국소 볼록 공간

함수해석학에서, 국소 볼록 공간(局所볼록空間, 영어: locally convex space)은 그 위상이 일련의 반노름들에 대한 시작 위상으로 유도되는 위상 벡터 공간이다.[1]:§5, 38–49 함수해석학에서 다루는 가장 일반적인 공간 가운데 하나이다.

정의편집

 라고 하자.  -국소 볼록 공간은 특별한 종류의  -위상 벡터 공간이며, 두 가지로 정의할 수 있으며, 두 정의는 서로 동치이다.

볼록 집합을 통한 정의편집

 -위상 벡터 공간  가 주어졌다고 하자. 만약 임의의  근방  에 대하여, 다음 조건들을 모두 만족시키는 집합  가 존재한다면,   -국소 볼록 공간이라고 한다.

  • 0의 근방이다.
  •  
  • (볼록성)  
  • (균형성)  
  • (흡수성)  

반노름을 통한 정의편집

 -국소 볼록 공간  는 다음 성질들을 만족시키는  -위상 벡터 공간이다.

  •  위상은 일련의 반노름 로 유도된다. 즉, 다음과 같은 기저를 갖는다.
     
     

국소 볼록 공간을 정의하는 데이터는 벡터 공간 구조 및 위상 공간 구조만을 포함하고, 반노름들을 포함하지 않는다. 일반적으로, 같은 국소 볼록 위상이 서로 다른 반노름들의 집합으로 유도될 수 있다.

임의의 반노름 집합  가 주어졌을 때, 다음과 같은 원순서를 정의할 수 있다.

 

임의의 반노름 집합  에 대하여,

 

는 원래 반노름 집합과 같은 위상을 정의하며, 또한 상향 원순서 집합을 이룬다. 즉, 국소 볼록 공간을 정의하는 반노름 집합이 항상 상향 원순서 집합이라고 가정할 수 있다.

성질편집

분리 공리편집

반노름 집합  로 정의되는 국소 볼록 공간  에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 하우스도르프 공간이다.
  •  . 즉, 모든 반노름으로 재었을 때 0인 벡터는 영벡터이다.

연속성과 유계성편집

두 국소 볼록 공간  ,  이 각각 반노름 상향 원순서 집합  ,  로 정의된다고 하자. 임의의 선형 변환   에 대하여,    위의 반노름이다.

그렇다면, 임의의 선형 변환  에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치이다.

  • 연속 함수이다.
  • (유계성) 임의의  에 대하여,   가 존재한다. 즉, 다음이 성립해야 한다.
     

이는 노름 공간에서 연속성유계성으로 나타내어지는 것의 일반화이다.

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흔히 볼 수 있는 대부분의 위상 벡터 공간들은 국소 볼록 공간이다. 프레셰 공간완비 거리화 가능 국소 볼록 공간이다. 바나흐 공간힐베르트 공간프레셰 공간의 특수한 경우이므로 역시 국소 볼록 공간이다.

임의의 벡터 공간   및 임의의 실수 선형 변환들의 집합  에 대한 시작 위상은 국소 볼록 공간이다. 이 경우 반노름들은  가 된다.

국소 볼록 공간이 아닌 위상 벡터 공간의 예편집

구간   위의 르베그 공간   에 대하여 국소 볼록 공간이 아니다. (원점의 유일한 볼록 근방은 공간 전체이다.) 마찬가지로, 수열 공간   역시  에 대하여 국소 볼록 공간이 아니다.

역사편집

존 폰 노이만이 1934년에 "볼록 선형 집합"(영어: convex linear set)이라는 이름으로 도입하였다.[2]:4, Definition 2b

참고 문헌편집

  1. 조총만 (2000). 《바나하공간론》. 대우학술총서 485. 아카넷. ISBN 978-89-8910318-9. 2016년 8월 5일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2017년 1월 1일에 확인함. 
  2. von Neumann, John (1935년 1월). “On complete topological spaces”. 《Transactions of the American Mathematical Society》 (영어) 37 (1): 1–20. doi:10.1090/S0002-9947-1935-1501776-7. ISSN 0002-9947. JSTOR 1989693. MR 1501776. 

외부 링크편집