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习题 2.27

设 为赋范空间, . 求证: 当且仅当存在非零常数 , 使得 .

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明
设 为赋范空间, 是连续线性泛函。


充分性
若存在非零常数 使得 ,则对任意 有 。因此 故 。


必要性
假设 。分情况讨论。

  1. 的情形
    此时 ,由条件 ,从而 对所有 成立,即 。取任意非零 ,有 。

  2. 的情形
    类似可得 ,取非零 即得 。

  3. 且 的情形
    由于 ,存在 使得 。令 对任意 ,构造 则 即 。由 得 ,故 。于是 因此 。若 ,则 ,与 矛盾,故 。

综合上述情形,总有非零常数 使 。∎