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习题 4.12

为赋范空间 的非空子集, 求证: 中为完全集当且仅当在 上恒为 0 的 上也恒为 0.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明:设 非空,记 为其生成的线性子空间。
称为完全的,即


必要性):
,取 满足 。由于 为线性泛函, 推出
连续,而 中稠密,故对任意 存在 使 ,从而

因此


充分性):
假设对任意 ,若
用反证法:若 不稠密,即 ,则存在
由于 的闭线性子空间,且 ,故
考虑子空间 为实数域或复数域),并在 上定义线性泛函

对任意

从而 ,故 有界。
由 Hahn-Banach 定理, 可延拓为 ,且
特别地,。按假设应有 ,但 ,矛盾。
因此 ,即 为完全集。


综上,结论成立。