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¿Existe una topología que haga nula toda secuencia básica?

Sea $E$ sea un espacio de Banach. Sea $F$ sea el conjunto de todos los $f\in E^*$ tal que $\left<f,e_n\right>\to 0$ para cada secuencia básica normalizada $\{e_n\}$ . Es fácil ver que $F$ es un subespacio cerrado de $E^*$ .

En $F$ puntos separados de $E$ ?

Tenga en cuenta que si $E$ es reflexivo, entonces $F=E^*$ ya que cada secuencia básica se está encogiendo (lo que parece demasiado fuerte).

En general, no es así: si $E=l_{\infty}(\mathbb{Z})$ entonces $F\cap l_1=\{0\}$ . Sea $f=(f_n)\in l_1$ . WLOG un número infinito de $f_n$ no negativo (de lo contrario, sustituya $f$ con $-f$ ). Reordenando las coordenadas, podemos suponer que $f_n\ge 0$ cuando $n>0$ .

Tomemos la secuencia de Rademacher $r_1=(...,0,0,1,-1,1,-1,...)$ , $r_2=(...,0,0,1,1,-1,-1,1,1,...)$ , $r_3=(...,0,0,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,...)$ y así sucesivamente, que es una secuencia básica en $l_\infty$ .

Sea $n$ sea tal que $f_1+...+f_n>\frac{2}{3}\sum_{n=1}^{\infty}f_n$ . Entonces, para cualquier $m$ tal que $2^m\ge n$ , $\left<f,r_m\right>=f_1+...+f_n\pm f_{n+1}\pm f_{n+2}...>\frac{1}{3} \sum_{n=1}^{\infty}f_n\not\to 0$ .

Si $E=C[0,1]$ tomando variaciones de la base de Schauder se obtiene que $F$ no contiene ni medidas discretas, ni la medida de Lebesgue.

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Marcel Puntos 882

La respuesta es negativa en todos los espacios no reflexivos. Si $X$ es no reflexiva, existe una secuencia básica normalizada $(z_n)$ en X s.t. $(z_1 - z_n)_{n=2}^\infty$ y $(z_1 + z_n)_{n=2}^\infty$ son ambas secuencias básicas (necesariamente semi-normalizadas). Si $x^*$ tiende a cero a lo largo de estas dos secuencias básicas, entonces $\langle x^*, z_1\rangle =0$ .

En realidad, $z_1$ puede ser cualquier vector unitario, por lo que $F=\{0\}$ . Tomemos un subespacio no reflexivo $E_1$ de $E$ que no contenga $z_1$ y que $(z_n)_{n=2}^\infty$ sea un tipo normalizado $\ell^+$ secuencia básica en $E_1$ .

(Una secuencia básica $(y_n)$ es de tipo $\ell^+$ siempre que exista una constante $\delta>0$ s.t. siempre que $(a_n)$ es una sucesión de escalares no negativos, de los cuales sólo un número finito es distinto de cero, entonces $$ \| \sum a_ny_n\| \ge \delta \sum |a_n|. $$ La no reflexividad equivale a contener un tipo normalizado $\ell^+$ secuencia básica).

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Imre Deák Puntos 18

Esta respuesta es complementaria a la de Bill Johnson, para completar algunos detalles.

Una secuencia $\{e_n\}$ en un espacio de Banach $E$ se denomina secuencia básica de tipo P* si (entre otras definiciones equivalentes) $0<\inf\|e_n\|\le\sup\|e_n\|<+\infty$ y hay $r>0$ tal que para cualquier $a_1,...,a_n\in\mathbb{R}$ tenemos $$|a_1+...+a_n|\le r\|a_1e_1+...+a_ne_n \|.$$

En el documento Singer - Secuencias básicas y reflexividad de los espacios de Banach el autor demostró que la reflexividad es equivalente a la no existencia de secuencias básicas P*.

Sea $E$ sea no reflexivo, y $f\in E^*$ y que $e\in E$ sea tal que $f(e)\ne 0$ . Dado que el núcleo de $f$ no es reflexiva existe una secuencia básica P* $\{e_n\}$ . Dado que la distancia desde $e$ al núcleo de $f$ es positiva, ambas secuencias $\{e-e_n\}$ y $\{e+e_n\}$ están delimitadas por arriba y por abajo.

En $f(e)\ne 0$ al menos una de las secuencias $\left<f,e+e_n\right>$ y $\left<f,e-e_n\right>$ no converge a $0$ . Por lo tanto, queda por demostrar que $\{e-e_n\}$ y $\{e+e_n\}$ son básicos. Para ello tenemos que demostrar que hay $K>0$ tal que para cada $a_1,...,a_n\in\mathbb{R}$ y $m\le n$ tenemos $$\|a_1(e+e_1)+...+a_m(e+e_m)\|\le K\|a_1(e+e_1)+...+a_n(e+e_n) \|.$$ En efecto, WLOG la norma de $E$ es $l_1$ suma de $e$ y $Ker(f)$ de donde

$$\|a_1(e+e_1)+...+a_m(e+e_m)\|=|a_1+...+a_m|+\|a_1e_1+...+a_me_m\|\le $$ $$\le(r+1)\|a_1e_1+...+a_me_m\|\le (r+1)L\|a_1e_1+...+a_ne_n\|\le $$ $$\le(r+1)L(\|a_1e_1+...+a_ne_n\|+|a_1+...+a_m|)=K\|a_1(e+e_1)+...+a_n(e+e_n)\|,$$

donde $K=(r+1)L$ y $L$ es la constante de base de $\{e_n\}$ .

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