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习题 4.26

设 为赋范空间, 为闭线性算子, 求证:

(1) 为 的闭线性子空间;

(2)若 为一一映射, 则 也为闭线性算子;

(3) 将 的紧集映射到 的闭集;

(4) 中紧集通过 的逆像为 的闭集.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明. 设 为赋范空间, 为闭线性算子, 即其图 是乘积空间 中的闭集. 乘积空间赋予范数 (或任何等价范数), 此时收敛等价于按分量收敛.


(1) 核 显然是 的线性子空间. 为证其闭, 取 且 于 . 由于 , 故 . 因为 闭, 必有 , 即 , 从而 . 故 是闭子空间.


(2) 若 是单射, 则逆算子 存在且为线性算子. 我们证明 也是闭算子. 考虑其图 设 且 于 . 则 , , . 由于 闭, 由 且 得 , 从而 , 即 . 因此 闭, 故 为闭线性算子.


(3) 设 为紧集. 欲证 为 中闭集. 取 且 于 . 则存在 使 . 因为 紧, 存在子列 和 满足 . 由 知 . 于是 闭蕴涵 , 即 . 故 闭.


(4) 设 为紧集. 欲证 为 中闭集. 取 且 于 . 则 . 由于 紧, 存在子列 和 使 . 又 , 从而 由 闭得 , 故 , 即 . 因此 闭.


以上完成了全部证明.