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Hilbert frente De Morgan

Problema

Dado un espacio de Hilbert $\mathcal{H}$.

Entonces se cumple: $$\overline{\left\langle\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\right\rangle}=\left(\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\right)^\perp\quad\overline{\left\langle\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\right\rangle}=\left(\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\right)^\perp$$ ¿Cómo puedo demostrarlo?

Span, cierre, el complemento ortogonal: $\langle A\rangle$, $\overline{A}$, $A^\perp$

Aplicación

Esto se aplica en: Beppo-Levi

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Freeze_S Puntos 5098

Mientras tanto, yo lo tengo.. :)

La igualdad

Por un lado: $$\varphi\in\big(\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\big)^\perp\iff\varphi\perp\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\iff\varphi\perp A_\lambda\quad(\forall\lambda\in\Lambda)$$ $$\varphi\perp A_\lambda\quad(\forall\lambda\in\Lambda)\iff\varphi\in A_\lambda^\perp\quad(\forall\lambda\in\Lambda)\iff\varphi\in\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp$$

Así se obtiene: $$\overline{\left\langle\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\right\rangle}=\overline{\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp}=\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp=\left(\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\right)^\perp$$

La conclusión de la igualdad.

La inclusión

En el otro lado: $$\varphi\in\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\iff\varphi\in A_{\lambda_0}^\perp\quad(\exists\lambda_0\in\Lambda)\iff\varphi\perp A_{\lambda_0}\quad(\exists\lambda_0\in\Lambda)$$ $$\varphi\perp A_{\lambda_0}\quad(\exists\lambda_0\in\Lambda)\implies\varphi\perp\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\iff\varphi\in\big(\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\big)^\perp$$

Así se obtiene: $$\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\subseteq\left(\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\right)^\perp\implies\overline{\left\langle\bigcup_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda^\perp\right\rangle}\subseteq\left(\bigcap_{\lambda\in\Lambda}A_\lambda\right)^\perp$$

La conclusión de la inclusión.

El rigor

Respecto denso en el espacio: $$\mathcal{S}<\mathcal{H}=\overline{\mathcal{S}}:\quad A:=\mathcal{S}\quad B:=\mathcal{S}^\complement$$

Tenga en cuenta que se tiene: $$\mathcal{A}\subseteq\mathcal{H}:\quad\mathcal{A}^\perp\subseteq \mathcal{A}^\complement\cup(0)$$

A continuación, se obtiene: $$\overline{\langle A^\perp\cup B^\perp\rangle}=B^\perp\subseteq\mathcal{S}\subsetneq\mathcal{H}=\varnothing^\perp=\left(A\cap B\right)^\perp$$

La conclusión de rigor.

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