代数構造,位相構造,順序構造 とか。
特徴づけ ペアノの公理とか?
他との関係 加法に関して群にする → 整数
特徴づけ 有理整数環 一意分解整域(UFD) 単項イデアル整域(PID)
他との関係 乗法に関して群にする → 有理数
特徴づけ 有理数体
他との関係 完備化 → 実数 (実は公理) 代数的閉包 → 複素数
特徴づけ 完備性 Rnの系列の中で見れば,唯一 n=1 の場合だけが順序体
特徴づけ 代数的閉体 複素関数では,正則関数と解析関数が一致する。
特徴づけ ユークリッド距離による位相を入れる。 ノルム空間 有限次元空間の任意の2つのノルムは互いに同値 ←つまり,ノルムは本質的に1つしか入らない! 代数的基底を持つ 線形写像について,有界性 ⇔ 連続性,全射 ⇔ 単射 収束について,弱収束=成分毎の収束=強収束 有界閉集合 ⇔ コンパクト( ⇔ 点列コンパクト) 有界閉⇔コンパクト:Heine-Borel ←∞次元では成り立たない。 コンパクト⇔点列コンパクト:距離空間で成り立つ。 有界点列は収束部分列を持つ:Bolzano-Weierstrassの拡張
特徴づけ ザリスキ位相
特徴づけ Lie群(群構造をもつ位相空間)
他との関係 部分群 → 直交群
特徴づけ 有限次元空間の代数構造は次元のみで決まる。
他との関係 ノルムを入れる → ノルム空間 内積を入れる → 内積空間 半正定二次形式を入れる → 距離空間 双線形形式を入れる → 同伴二次形式を誘導 直積をとる → 直積空間 双対をとる → 双対空間 係数が環 → R-加群
計量ベクトル空間,プレヒルベルト空間ともいう。
特徴づけ 直交を考えることができる。 正規直交を保つ変換として,ユニタリ変換を考えることができる。 (射影は T2=T なる有界線形作用素として抽象化されるので,バナッハ空間で考えることができる)
他との関係 ノルムを誘導 → ノルム空間 → (さらに完備化)ヒルベルト空間 直交元の全体 → 直交補空間
特徴づけ ベクトル(線形空間の点)の大きさを測れるようにしたもの。 連結 ←距離空間は必ずしも連結でない(離散位相が作れる) 有限次元空間では,全てのノルムは同値
ノルム空間のあいだの線形写像を線形作用素と呼ぶ。 特に,線形作用素なら連続性と有界性は同値。 作用素ノルムを考えることができる。
点列を考えることに意味を持つ。
ノルムを誘導する内積が常に存在するわけではない(中線定理の結論を満たすことが条件) 内積から誘導されたノルムは,成分表示において座標系に依らないベクトル固有の量となる。 一方,他のp乗ノルムは座標変換によって値を変えてしまう。 しかし,だからといって無分別に2乗ノルムを用いるべきではないと伊理先生は警告している。
他との関係 完備化 → バナッハ空間(←完備距離空間とは違うのか?) 距離を誘導 → 距離空間 双対をとる → 作用素ノルムによって再びノルム空間 中線公理を満たす → ノルムを誘導する内積が構成できる。(内積→ノルムの逆を辿れる) 直積をとる → 直積ノルム空間(直積ノルム)を入れる。 作用素のグラフ → グラフノルム(
)を入れる
特徴づけ CONSほど便利なものは考えられない。Hahn-Banachが有力。 フレシェ微分,ガトー微分を考えられる。 反射的バナッハ空間ならば,弱Cauchy列が弱収束する。
他との関係 双対をとる → 作用素ノルムによって再びバナッハ空間
特徴づけ 距離位相(開球を開集合とする位相)が入る。 線形構造などは特に持たないので,ノルム空間よりも抽象的。 Hausdorff,第一可算,パラコンパクト,完全正規 特に,一点は閉集合 完備かつ全有界(プレコンパクト) ⇔ コンパクト ⇔ 点列コンパクト 第一可算性より,点列連続 ⇔ 各点連続
距離はノルムから誘導されるとは限らない。
他との関係 完備化 → 完備距離空間
特徴づけ 台が閉集合 → supノルム(一様収束位相)で完備(つまりバナッハ) 代数構造
特徴づけ 線形空間に内積を入れた空間 リースの表現定理 しかも,誘導されたノルムの位相で完備 要するにバナッハ空間
他との関係 有限次ユークリッド空間 も,ヒルベルト空間 変換H→Hの全体 ⇒ バナッハ環
特徴づけ ルベーグ測度 Ω開集合,1≦p<∞のとき,![]()
特徴づけ Lp関数のうち,弱微分が再びLpになる関数を集めたもの。