Бесконечномерная голоморфность - Infinite-dimensional holomorphy

В математика, бесконечномерная голоморфность это филиал функциональный анализ. Он связан с обобщениями концепции голоморфная функция к функциям, определенным и принимающим значения в сложный Банаховы пространства (или же Пространства фреше в более общем смысле), как правило, бесконечного измерения. Это один из аспектов нелинейный функциональный анализ.

Векторозначные голоморфные функции, определенные на комплексной плоскости

Первым шагом в расширении теории голоморфных функций за пределы одного комплексного измерения является рассмотрение так называемых векторнозначные голоморфные функции, которые по-прежнему определены в комплексная плоскость C, но принимают значения в банаховом пространстве. Такие функции важны, например, при построении голоморфное функциональное исчисление за ограниченные линейные операторы.

Определение. Функция ж : U → Икс, куда U ⊂ C является открытое подмножество и Икс комплексное банахово пространство называется голоморфный если он комплексно-дифференцируемый; то есть для каждой точки z ∈ U следующее предел существуют:

${\displaystyle f'(z)=\lim _{\zeta \to z}{\frac {f(\zeta )-f(z)}{\zeta -z}}.}$

Можно определить линейный интеграл векторнозначной голоморфной функции ж : U → Икс вдоль выпрямляемая кривая γ: [а, б] → U так же, как и для комплекснозначных голоморфных функций, так как предел сумм вида

${\displaystyle \sum _{1\leq k\leq n}f(\gamma (t_{k}))(\gamma (t_{k})-\gamma (t_{k-1}))}$

куда а = т₀ < т₁ < ... < т_п = б является подразделением интервала [а, б], так как длины интервалов подразделения стремятся к нулю.

Это быстрая проверка, что Интегральная теорема Коши также верно для векторнозначных голоморфных функций. Действительно, если ж : U → Икс такая функция и Т : Икс → C ограниченный линейный функционал, можно показать, что

${\displaystyle T\left(\int _{\gamma }f(z)\,dz\right)=\int _{\gamma }(T\circ f)(z)\,dz.}$

Более того, сочинение Т о ж : U → C - комплекснозначная голоморфная функция. Следовательно, при γ a простая замкнутая кривая чей интерьер содержится в U, интеграл справа равен нулю по классической интегральной теореме Коши. Тогда, поскольку Т произвольно, из Теорема Хана – Банаха который

${\displaystyle \int _{\gamma }f(z)\,dz=0}$

что доказывает интегральную теорему Коши в векторнозначном случае.

Используя этот мощный инструмент, можно затем доказать Интегральная формула Коши, и, как и в классическом случае, любая векторная голоморфная функция является аналитический.

Полезный критерий функции ж : U → Икс быть голоморфным в том, что Т о ж : U → C является голоморфной комплекснозначной функцией для любого непрерывный линейный функционал Т : Икс → C. Такой ж является слабо голоморфный. Можно показать, что функция, определенная на открытом подмножестве комплексной плоскости со значениями в пространстве Фреше, голоморфна тогда и только тогда, когда она слабо голоморфна.

Голоморфные функции между банаховыми пространствами

В более общем плане, учитывая два сложных Банаховы пространства Икс и Y и открытый набор U ⊂ Икс, ж : U → Y называется голоморфный если Производная Фреше из ж существует в каждой точке U. Можно показать, что в этом более общем контексте все еще верно, что голоморфная функция является аналитической, то есть ее можно локально разложить в степенной ряд. Однако уже неверно, что если функция определена и голоморфна в шаре, ее степенной ряд вокруг центра шара сходится во всем шаре; например, существуют голоморфные функции, определенные на всем пространстве, которые имеют конечный радиус сходимости.^[1]

Голоморфные функции между топологическими векторными пространствами

В общем, учитывая два сложных топологические векторные пространства Икс и Y и открытый набор U ⊂ Икс, существуют различные способы определения голоморфности функции ж : U → Y. В отличие от конечномерной постановки, когда Икс и Y бесконечномерны, свойства голоморфных функций могут зависеть от того, какое определение выбрано. Чтобы ограничить число возможностей, которые мы должны рассмотреть, мы будем обсуждать голоморфность только в случае, когда Икс и Y находятся локально выпуклый.

В этом разделе представлен список определений, начиная от самого слабого понятия до самого сильного. В заключение обсуждаются некоторые теоремы, связывающие эти определения, когда пространства Икс и Y удовлетворяют некоторым дополнительным ограничениям.

Гато голоморфия

Голоморфия Гато - это прямое обобщение слабой голоморфности на полностью бесконечномерную систему.

Позволять Икс и Y - локально выпуклые топологические векторные пространства, и U ⊂ Икс открытый набор. Функция ж : U → Y как говорят Gâteaux голоморфный если для каждого а ∈ U и б ∈ Икс, и каждый непрерывный линейный функционал φ: Y → C, функция

${\displaystyle f_{\varphi }(z)=\varphi \circ f(a+zb)}$

является голоморфной функцией от z по соседству с местом происхождения. Набор голоморфных функций Гато обозначается через H_грамм(U,Y).

При анализе голоморфных функций Гато любые свойства конечномерных голоморфных функций выполняются на конечномерных подпространствах Икс. Однако, как обычно в функциональном анализе, эти свойства могут не объединяться единообразно, чтобы дать какие-либо соответствующие свойства этих функций на полных открытых множествах.

Примеры

• Если ж ∈ U, тогда ж имеет Производные Гато всех заказов, так как для Икс ∈ U и час₁, ..., час_k ∈ Икс, то kпроизводная Гато -го порядка D^kж(Икс){час₁, ..., час_k} включает в себя только повторяющиеся производные по направлению в промежутке час_я, которое является конечномерным пространством. В этом случае итерированные производные Гато полилинейны в час_я, но, как правило, не будет непрерывным, если рассматривать его во всем пространстве Икс.
• Кроме того, верна версия теоремы Тейлора:

${\displaystyle f(x+y)=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n!}}{\widehat {D}}^{n}f(x)(y)}$

Здесь, ${\displaystyle {\widehat {D}}^{n}f(x)(y)}$ это однородный многочлен степени п в у связанный с полилинейный оператор D^пж(Икс). Сходимость этого ряда не равномерна. Точнее, если V ⊂ Икс это фиксированный конечномерное подпространство, то ряд сходится равномерно на достаточно малых компактных окрестностях точки 0 ∈ Y. Однако если подпространство V может изменяться, то сходимость не удастся: в общем случае она не будет однородной по отношению к этому изменению. Обратите внимание, что это резко контрастирует с конечномерным случаем.

• Теорема Хартога для голоморфных функций Гато выполняется в следующем смысле:

Если ж : (U ⊂ Икс₁) × (V ⊂ Икс₂) → Y это функция, которая раздельно Гато голоморфен по каждому из своих аргументов, то ж голоморфна по Гато на пространстве произведения.

Гипоаналитичность

Функция ж : (U ⊂ Икс) → Y является гипоаналитический если ж ∈ ЧАС_грамм(U,Y) и вдобавок ж продолжается на относительно компактный подмножества U.

Голоморфия

Функция ж ∈ H_грамм(U,Y) является голоморфный если для каждого Икс ∈ U, разложение в ряд Тейлора

${\displaystyle f(x+y)=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n!}}{\widehat {D}}^{n}f(x)(y)}$

(существование которого уже гарантировано голоморфностью Гато) сходится и непрерывно при у в окрестности 0 ∈ Икс. Таким образом, голоморфность объединяет понятие слабой голоморфности с сходимостью разложения в степенной ряд. Набор голоморфных функций обозначается H (U,Y).

Локально ограниченная голоморфия

Функция ж : (U ⊂ Икс) → Y как говорят локально ограниченный если каждая точка U есть окрестность, образ которой под ж ограничен в Y. Если, кроме того, ж голоморфен Гато на U, тогда ж является локально ограниченный голоморфный. В этом случае мы пишем ж ∈ H_ФУНТ(U,Y).

Рекомендации

• Ричард В. Кадисон, Джон Р. Рингроуз, Основы теории операторных алгебр, Vol. 1: Элементарная теория. Американское математическое общество, 1997. ISBN  0-8218-0819-2. (См. Раздел 3.3.)
• Су Бонг Чэ, Голоморфность и исчисление в нормированных пространствах, Марсель Деккер, 1985. ISBN  0-8247-7231-8.
• ^ Лоуренс А. Харрис, Теоремы о неподвижной точке для бесконечномерных голоморфных функций (без даты).