Алгебра Фреше является -выпуклой, если существует такое семейство полунорм, для которого . В этом случае, перемасштабируя полунормы, мы можем также взять для каждой и полунормы называются субмультипликативными : для всех [c] -выпуклые алгебры Фреше также можно назвать алгебрами Фреше. [2]
Алгебра Фреше может иметь или не иметь единичный элемент . Если унитальна , мы не требуем этого, как это часто делается для банаховых алгебр .
Характеристики
Непрерывность умножения. Умножение является раздельно непрерывным , если и для любой и последовательности, сходящейся в топологии Фреше . Умножение является совместно непрерывным, если и подразумевают . Совместная непрерывность умножения является частью определения алгебры Фреше. Для пространства Фреше со структурой алгебры, если умножение является раздельно непрерывным, то оно автоматически совместно непрерывным. [3]
Группа обратимых элементов. Если — множество обратимых элементов , то обратное отображение непрерывно тогда и только тогда, когда — множество . [4] В отличие от банаховых алгебр , может не быть открытым множеством . Если — открыто, то называется -алгеброй . (Если оказывается неунитальным , то мы можем присоединить единицу к [d] и работать с , или множество квазиобратимых [e] может занять место .)
Условия для -выпуклости. Алгебра Фреше является -выпуклой тогда и только тогда, когда для каждого , тогда и только тогда, когда для одного , возрастающего семейства полунорм, которые топологизируют , для каждого существует и такое, что для всех и . [5] Коммутативная -алгебра Фреше является -выпуклой, [6] но существуют примеры некоммутативных -алгебр Фреше, которые не являются -выпуклыми. [7]
Свойства -выпуклых алгебр Фреше. Алгебра Фреше является -выпуклой тогда и только тогда, когда она является счетным проективным пределом банаховых алгебр. [8] Элемент обратим тогда и только тогда, когда его образ в каждой банаховой алгебре проективного предела обратим. [f] [9] [10]
Примеры
Нулевое умножение. Если — любое пространство Фреше, мы можем создать структуру алгебры Фреше, установив для всех .
Гладкие функции на окружности. Пусть будет 1-сферой . Это одномерное компактное дифференцируемое многообразие без границы . Пусть будет множеством бесконечно дифференцируемых комплекснозначных функций на . Это, очевидно, алгебра над комплексными числами для поточечного умножения. (Используйте правило произведения для дифференцирования .) Она коммутативна, и постоянная функция действует как тождество. Определим счетное множество полунорм на с помощью , где обозначает супремум абсолютного значения производной th . [g] Тогда по правилу произведения для дифференцирования имеем , где обозначает биномиальный коэффициент и Штрихованные полунормы являются субмультипликативными после повторного масштабирования с помощью .
Последовательности на . Пусть будет пространством комплекснозначных последовательностей на натуральных числах . Определим возрастающее семейство полунорм на с помощью С поточечным умножением, является коммутативной алгеброй Фреше. Фактически, каждая полунорма является субмультипликативной для . Эта -выпуклая алгебра Фреше является унитальной, поскольку постоянная последовательность находится в .
Сверточная алгебра быстро исчезающих функций на конечно порожденной дискретной группе. Пустьбудет конечно порожденной группой с дискретной топологией . Это означает, что существует набор из конечного числа элементов,такой что:Без потери общности мы можем также предположить, что единичный элементсодержитсяв. Определим функциюс помощьюТогда, и, так как мы определяем. [h] Пустьбудет-векторным пространством, где полунормыопределяются с помощью [i] является-выпуклой алгеброй Фреше для сверточного умножения [j] является унитальной, посколькуявляется дискретной, иявляется коммутативной тогда и только тогда, когдаявляется абелевой .
Невыпуклые алгебры Фреше. Алгебра Арена является примером коммутативной невыпуклой алгебры Фреше с разрывной инверсией. Топология задается нормами , а умножение задается сверткой функций относительно меры Лебега на . [11]
Обобщения
Мы можем отказаться от требования, чтобы алгебра была локально выпуклой, но все еще полным метрическим пространством. В этом случае базовое пространство можно назвать пространством Фреше [12] или F-пространством . [13]
Если требование, чтобы число полунорм было счетным, отбрасывается, алгебра становится локально выпуклой (LC) или локально мультипликативно выпуклой (LMC). [14] Полная алгебра LMC называется алгеброй Аренса-Майкла. [15]
Гипотеза Майкла
Вопрос о том, являются ли все линейные мультипликативные функционалы на -выпуклой алгебре Фреше непрерывными, известен как гипотеза Майкла. [16] Долгое время эта гипотеза была, пожалуй, самой известной открытой проблемой в теории топологических алгебр. Гипотеза Майкла была полностью и утвердительно решена в 2022 году. [17]
Примечания
^ Увеличение семьи означает, что для каждого
.
^ Совместная непрерывность умножения означает, что для каждой абсолютно выпуклой окрестности нуля существует абсолютно выпуклая окрестность нуля, для которой из которой следует неравенство полунормы. Обратно,
^ Другими словами, -выпуклая алгебра Фреше является топологической алгеброй , в которой топология задается счетным семейством субмультипликативных полунорм: и алгебра является полной.
^ Если — алгебра над полем , то ее единицей является прямая сумма , а умножение определяется как
^ Если , то является квазиобратным для , если .
^ Если неунитальна, замените «обратимый» на «квазиобратимый».
^ Чтобы увидеть полноту, пусть будет последовательностью Коши. Тогда каждая производная является последовательностью Коши в sup-норме на и, следовательно, равномерно сходится к непрерывной функции на . Достаточно проверить, что является -й производной от . Но, используя фундаментальную теорему исчисления и взяв предел внутри интеграла (используя равномерную сходимость ), мы имеем
^
Мы можем заменить генерирующий набор на , так что . Тогда удовлетворяет дополнительному свойству и является функцией длины на .
^
Чтобы увидеть, что есть пространство Фреше, пусть будет последовательностью Коши. Тогда для каждого , есть последовательность Коши в . Определим как предел. Тогда
где сумма пробегает любое конечное подмножество . Пусть , и пусть таковы, что для . Позволяя работать, мы имеем
для . Суммируя по всем , имеем поэтому для . По оценке
получаем . Поскольку это справедливо для каждого , то в топологии Фреше имеем и , поэтому является полным.
^
Цитаты
^ Митягин, Ролевич и Желязко 1962; Желязько 2001.
^ Хусейн 1991; Желязко 2001.
^ Waelbroeck 1971, Глава VII, Предложение 1; Palmer 1994, 2.9.
^ Waelbroeck 1971, Глава VII, Предложение 2.
^ Митягин, Ролевич и Желязко 1962, Лемма 1.2.
^ Желязко 1965, Теорема 13.17.
^ Желязько 1994, стр. 283–290.
↑ Майкл 1952, Теорема 5.1.
↑ Майкл 1952, Теорема 5.2.
↑ См. также Palmer 1994, теорема 2.9.6.
^ Фрагулопулу 2005, Пример 6.13 (2).
^ Вальбрук 1971.
^ Рудин 1973, 1.8(e).
↑ Майкл 1952; Хусейн 1991.
^ Фрагулопулу 2005, Глава 1.
↑ Майкл 1952, 12, Вопрос 1; Палмер 1994, 3.1.
^ Патель, SR (2022-06-28). «Об утвердительном решении знаменитой проблемы Майкла в теории алгебр Фреше с приложениями к теории автоматической непрерывности». arXiv : 2006.11134 [math.FA].
Источники
Фрагулопулу, Мария (2005). «Библиография». Топологические алгебры с инволюцией . North-Holland Mathematics Studies. Том 200. Амстердам: Elsevier BV стр. 451–485. doi :10.1016/S0304-0208(05)80031-3. ISBN978-044452025-8.
Майкл, Эрнест А. (1952). Локально мультипликативно-выпуклые топологические алгебры . Мемуары Американского математического общества. Т. 11. MR 0051444.
Митягин Б.; Ролевич, С.; Желязько, В. (1962). «Целые функции в B0-алгебрах». Студия Математика . 21 (3): 291–306. дои : 10.4064/см-21-3-291-306 . МР 0144222.
Palmer, TW (1994). Банаховы алгебры и общая теория *-алгебр, том I: Алгебры и банаховы алгебры . Энциклопедия математики и ее приложений. Том 49. Нью-Йорк: Cambridge University Press. ISBN978-052136637-3.
Рудин, Уолтер (1973). Функциональный анализ . Серия по высшей математике. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book. 1.8(e). ISBN978-007054236-5– через Интернет-архив .
Waelbroeck, Lucien (1971). Топологические векторные пространства и алгебры . Конспект лекций по математике. Том 230. doi :10.1007/BFb0061234. ISBN978-354005650-8. МР 0467234.
Желяшко, В. (1965). «Метрические обобщения банаховых алгебр». Розправый мат. (Диссертации по математике) . 47 . Теорема 13.17. МР 0193532.
Желязко, В. (1994). «О целых функциях в B0-алгебрах». Studia Mathematica . 110 (3): 283–290. doi : 10.4064/sm-110-3-283-290 . MR 1292849.