设 X 为可分赋范空间,求证:存在一列 {fn}∈X′,∥fn∥=1,使得 ∀x∈X,∥x∥=n≥1sup∣fn(x)∣。
X 为可分赋范空间,故其非零。∀f∈X′,f=0,有 ∣f(x)∣≤∥f∥∥x∥,即 ∥f∥∣f(x)∣≤∥x∥,故 ∥x∥≥f=0sup∥f∥∣f(x)∣。进一步取 ∥f∥=1,则 ∥x∥≥∥f∥=1sup∣f(x)∣。
又由 Hahn-Banach 定理,∃f∈X′,∥f∥=1,f(x)=∥x∥,即 ∥x∥≤∥f∥=1sup∣f(x)∣。
综上,∥x∥=∥f∥=1sup∣f(x)∣。