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Subespacio denso en el espacio de secuencias con operadores lineales y acotados

Dejemos que $\ell^p$ con $1<p<+\infty$ y $F\subseteq \ell^p$ , de tal manera que $$F = \left\{x=(x_k)_{k\in\mathbb{N}}\,:\,\sum_{k=1}^\infty x_k=0\right\}$$ Demostrar que $F$ es un subespacio denso en $\ell^p$ .

Es fácil demostrar que $F$ es un subespacio. Pero para la densidad estoy tratando de usar esto Nota: de Análisis Funcional de Brezis

El corolario 1.8 se utiliza muy a menudo para demostrar que un subespacio lineal $F\subseteq E$ es denso. Basta con demostrar que toda función lineal continua sobre $E$ que se desvanece en $F$ debe desaparecer en todas partes en $E$ .

En realidad, sé que $(e_k)_{k\in\mathbb{N}}$ es una base de Shauder en $\ell^p$ con que para cualquier $x=(x_k)_{k\in\mathbb{N}}$ $$x = \sum_{k=1}^\infty \alpha_k e_k$$ Y, para cualquier $f\in(\ell^2)^*$ $$|f(x)|=\left|\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n \alpha_k f(e_k)\right|\leq C \|x\|$$ Pero no sé cómo usar eso $f(y)=0$ para cualquier $y\in F$ .

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user254665 Puntos 4075

Un método directo. Para $y=(y_k)_k\in l^p$ y para $\epsilon >0:$

Toma $n\in \Bbb N$ tal que $\sum_{k>n}|y_k|^p<(\epsilon /2)^p.$

Dejemos que $y'=(y'_k)_k$ donde $y'_k=0$ para $k\le n,$ y $y'_k=y_k$ para $k>n.$

Dejemos que $S=\sum_{k=1}^ny_k.$ Toma $M\in\Bbb N$ lo suficientemente grande como para que $M^{(p-1)/p}>\frac {|S|}{\epsilon /2}.$

Ahora dejemos que $u=(u_k)_k$ donde $u_k=y_k$ para $k\le n,$ y $u_k=0$ para $k>n.$

Y que $v=(v_k)_k$ donde $v_k=0$ para $v_k\le n,$ y $v_k=-S/M$ para $n<k\le n+M,$ y $v_k=0$ para $k>n+M.$

Tenemos $ u+v\in F$ y tenemos $$\|y-(u+v)\|=\|y'-v\|\le \|y'\|+\|v\|<$$ $$<\epsilon /2 +\|v\|=\epsilon /2+\left(\frac {M|S|^p}{M^p}\right)^{1/p}<$$ $$<\epsilon /2 + \epsilon /2.$$

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