Asupra unicității prelungirii p-seminormelor continue
Abstract
Authors
Costica Mustata
“Tiberiu Popoviciu” Institute of Numerical Analysis, Romanian Academy, Romania
Keywords
Paper coordinates
C. Mustăţa, On the uniqueness of the extension of continuous p-seminorms, Rev. Anal. Numer. Teoria Approximatiei 2 (1973) no. 2, 173-177 (MR 53 # 8759) (in Romanian).
ASUPRA UNICITATTII PRELUNGIRII pp-SEMINORMELOR CONTINUE
de COSTICA MUSTATA(Cluj)
Fie XX un spaţiu liniar real și p in(0,1]p \in(0,1]. O funcţională ||||||:X rarr R\|\|\|: X \rightarrow R se numeşte o pp-normă pe XX dacă ea verifică axiomele:
{:[{:p_(1))quad|||x||| >= 0","||x||=0<=>x=0",",x in X],[{:p_(2))quad|||x+y||^(p) <= |||x|||^(p)+|||y∣||^(p)",",x","y in X],[{:p_(3))quad||lambda x|||=|lambda|*||x|||",",x in X","lambda in R]:}\begin{array}{ll}
\left.p_{1}\right) \quad\||x|\| \geqq 0,\|x\|=0 \Leftrightarrow x=0, & x \in X \\
\left.p_{2}\right) \quad\left\|\left|x+y\left\|^{p} \leqq\right\|\right| x\left|\left\|^{p}+\right\|\right| y \mid\right\|^{p}, & x, y \in X \\
\left.p_{3}\right) \quad\|\lambda x|\|=|\lambda| \cdot\| x|\|, & x \in X, \lambda \in R
\end{array}
Spatiul liniar real XX, înzestrat cu pp-norma ||| ||| îl numim spaţiu pp-normat şi îl notăm ( X,|||||∣||X,\||\|\mid\| ).
In lucrarea [4], w. RUESS defineşte conul convex al pp-seminormelor continue definite pe spaţiul pp-normat (X,||||||)(X,\| \| \|) :
{:[(1)C_(X)^(p)tau={h∣h:X rarrR^(+),^(**))quad AA x","y in X","quad AA lambda in R","quad h(x+y) <= ],[{:h(x)+h(y)quad" şi "h(lambda x)=|lambda|^(p)h(x)}]:}\begin{gather*}
C_{X}^{p} \tau=\left\{h \mid h: X \rightarrow R^{+},{ }^{*}\right) \quad \forall x, y \in X, \quad \forall \lambda \in R, \quad h(x+y) \leqq \tag{1}\\
\left.h(x)+h(y) \quad \text { şi } h(\lambda x)=|\lambda|^{p} h(x)\right\}
\end{gather*}
Vom nota cu X^(#)X^{\#} spatiul liniar real al functionalelor lipschitziene definite pe spatiul pp-normat ( X,||||||X,||||| | ) (vezi [2]):
(3) AA f inX^(#),EE M >= 0,AA x,y in X,|f(x)-f(y)| <= M*|||x-y|||\forall f \in X^{\#}, \exists M \geqq 0, \forall x, y \in X,|f(x)-f(y)| \leqq M \cdot|\|x-y\||
Cu Phi\Phi vom nota funcţionala nulă pe ( X,||||||X,||||| | ). C_(X)^(p_(tau))C_{X}^{p_{\tau}} este un con convex din spaţiul liniar X^(#)X^{\#}. Intr-adevăr dacă h inC_(gamma_(tau)^(p))^(p_(tau))h \in C_{\gamma_{\tau}^{p}}^{p_{\tau}} atunci pentru orice x_(1),x_(2)in Xx_{1}, x_{2} \in X avem |h(x_(1))-h(x_(2))| <= h(x_(1)-x_(2))\left|h\left(x_{1}\right)-h\left(x_{2}\right)\right| \leqq h\left(x_{1}-x_{2}\right) de unde, pentru x_(1)!=x_(2)x_{1} \neq x_{2}
{:(4)(|h(x_(1))-h(x_(2))|)/(||x_(1)-x_(2)||∣) <= (h(x_(1)-x_(2)))/(||∣x_(1)-x_(2)||||) <= s u p_({:[x!=y],[x","y in X]:})(h(x-y))/(||x-y||||):}\begin{equation*}
\frac{\left|h\left(x_{1}\right)-h\left(x_{2}\right)\right|}{\left\|x_{1}-x_{2}\right\| \mid} \leqq \frac{h\left(x_{1}-x_{2}\right)}{\left\|\mid x_{1}-x_{2}\right\| \|} \leqq \sup _{\substack{x \neq y \\ x, y \in X}} \frac{h(x-y)}{\|x-y\| \|} \tag{4}
\end{equation*}
Pe de altă parte h inC_(X)^(p)h \in C_{X}^{p} dacă şi numai dacă s u p_(x in X-{theta})(h(x))/(||x||) < oo\sup _{x \in X-\{\theta\}} \frac{h(x)}{\|x\|}<\infty (vezi [4] pag. 16, Obs. 2.6) și avînd în vedere (4) rezultă că h inX^(#)h \in X^{\#}.
Evident X_(tau)^(p)X_{\tau}^{p} este un subspaţiu liniar al lui X^(#)X^{\#}.
Pe| X_(tau)^(p)X_{\tau}^{p} se definesc următoarele norme (vezi Definitia 2.7 şi Lema 2.8 din [4]) :
AA f inX_(tau)^(p),quad||f||_(X)=q_((B_(1)(0,1)nn nnint_(X)^(p)tau-B_(1)(0,1)nnc_(X)^(p)tau))(f)\forall f \in X_{\tau}^{p}, \quad\|f\|_{X}=q_{\left(B_{1}(0,1) \cap \cap \int_{X}^{p} \tau-B_{1}(0,1) \cap c_{X}^{p} \tau\right)}(f)
unde qq este funcţionala lui Minkowski ataşată mulțimii B_(1)(0,1)nnC_(X)^(p)tauB_{1}(0,1) \cap C_{X}^{p} \tau --B_(1)(0,1)nnC_(X)^(p_(tau))-B_{1}(0,1) \cap C_{X}^{p_{\tau}} iar B_(1)(0,1)={f inX_(tau)^(p),||f||_(X)^(1) <= 1}B_{1}(0,1)=\left\{f \in X_{\tau}^{p},\|f\|_{X}^{1} \leqq 1\right\}.
Conform Lemei 2.8 din [4], ( X_(tau)^(p),||||_(X)X_{\tau}^{p},\| \|_{X} ) este un spațiu Banach şi pentru orice f inX_(tau)^(p),||f||_(X)^(1) <= ||f||_(X)f \in X_{\tau}^{p},\|f\|_{X}^{1} \leqq\|f\|_{X}. Dacă hh este chiar din C_(X)^(p)tauC_{X}^{p} \tau atunci ||h||_(X)=||h||_(X)^(1)\|h\|_{X}=\|h\|_{X}^{1}.
‥ Fie YY un subspatiu liniar al lui (X,||||||):}\left(X,\left|\left|\left||| |)\right.\right.\right.\right.. Pentru h inC_(X)^(p_(tau))h \in C_{X}^{p_{\tau}} vom nota cu h|_(Y)\left.h\right|_{Y} restrictia lui hh pe subspatiul YY.
teorema 1. (Teorema 2.9 din [4]). Fie YY un subspatiu liniar al lui ( XX, III III) si h inC_(X)^(p_(tau))h \in C_{X}^{p_{\tau}}. Atunci functionala
(7)
H:X rarrR^(+)H: X \rightarrow R^{+}
AA x in X quad H(x)=i n f_(y in Y){h|_(Y)(y)+||h|_(Y)||_(Y)*||∣x-y||||}\forall x \in X \quad H(x)=\inf _{y \in Y}\left\{\left.h\right|_{Y}(y)+\left\|\left.h\right|_{Y}\right\|_{Y} \cdot\|\mid x-y\| \|\right\}
Functionala HH din teorema 1 se numeşte o prelungire a restrictiei lui h inC_(X)^(p_(tau))h \in C_{X}^{p_{\tau}} pe YY, de pe YY pe XX cu păstrarea normei de pe YY.
2. În general, prelungirea HH, cu proprietățile (8) nu este unică. În cele ce urmează vom găsi o condiţie necesată şi suficientă pentru unicitatea unei astfel de prelungiri. Pentru alte tipuri de functionale, condiţii pentru unicitatea prelungirii se pot găsi în lucrările [1], [2], [3].
Definifia 1. Fie ( X,||||X,\| \| ) un spatiu liniar normat, VV o submultime a sa nevidă şi YY un subspațiu liniar al lui XX. Vom zice că subspatiul YY este VV-cebîsevian dacă dîndu-se v in Vv \in V există un singur element y_(0)in Yy_{0} \in Y astfel ca
(9)
||v-y_(0)||=i n f_(y in Y)||v-y||=d(v,Y).\left\|v-y_{0}\right\|=\inf _{y \in Y}\|v-y\|=d(v, Y) .
Fie YY un subspatiu liniar al lui ( X,||||||X,\| \| \| ). Vom nota
{:(10)Y_(X_(tau)^(p))^(_|_)={f inX_(tau)^(p),f(y)=0" pentru toti "y in Y}.:}\begin{equation*}
Y_{X_{\tau}^{p}}^{\perp}=\left\{f \in X_{\tau}^{p}, f(y)=0 \text { pentru toti } y \in Y\right\} . \tag{10}
\end{equation*}
Evident Y_(X_(tau)^(p))^(_|_)Y_{X_{\tau}^{p}}^{\perp} este un subspatiu al lui X_(tau)^(p)X_{\tau}^{p}.
Lema 1. Fie YY un subspatiu liniar al lui (X,||||||)(X,\| \| \|) şi h inC_(X)^(p)tauh \in C_{X}^{p} \tau. Atunci are loc următoavea egalitate:
(11)
Demonstratie. Conform teoremer 1 , dacă h inC_(X)^(p)h \in C_{X}^{p}, pentru h|_(Y)\left.h\right|_{Y} există H inC_(X)^(p)tauH \in C_{X}^{p} \tau cu proprietățile (8). Conform Lemei 2.8 (d) din [4] avem:
{:[||h|_(Y)||_(Y)=||h|_(Y)||_(Y)^(1)=s u p_({:[||y||||_(1) < 1],[y in Y]:})h(y)=s u p_({:[||y_(1)||||_(1) < 1],[y in Y]:})|h(y)|=],[=s u p|(h-g)(y)| <= s u p|(h-g)(x)|=]:}\begin{aligned}
& \left\|\left.h\right|_{Y}\right\|_{Y}=\left\|\left.h\right|_{Y}\right\|_{Y}^{1}=\sup _{\substack{\|y\| \|_{1}<1 \\
y \in Y}} h(y)=\sup _{\substack{\left\|y_{1}\right\| \|_{1}<1 \\
y \in Y}}|h(y)|= \\
& =\sup |(h-g)(y)| \leqq \sup |(h-g)(x)|=
\end{aligned}
teorema 2. Fie YY un subspatiu liniar al lui ( X,||||X,\| \| |||) şi h inC_(X)^(p)h \in C_{X}^{p}. Următoavele două afirmații sînt echivalente:
a) Oricare ar fi h inC_(X)^(p)tau,h|_(Y)h \in C_{X}^{p} \tau,\left.h\right|_{Y} are o prelungire HH, cave verifică proprietătile (8) unică.
b) Y_(X_(tau)^(p))^(_|_)Y_{X_{\tau}^{p}}^{\perp} este C_(X)^(p)tau-C_{X}^{p} \tau- cebîşevian.
Demonstratie. a) =>\Rightarrow b). Mai întîi observăm că pentru orice h inC_(X)^(p)tauh \in C_{X}^{p} \tau există un element g_(0)inY_(X_(tau)^(p))^(_|_)g_{0} \in Y_{X_{\tau}^{p}}^{\perp} astfel ca ||h-g_(0)||_(X)=d(h,Y_(X_(tau)^(p))^(_|_))\left\|h-g_{0}\right\|_{X}=d\left(h, Y_{X_{\tau}^{p}}^{\perp}\right). Intr-adevăr, conform TEOREMEI 1 și LEMEI 1,h|_(Y)1,\left.h\right|_{Y} are o prelungire H inC_(X)^(p)tauH \in C_{X}^{p} \tau astfel ca
Deci g_(0)=h-Hg_{0}=h-H.
Să presupunem acum că Y_(X)^(_|_)Y_{X}^{\perp} nu este C_(X)^(p)C_{X}^{p} - cevişevian; atunci există h inC_(X)^(p)tauh \in C_{X}^{p} \tau şi există g_(1),g_(2)dinY_(X_(tau)^(p))^(tau),g_(1)!=g_(2)g_{1}, g_{2} \operatorname{din} Y_{X_{\tau}^{p}}^{\tau}, g_{1} \neq g_{2} astfel ca
Dar atunci, avînd în vedere şi egalitățile (12) rezultă că h-g_(1)h-g_{1} şi h-g_(2)h-g_{2} sînt două prelungiri diferite ale lui h|_(Y)\left.h\right|_{Y}.
b) =>\Rightarrow a). Să presupunem că există h inC_(X)^(p)h \in C_{X}^{p} astfel ca h|_(Y)\left.h\right|_{Y} să aibă prelungirile H_(1),H_(2)inC_(X)^(p)tau,H_(1)!=H_(2)cuH_{1}, H_{2} \in C_{X}^{p} \tau, H_{1} \neq H_{2} \mathrm{cu} proprietățile (8). Atunci din mema 1 rezultă că:
Dar aceasta înseamnă că pentru H_(1)H_{1} există două elemente din Y_(x_(tau)^(p))^(_|_)Y_{x_{\tau}^{p}}^{\perp} pentru care are loc (9) şi anume Phi\Phi şi H_(1)-H_(2)!=PhiH_{1}-H_{2} \neq \Phi, deci Y_(X)^(_|_)_(tau)^(p)Y_{X}^{\perp}{ }_{\tau}^{p} nu este C_(X)^(p)C_{X}^{p} r-cebîşevian.
SUR L'UNICITÉ DU PROLONGEMENT DES pp-SÉMINORMES CONTINUES
RÉSUME
Soit ( X,||||||X,\| \| \| ) un espace pp-normé réel ( p in(0,1]p \in(0,1] ), YY un sousespace de (X,||∣||)(X,\|\mid\|) et soit C_(X)^(p)C_{X}^{p} r le cône des pp-séminormes continues sur (X,||||||)(X,\| \| \|). Soit h inC_(X)^(p)tauh \in C_{X}^{p} \tau et HH un prolongement de h|_(Y)\left.h\right|_{Y} de YY sur XX qui conserve 1a norme de YY. On montre que HH est un prolongement unique si et seulement si ∣Y_(C)^(_|_)_(X)^(p)tau-C_(X)^(p)tau\mid Y_{C}^{\perp}{ }_{X}^{p} \tau-C_{X}^{p} \tau lest un sousespace de Tchébycheff pour les éléments de C_(X)^(p)tauC_{X}^{p} \tau.
BIBLIOGRAFIE
[1] Kolumban I., Ob edinstvenosti prodoljenia lineinîh functionalov, Mathematica, vol. 4
[2] (24), 2, 1962), 267-270. schitziene, "Revista de analiză numerică şi teoria aproximației", vol. 2, fasc. 1, (1973), "81-87.
[3] Phelps R. R., Uniqueness of Hahn-Banach extension and unique best approximction, Trans. Amer. Math. Soc., 95, (1960), 238-255.
[4] Ruess W., Ein Dualkegel für p-konvexe topologische lineare Räume, Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeltung, Bonn, Nr. 60, (1973).
Institutul de calcul din Clui
al Academiei Republicii Socialiste
Románia
Primit la 28. V. 1973.
R+\mathrm{R}+ reprezintă mulțimea numerelor reale nenegative.