spazio duale

spazio duale

Dato uno spazio vettoriale reale (o complesso) X si definisce il suo duale Y come lo spazio vettoriale reale (o complesso) costituito dai funzionali lineari su X, ovvero delle applicazioni f:X→ℝ (o ℂ) tali che f(x+y)=f(x)+f(y) e f(λx)=λf(x) per ogni x,y∈X e λ∈ℝ (o ℂ). Se f(x)=0 per ogni f∈Y implica x=0 lo spazio Y è detto separare i punti di X: in questo caso se (x₁−x₂,y)=0 per ogni y∈Y allora x₁=x₂. Il caso più importante è senza dubbio quello in cui X è uno spazio vettoriale topologico (dotato della topologia localmente convessa τ), Y è lo spazio di tutti i funzionali lineari continui su X (rispetto alla topologia τ) e (x,x′)=x′(x) per x∈X e x′∈Y. In questo caso si dice che Y è lo spazio duale topologico di X e lo indicheremo con il simbolo X*. Il fatto che X separi i punti in X* segue dalla definizione stessa di funzionale lineare, il viceversa è invece una conseguenza di uno dei risultati fondamentali della teoria degli spazi vettoriali topologici, il teorema di Hahn-Banach. Quest’ultimo nella sua forma più generale può essere enunciato come segue: su uno spazio vettoriale topologico esiste sempre un funzionale continuo che separi (in un senso opportuno) due sottoinsiemi convessi disgiunti qualunque (e in particolare anche i punti). La topologia sullo spazio X determina una topologia su X*, detta topologia debole, definita come segue: una successione generalizzata (o net) f_λ è detta convergente a f se f_λ(x)→f(x) per ogni x∈X. È dunque possibile considerare lo spazio duale X** di X*, detto biduale di X. In generale X⊂X**, dove l’inclusione può anche essere stretta. Se X=X** lo spazio X è detto riflessivo e X e X* sono detti in dualità.

→ Equazioni funzionali