强收敛与弱收敛

强收敛和弱收敛是泛函分析中的重要概念,二者之间的关系如何呢?这是个非常困难的问题。我们先叙述定义:定义. 设X 是赋范线性空间,{x n }⊂X ,x 0 ∈X 。(1)如果lim n→∞ ∥x n −x 0 ∥=0 ,则称{x n } 强收敛于x 0 ;(2)若对每个f∈X ∗ ,lim n→∞ f(x n )=f(x 0 ) ,则称{x n } 弱收敛于x 0 。 强收敛可以推出弱收敛,这是很明显的。但反过来不对,可以举个例子:例. 在Hilbert空间l 2 中取点列{e n } :e n =(0,⋯,0,1,0,⋯) 。由Riesz表示定理,对每个f=(ξ 1 ,ξ 2 ,⋯,ξ n ,⋯)∈(l 2 ) ∗ =l 2 , f(e n )=ξ n →0(n→∞) ,即{e n } 弱收敛于l 2 中零元θ 。同时,也很容易证明,{e n } 不强收敛于θ 。 在什么情况下弱收敛可以推出强收敛,这个问题并不清楚,恐怕也没有最终答案。众所周知,在有限维空间中,任何收敛性都是等价的。对于无穷维情形,现在知道一些特殊情况。比如,对l 1 空间,有下述结论:Schur定理. 在l 1 空间中,强收敛与弱收敛等价。 从这个定理顺便得知,前边例子中的点列{e n } 在l 1 中不是弱收敛的。同一个点列在l 1 和l 2 中性质不同,原因在于,l 1 的共轭空间是l ∞ ,而l ∞ 中的元素f=(ξ 1 ,ξ 2 ,⋯,ξ n ,⋯) 是有界数列,其一般项ξ n 不一定收敛于零。 Schur定理只涉及l 1 空间,而做数学的人总希望尽可能得出更广泛的结论。于是便有了一些新的定理。定理. 设内积空间X 中的点列{x n } 弱收敛于x 0 ∈X 。则{x n } 强收敛于x 0 当且仅当数列{∥x n ∥} 收敛于∥x 0 ∥ 。 在点列的范数容易计算时,这个定理很有用。该定理也可以推广到一致凸赋范线性空间。 另有一个著名的定理,在非线性分析中很重要,常常被用来寻找凸泛函的临界点。Mazur定理. 设赋范线性空间X 中的点列{x n } 弱收敛于x 0 ∈X 。则存在{x n } 的元素的凸组合构成的点列v n ,使得v n 强收敛于x 0 。 强收敛和弱收敛的关系,是一个很基础的问题。这个老问题现在还有没有人研究我不清楚,也不知道目前最新的结论,欢迎大家补充。本文引用地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-112841-618171.html

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