某个下标 $i$,使得对应的 $A_i=V_i$。那我们构造一个向量:第 $i$ 分量取一个模长很大的元素,其他分量全为0,这个向量显然属于 $B\cap \Pi^{'}{j\in J}V_j$,但它的 $|\cdot|\infty$ 范数肯定大于1,并不在单位球里——这就产生了矛盾,说明两种拓扑并不一致。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者liyiontheway

