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习题 4.10

设 为赋范空间, 为 的线性子空间, 令 . 若 为 的闭线性子空间, 且 . 求证: .

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明: 设 为赋范空间, 为 的线性子空间,记 若 ,定义其预零化子为 容易验证 恒成立。

以下引理是 Hahn–Banach 定理的直接推论:

引理 若 是 的闭线性子空间,则 。

引理的证明:只需证 。取 ,因 闭,故 。由 Hahn–Banach 定理(保范延拓),存在 满足 ,,且 。于是 而 ,从而 。因此 。

现在设 为 的闭线性子空间,且 。若假设 ,则 由引理知 ,,故 ,与已知矛盾。所以 。 ∎