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习题 2.23

上的线性泛函 称为正泛函, 如果任取 满足任取 , , 都有 . 求证: 为正线性泛函当且仅当 为连续线性泛函且 , 此处 表示 上恒为 1 的连续函数.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明:设 为区间 上的实值连续函数空间,赋予上确界范数 为线性泛函。


为正线性泛函。

由于常数函数 满足 ,故

对任意 ,记 。则对每个 ,从而 由正性得 因此 有界(连续),且 。另一方面,由范数定义, ,所以


连续且

,则 ,显然为正泛函。下设 ,从而

用反证法。假设存在 满足 ,但 。由于 不恒为零,故 。取 ,构造 因为 ,所以 ,从而

计算 由于 ,于是 。但由范数定义,对任意 应有 ,特别地 ,矛盾。

因此假设不成立,故对一切非负连续函数 都有 ,即 为正线性泛函。


综上, 为正线性泛函当且仅当 连续且