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Orlicz空间的u性质

2021-09-19 来源:步旅网
数学物理学报 http://actams.wipm.ac.cn Orlicz空间的 性质 刘春燕 石忠锐 (上海大学数学系 上海200436] 摘要:该文得到对于赋Orlicz范数(或Luxemburg范数)的Orlicz空间 M(或 (M)),它的 任意有限维子空间具有 性质的充分必要条件是该子空间的每一非零点是 M(或 fM))的 光滑点. 关键词:Orlicz空间; 性质;Orlicz范数;Luxemburg范数;光滑点. MR(2000)主题分类:46B20;46E30 中图分类号:0177.3 文献标识码:A 文章编号:1003—3998(201 1)02—328—07 1 引言 Hahn Banach定理指出,赋范空间 的子空问M上的每个线性泛函至少存在一个M 到 上的保范延拓.若赋范空间 的子空间M上的每个线性泛函有唯一的保范延拓, 我们称该子空间M具有 性质.若对于 中的每一个向量 都存在唯一的Y∈M使得 忙一 ll=dist(x,M)(=inf{ ~ ll=Z∈M)),称该子空间M具有Haar性质.A.E.Taylor[ J 和s.R.Foguel[0]证明了Banach空间x的每个子空间都有u性质的充要条件是它的对偶空 间 是严格凸的.该结论的充分性由Taylor证明,而必要性是Foguel给出的.R.R.Phelps[3_ 发现了 性质和最佳逼近的唯一性之间的关系,即Banach空间 的子空间M具有 性 质当且仅当它的零化子M上=x ∈X :X (X)=0,Vx∈M,具有Haar性质.因而对最佳 逼近的研究可以转化为对子空间 性质的研究.关于最佳逼近方面的研究国内外已有相当 丰富的结果,如王建华及王玉文等分别给出了非自反和自反的Banach空间中的度量投影的 表达式,详情可见文献[4-5].因为L (1<P<。。)空间是自反且严格凸的,所以它的每个 子空间都具有己厂性质. 性质还被广泛应用于有无穷多个未知量的线性方程组的求解研究 [3】_R.R.Phelps[3]给出了L1空间的有限维子空间具有 性质的充要条件.众所周知Orlicz 空间是比 空间更为广泛的一类Banach空间,在此类空间上还未见有人讨论过 性质. 本文主要给出了Orlicz空间的有限维子空间具有 性质的充分必要条件. 2预备知识 设 是一Banach空间,记 为 的对偶空间,s(x)为 的单位球面.对于X∈ , 记A(x)={ ∈s(x ): (X)=IIxll}.凸集c的维数(dimC)定义为(C一 )(Vz∈C)的线 收稿日期:2008—12—14;修订日期:2009—10—27 E—mail:zshi@shu.edu.cn;chyliu@shu.edu.cn 基金项目:国家自然科学基金(10971129)资助 N0.2 刘春燕等:Orlicz空间的 性质 329 性张的维数[3】. 对实数集R,函数M:R一[0,+∞)称为Orlicz函数是指M是凸的偶函数且满足 Mf0):0,lim :0,1im :。。. M的左右导数分别记为p一( )和p(札).N(v)=sup{-Ivl_M( ))称为 的余函数.容易验 证,如果M是Orlicz函数,那么其余函数Ⅳ也是Orlicz函数[6】. 设(G,∑, )为有限完备无原子测度空间.对于G上的可测函数 (t),称P ('tt)= fG M(u(t))dt为,“( )关于M的模.线性空间LM(G)={钆( ): >0,P (Au)<∞)分 别赋于Luxemburg范数 l I<M)=in { >0:p (姜) 1} 和Orlicz范数 lM=sup dt:ifN㈤ )=蕊 [I+pM )]) 成为Banach空间[7-9】,称为Orlicz空间,分别记为 LM=[LM(G), lM]和 (M)=[LM(G), lfM1]. EM(G)={ (£):VA>0,P (,ku)<∞)为LM(G)的闭子空间. 满足咖(EM(G))={0)的线性泛函 称为奇异泛函,记作 ∈F.已知(厶M(G)) = LN(G)0 F[7】.设仳E LM(G),记 ) { 0.PM( )<∞}, 则f( )=dist(u,EM)=dist(u,蜀M))[ 一引. 为方便起见,首先列出在本文中需要的一些引理. 引理2.1(Phelps[。】)设y为 的礼维子空间,如果存在 ∈s(x)n y使得dimA(u) n,那么y没有 性质. 引理2.2设 ∈LM(a),如果∈(札)≠0,那么对任意的自然数n,存在n个线性无关的 奇异泛函 E { ll=l,使得也( )= ( )( =1,2,…,他). 证对任意的m∈N,定义G(m)={ ∈G:m一1 J札( )l<m),将a(m)分解为可测 集G (m)( 一1,2,…,礼),使得 Gt(m)= G(m)( =1,2,・一,礼). 记Gi=U Gi(m),i=1,2,…,n,则 G=U Gi,Gi n GJ= , ,J=1,2,-一,n,i≠J i=1 令Ui=uxc ,则∈(札。)= (扎)( =1,2,…,礼).事实上,令∈= (“),则对任意£E(0,1),存在 正整数m0,使得 m ∈譬一 (m>m。) >330 由∈的定义得到 pM数学物理学报 V01.31A ( ) = M。 M。 ( ) ( ) M。 。 ( )出 ( )出 M从而 ( t)=∈(乱)(i=1,2,…,礼).因此,对每个 ( =1,2,…,几),由Hahn-Banach定理,存 在奇异泛函 使得lI ̄iil=l,且 ( {)=dist(ui,EM(a))= (ui)(i=l,2,-一,n) 对任意整数i(1 i n),由文献[7,引理1.49,定理1.54],有 n 1=II ̄ill=∑ G,l lj:1 且 ∈(钆t)= ( )= ̄i(uXc )= ilG (u) l lilG,II∈(u) ∈(“ ) 所以 f }fG ll:l, lG =0,J≠i,J=1,2,…,n. 因此, (“,)= ̄i(ui)=f( )(i=1,2,…,n)且{ } 线性无关. 3 主要结果及证明 定理3.1假定 是 M的n维子空间,若对于 ≠“∈X有 (1)P 一(kl-I))<l且 (2) ( 钆)<1蕴涵P (p(klu1))>1, 那么X没有 性质.其中 满足l1.“lIM= 1 [1+P (后,“)] _证设 ≠U∈ ,ll"l = [l1+P ( ")]. 如果∈( )=1,由引理2.2,存在71,+1个奇异泛函 ,l _l=1,使得 (ku)=∈( u)=1 (i=1,2,…,n+1)且{ ) 线性无关. 定义^=p一( lu1)sgn,“+(1一 ) ( =1,2,…,n+1),其中OL=P (p-( lu1)).那么{ ) 线性无关.根据文献[7,定理1.51,定理1.77],^∈ (札)(i=1,2,…,n+1)且dimA(u) n. 由引理2.1, 没有 性质. 如果 ( 札)<1,那么1<P (p(kl ̄1))<o。.因此集合c(u)={t E G:p一( lu(£)1)< p(klu(t)1)}的测度大于零. 令 ~P (p(klu1))一1 P (p(klu1))一P (P一(klu1)) 及 vo(t)= 一( l ( )1)+(1一c ̄)p(klu(t)1),t E G. No.2 刘春燕等:Orlicz空间的 性质 331 由于函数Ⅳ在 一( l (t)1),p(kl ̄(t)1)](t∈G(钆))上是线性的,所以 P (VO)=/  N(p(klu(t)1))dt+/ N(c ̄p一( I乱( )1)+(1一 )p( I ( )1))d JG\G(“)JG( =/,G\ G(N(p(klu(t)f))出+OZ/ N(p一( f钆( )f))出+(1一O1)/ N(p(k[u(t)1))dt “) G(u) t,Gfu)  =(P一( lu{))+(1一 )p (p(klu1))=1. P一(klu(t)1)<vo(t)<p(klu(t)1),t∈G(u), 注意到 因此,存在E>0和可测集Go c G(乱), G0>0,使得 N(p一(后lu( )1))+£<N(vo(t))<Ⅳ(p( l ( )f))一E,t∈G0. 将Go分解为可测集G1,G2,…,G时1,使得 =而1 G0( =1,2,…,n+1).令 N-I(N(vo(t))-e), t∈Gj. ( )= t∈Gj+1, JG ,G .t∈G\(Gj u Gj+I), l 2 J=l,2,’一,他.贝0 p-(klu(t)1) ( ) p( f“( )1),且P (vj)=P (VO):l,J=1,2,…,n.由 d 文献[7,定理1.so],Vjsgnu∈ (“),J:0,l,…,n.为了证明 没有 性质,由引理2.1,只 须验证{vjsgnu} ̄_。是线性无关集. ,,\\ ,O /, 、JO  d £ 假定 kovosgnu+klvlsngu+・-・+knVnsgnu=0. 定义wj(t)=)(G,(t)sgnu(t),J=1,・一,n+1.则wj∈LN,J=1,…,n+1,且 <、E i = 0 kiv ̄sgnu,wj>=。,  即 vo(t)dt 。N (Ⅳ( ( ))一e)dt-・ 3 vo(t)dt 。N (Ⅳ( ( ))+e)dt・・ …vo(t)dt …vo(t)dt ・・ N (Ⅳ("o(£))一e)dt 令 + ,N (Ⅳ( ( ))+e)dt lG1vo(t)dt j— lG vo(t)dt 则0<E <1<哼,J=l,2,…,佗+1.(3.1)式化简为 =0. (3.2) 332 因为 1£ 1…1 1 1 1 数学物= 理学报 l IV_01.31A Ⅱ锄 +£ 0 一 l 1 E 一 l 0 【n +£ 0 ... 0 0 1 E E …1£ 一 1 E 一 1...  ●● ●● ●●一 — E ・・+ ● 1 ..£ £ I 1£ 。”。卜 01 I (1 1 0 0 0 一 一1 £ 0 ... 0 n+1)X(n+1) 1£ —l 0 …0 (n+1)×(n+1) 州Ⅱ瑚 十0 E l£ 一1£i一1…0 一 1 + 1 1 0 0 0 O --・ ... 一 + 0 一Ⅱ L 一 一0 叶 0.这表明{ sgnu} ̄_0是线性无关集.1 所以,方程组(3.2)只有零解:ko=尼1一一 一 定理3.2假设 是 M的n维子空间, 那么下列X的三个性质是等价的 > £ (1) 具有 性质; 0  一=0 0 . 一 十十 +l . 一 +(2)对每个 ≠rE X, o 0 一 “叶  一(a)P 一(klti1))=1或 (b)∈( 钆)<1且P (p(klti1))=1,其中IltillM=i1[1+P ( 札)】; (3)对每个 ≠u E X,it是 M的光滑点. 证(1)—}(2)由定理3.1可得. (2) (3)由文献[7,定理2.51]可得. (3) (1)对任意 ≠f∈X ,不失一般性,我们假定lIf]l x=1.令l厂1和,2是,到 LM上的保范延拓,因为 是有限维子空间,所以存在仳E X, IM:1,使得(.厂,U)=1. 从而(fl,札)=(f2,札)=1,即 ∈ (,“),i=1,2.由于it是 M的光滑点,所以fl=f2. I 对于Luxemburg范数,则有相应的结果. 定理3.3假定 是 fM、的礼维子空间.那么 的下列三个性质是等价的 (1) 具有 性质; (2)对每个 ≠“E ,f( 耘)<1且集合G( )={t∈G:p一( )<p( )) 是零测度集; (3)对每个 ≠it∈X,it是LfM1的光滑点. 证(1) (2)假设 ≠ ∈X. 如果 ( ) 1,由引理2.2,存在线性无关集{ ) c l ll=1,使得 (“,) ll lIfM、,i=1,2,…,n+1.即 E ( ),i=1,2,…,几+1.因此 没有 性质. 如果 = t E G:p_( )<p( ) NO.2 刘春燕等:Orlicz空间的 性质 及 333 的测度大于零,将G( )分解为互不相交的可测集G ,G2,…,Gn+1,使得 (G3)>0,J=1,2,‘一,n+1 = , ( .÷. . £- )( ≥ ]=。, c3.3 其中 >1,J=1,2,…,礼+1 当m=1时,行列式lE1{=E >0.由归纳法,我们假定 E1 1 ・ .. 1 1 1 1 1 £2・ .●●● ●_● _ . >0 ・・1 1 ・ £ 一1 1 1 1 . ・・ 1 En 那么 E1 l ・-・ 1 1£2…1 1 l 1 0 , (3.4) 1 1…£ 1 1一C1 1一C1 0 0 00・-・0 (礼+1)×(礼+1) 1 1 ・・・ 1 £n+1 ・・・£n+1—1 334 数学物理学报 … VlO1.31A (3.4)式的右边按最后一行展开等于 £1 1 ・-・ 1 2 ・・・ 1 1 1 1 1 1 ・-・ ̄n--1 1 l 1・・・ 1 £ 因此kl= 2=…=kn+1=0. (2) (3)由文献[7,定理2.49]可得 (3) (1)证明类似于定理3.2. 参考文献 Taylor A E.The extension of linear functionals.Duke Math J,1939,5(3):538-547 Foguel S R.0n a theorem by A E Taylor.Proc Amer M h Soc,1958,9(2):325 Phelps R R.Uniqueness of Hahn—Banach extension and unique best approximation.Tran Amer Math Soc, 1960,95(2):238 255 + 王建华.非自反Banach空间中的度量投影.数学物理学报,2006,26A(6):840—846 Ⅱ 王玉文,于金凤.空间中一类度量投影的判据及表达式.数学物理学报,2001,21A(1):29 35 Krasnosiel’skii M A,Rutickii Ya B.Convex Functions and 0rlicz Spaces.Groningen:Noordhoff Ltd,1961 Chen S.Geometry of Orlicz Spaces.Warszawa:Polish Scientiic Publifsher,1996 吴丛圻,王廷辅.0rlicz空间及应用.哈尔滨:黑龙江科技出版社,1983 吴丛圻,王廷辅,陈述涛,等. Orlicz空间几何理论.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1986 Property U of Orlicz Space Liu Chunyan Shi Zhongrui (Department of Mathematics,Shanghai University,Shanghai 200436) Abstract:In this paper,a result that a finite dimensional subspace of Orlicz space with Orlicz norm[or Luxemburg norm】has property U if and only if each element of the subspace is a smooth point is obtained. norm;Luxemburg norm;Smooth point Key words:Orlicz space;Property :Orlicz 46E30 MR(2000)Subject Classiifcation:46B20; 

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