习题 4.12
设 为赋范空间 的非空子集, 求证: 在 中为完全集当且仅当在 上恒为 0 的 在 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():
若 ,取 满足 。由于 为线性泛函, 推出 。
又 连续,而 在 中稠密,故对任意 存在 使 ,从而
因此 。
充分性():
假设对任意 ,若 则 。
用反证法:若 不稠密,即 ,则存在 。
由于 是 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。