映射定理是多仿射映射下
多项式族的值集性质的重要定理。该定理是研究多仿射映射下多项式族的稳定性的重要工具之一。在泛函分析中,映射定理是一个基本的结果,它说明如果
巴拿赫空间之间的连续线性算子是满射的,那么它就是一个开映射。
定理说明
精确地(Rudin 1973, 定理2.11):如果X和Y是
巴拿赫空间,A : X → Y是一个满射的连续线性算子,那么A就是一个开映射(也就是说,如果U是X内的
开集,那么A(U)在Y内是开放的)。 该定理的证明用到了
贝尔纲定理,X和Y的完备性都是十分重要的。如果仅仅假设X或Y是
赋范空间,那么定理的结论就不一定成立。然而,如果X和Y是
弗雷歇空间,那么定理的结论仍然成立。
结果
如果A : X → Y是巴拿赫空间X和Y之间的
双射连续线性算子,那么
逆算子A : Y → X也是连续的。(Rudin 1973, 推论2.12) 如果A : X → Y是巴拿赫空间X和Y之间的线性算子,且如果对于X内的每一个
序列(xn),只要xn → 0且Axn → y就有y = 0,那么A就是连续的(
闭图像定理)。(Rudin 1973, 定理2.15)
证明
我们需要证明,如果A : X → Y是巴拿赫空间之间的连续线性满射,那么A就是一个开映射。为此,只需证明A把X内的单位球映射到Y的原点的一个邻域。
设U,V分别为X和Y内的单位球。那么X是单位球的倍数k U的序列的交集,k ∈ N,且由于A是满射,
根据
贝尔纲定理,
巴拿赫空间Y不能是可数个
无处稠密集的并集,故存在k > 0,使得A(kU)的
闭包具有非空的
内部。因此,存在一个开球B(c, r),其中心为c,半径r > 0,包含在A(kU)的闭包内。如果v ∈ V,那么c + r v和c位于B(c, r)内,因此是A(k U)的
极限点,根据加法的连续性,它们的差rv是A(k U) − A(k U) ⊂ A(2k U)的极限点。根据A的线性,这意味着任何v ∈ V都位于A(δ U)的闭包内,其中δ = r / (2k)。于是可以推出,对于任何y ∈ Y和任何ε > 0,都存在某个x ∈ X,满足:
固定y ∈ δ V。根据(1),存在某个x 1,满足||x 1|| < 1且||y − A x 1|| < δ / 2。定义序列{xn}如下。假设:
根据(1),我们可以选择x n +1,使得:
因此x n +1满足(2)。设
从(2)的第一个不等式可知,{sn}是一个
柯西序列,且由于X是完备的,sn收敛于某个x ∈ X。根据(2),序列A sn趋于y,因此根据A的连续性,有A x = y。而且:
这表明每一个y ∈ δ V都属于A(2 U),或等价地,X内的单位球的像A(U)包含了Y内的开球(δ / 2) V。因此,A(U)是Y内0的邻域,定理得证。
推广
X 或Y 的局部凸性不是十分重要的,但完备性则是:当X和Y是F空间时,定理仍然成立。更进一步,这个定理可以用以下的方法与
贝尔纲定理结合(
Rudin, 定理2.11):
设X为F空间,Y为
拓扑向量空间。如果A : X → Y是一个连续线性算子,那么要么A(X)是Y内的贫集,要么A(X) = Y。在后一个情况中,A是开映射,Y也是F空间。 更进一步,在这个情况中,如果N是A的核,那么A有一个标准分解。
调和映射定理
黎曼流形之间的一类十分重要的可微映射。设M和N为黎曼流形,f:M→N为光滑映射,若f的张力场τ(f)恒为零,则称f为调和映射.由第一变分公式可知:调和映射是能量泛函的临界点;反之,若f是能量泛函在每一个紧致区域DM上关于保持边界D不动的变分的临界点,则f必是调和映射.另一方面,若将df看做M上取值于诱导丛fTN的1形式,这里TN是N的切丛,则可以证明:当f为调和映射时,df为调和1形式;且当M为紧致流形时,其逆亦真.因此,调和映射与非线性调和1形式理论有密切关系.调和映射有许多重要的特例,因而具有广阔的背景.例如:
1.当N=R时,调和映射就是M上的调和函数.
2.当dim M=1时,调和映射就是N中的测地线.
3.当f为等距浸入时,f是调和映射的
充分必要条件为f是极小浸入.
4.克勒流形间的全纯映射必为调和映射.
5.具有双不变黎曼度量的李群间的连续同态必为调和映射.