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Kurs:Topologische Invertierbarkeitskriterien/Topologisch kleine Potenzen

Aus Wikiversity

Einführung

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Der Begriff der topologisch kleinen Potenzen verallgemeinert den Begriff der kleinen Potenzen und den Begriff der topologischen Nullteiler in einer Definition zusammen, wobei die topologische Nullteiler und auch Elemente mit kleinen Potenzen jeweils auch Element mit topologisch kleinen Potenzen sind.

Definition - Topologisch kleine Potenzen

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Sei eine topologische Algebra und das System von offenene Mengen auf . Da eine topologische Algebra nicht notwendig kommutativ ist, unterscheidet man rechtseitige und linkseitige topologisch kleine Potenzen.

Definition: Rechtsseitig topologisch kleine Potenzen

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Man nennt besitzt rechtsseitige topologisch kleine Potenzen in (Bezeichnung: ), falls es eine Nullumgebung gibt, sodass für alle Nullumgebungen ein existiert, sodass für alle gilt:

Definition: Linksseitig topologisch kleine Potenzen

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besitzt linksseitig topologisch kleine Potenzen in (Bezeichnung: ), ffalls es eine Nullumgebung gibt, sodass für alle Nullumgebungen ein existiert, sodass für alle gilt:

Definition: topologisch kleine Potenzen

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besitzt topologische kleine Nullteiler (Bezeichnung: ), falls rechtseitig oder linkseitig topologisch kleine Potenzen besitzt (siehe auch Verallgemeinerungen von topologischen Nullteilern[1]).

Lemma: Topologisch kleine Potenzen und Gaugefunktionale

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Sei . Ein Element besitzt genau dann rechtsseitig topologisch kleine Potenz, wenn es ein gibt, so dass für alle ein mit

existiert, so besitzt topologisch kleine Potenzen (Bezeichnung: ).

Bemerkung - Gaugefunktionale

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Wie man schon bei der Definition der topologischen Nullteiler sehen konnte, ist die Formulierung von topologischen Eigenschaften, die im Zusammenhang mit algebraischen Eigenschaften stehen (z.B. Idealeigenschaft, Invertierbarkeit, ...), über Gaugefunktionale für die Beweisführung in der Regel angenehmer als der Umgang mit offenen Mengen. Daher ist obige Definition über offene Mengen und Nullumgebungen ebenfalls in eine äquivalente Formulierung über angegeben werden.

Beweisaufgabe für Studierende

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Beweisen Sie die Äquivalenz der -Aussage über offene Mengen und Gaugefunktionale!

Satz - TKP und Gaugefunktionale

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Sei und gegeben. Wenn es ein gibt, so dass für alle ein mit

existiert, so ist ein -singuläres Element.

Bemerkung - Negation der Singularitätbedingung

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Der obige Satz zeigt, dass Elemente immer -singulär sind. Der Beweis wird für die Kontraposition der obigen Aussage geführt, indem man annimmt, dass ein Element ein -reguläres Element ist, und dann gilt und die folgende Ungleichung liefert.

Regularitätsbedinung als Negation der TKP-Eigenschaft

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Insgesamt erhält man mit die Aussage, dass es für alle ein und Konstanten gibt, sodass für alle gilt (siehe PC-Regularität):

Beweis - Satz TKP-Eigenschaft Gaugefunktionale

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Der obige Satz wird über die Kontraposition bewiesen und die Eigenschaften der Hömöomorphie der Einbettung bzgl. einer Algebraerweiterung, in der ein invertierbar ist.

Bemerkung - Permanente Ideal

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Diese Regularitätsbedingung wird im weiteren Verlauf noch besondere Bedeutung besitzen, denn diese liefert eine allgemeinere Klassifizierung von permanenten Idealen aus geeignet gewählten Elementen mit dieser Eigenschaft. Deshalb wird die Eigenschaft der topologisch kleinen Potenzen definiert.

Satz: KP-TNT-Summen

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Sei , dann besteht die Menge

aus -singulären Elementen.

Beweis - KP-TNT-Summen

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Der Beweis zur obigen Aussage wurde von Zelazko (1983) [2] über permanente Radikale in kommutativen lokalkonvexen Algebren formuliert. Der angegebene Beweis des Satzes über Gaugefunktionale soll zeigen, dass Elementen in sogar in beliebigen topologischen Algebren permanent singuläre Elemente sind.

Korrollar: TNT-KP-TKP

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Sei , dann gilt:

Offene Frage

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Welche Voraussetzungen müssen für die Topologie gelten, damit

erfüllt ist? Welche Klassen von Algebren erfüllen die Bedingung ? Für lokalbeschränkte Algebren, also insbesondere Banachalgebren, erhält man die Gleichung , denn für gilt:

Siehe Satz zur Charakterisierung von -regulärem Elementen.

Bemerkung: Resultat basieren auf dem Konzept von permanenten Radikalen

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Der Satz über Summen

  • von Elementen mit kleine Potenzen und
  • topologische Nullteiler

wurde bereits von Zelazko (1983)[3] formuliert. Der Beweis wurde dort aber nur für kommutative lokalkonvexe Algebren geführt und erforderte in dem Artikel Ergebnisse aus der Theorie über permanente Radikale. Der oben angegebene Beweis zeigt, dass die von Zelazko bewiesene Formulierung der Summen von Elementen aus bzw. auch für topologische Algebren allgemein über Gaugefunktionale bewiesen werden kann.

Bemerkung: Dreiecksungleichung in lokalkonvexen Räumen

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Der von Zelazko geführte Beweis für kommuntative lokalkonvexe Algebren, kann auch vereinfacht werden, wenn man die folgende Subadditivität von -Funktionalen ausnutzt, wie z.B.

Aufgabe für Studierende

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  • Formulieren Sie den obigen Satz in bzw. -Algebren für Halbnormen bzw. Quasihalbormen und erläutern Sie, wie sich die Abschätzung vereinfachen.
  • Formulieren Sie den obigen Satz in bzw. -Algebren für submultiplative Halbnormen bzw. submultiplative Quasihalbormen und erläutern Sie, wie sich die Abschätzung vereinfachen.
  • Betrachten Sie das Vorgehen im Beweis und analysieren Sie, welche Bedeutung die Kommuntativität hat. Kann man den Beweis ebenfalls ohne die von Zelazko verlangte Kommuntativität<ref name="LCsingZelazko"> der Multiplikation führen?

Bemerkung: K-reguläre Elemente und TKP-Eigenschaft

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Wenn ein Element topologisch kleine Potenzen besitzt ist es permanent singulär in jeder -Erweiterung der gegebenen Algebra und umgekehrt kann -reguläres Element , das in einer -Algebraerweiterung invertierbar ist, keine topologisch kleinen Potenzen besitzen. Kernfrage ist, ob ein Element, das keine topologisch kleinen Potenzen besitzt, dann auch in einer -regulär ist.

Satz: Stetigkeitssequenzen K-Regularität

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Sei und , dann gibt es für alle , ein , eine Folge von Gaugefunktionalen mit Konstanten mit , für die folgende Bedingungen gelten:

  • (SK1) für alle und ,
  • (SK2) für alle und .

Beweis

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Der Beweise des Satzes über Stetigkeitssequenzen bei K-Regularität erfolgt wieder über die Kontraposition, dass man annimmt, dass ein Element -regulär ist.

LC-Regularität

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Die obige Aussage ist sogar äquivalent zur -Regularität in kommutativen lokalkonvexe Algebren. Der Beweis des Satzes erfolgt analog zum Satz, der die TKP-Eigenschaft über Gaugefunktionale charakterisiert.

Beweis

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Für alle gibt es wegen der Stetigkeit der Multiplikation ein mit

TGP-Bedingung

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Zu existieren aufgrund der Eigenschaft von , topologisch große Potenzen zu besitzen, ein mit

und positiven Konstanten . Setzt man , dann ist eine antitone Folge von (nicht notwendigerweise unitalen) Teilalgebren von .

Vielfachenmengen von Potenzen

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Auf den Vielfachenmengen von Potenzen werden mit für , und folgende Abbildungen definiert:

Wohldefiniertheit der Abbildung

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Zur Wohldefiniertheit der Abbildung: Da keine topologisch kleinen Potenzen besitzt, ist wegen auch kein Nullteiler in . Daher kann man für jedes und jedes genau ein finden mit .

Isotonie der Koeffizienten 1

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Ferner sei eine isotone Folge mit

Isotonie der Koeffizienten 2

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Mit der Definition der ist auch eine isotone Folge. Für und gilt:

und

Abschätzung Gaugefunktionaleigenschaft

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Es bleibt noch zu zeigen, dass man das Gaugefunktional zu einem Gaugefunktional mit den geforderten Eigenschaften (SK1) und (SK2) auf ganz erweitern kann. Man definiert Abbildungen mit

Erweiterung von der Vielfachenmenge auf die Algebra

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Nun wird mit der Abbildung das Gaugefunktional für wie folgt definiert:

Da für alle , erhält man mit auch die Ungleichung .

Beschränktheit der Gaugefunktionale

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Ferner können die Gaugefunktionale durch ein Gaugefunktional mit positiven Konstanten beschränkt werden, denn mit gilt:

Abschätzung bzgl. Produkte mit z

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Die Abschätzung für überträgt sich auch auf die erweiterten Funktionale, denn man erhält mit und

Eigenschaft Gaugefunktionalsequenz

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Insgesamt ergeben sich die Behauptungen (SK1) und (SK2) für die Gaugefunktionalsequenz.

Bemerkung

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Die Bedingungen (SK1) und (SK2) aus Satz über -reguläre Elemente kann man für ein -reguläres Element auch unmittelbar erhalten.

Satz: TKP und K-Regularitätseigenschaften

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Sei und ein -reguläres Element gegeben, dann gibt es zu jedem eine Folge von -Funktionalen mit Konstanten , und ein mit

  • für alle und ,
  • für alle , .


Durch geeignet gewählte Vielfache der -Funktionale erhält man ebenfalls die bereits bekannten Abschätzungen und .

Korrollar

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Sei und ein -reguläres Element gegeben, dann gibt es zu jedem eine Folge von -Funktionalen mit Konstanten und ein mit

  • für alle und ,
  • für alle , .


Siehe auch

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Quellennachweise

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  1. Zelazko, Wiezlaw (1985) Topological divisors of zero, their applications and generalization.Geometry seminars, (Italian) (Bologna, 1985), 175–191, Univ. Stud. Bologna, Bologna, 1986
  2. Zelazko Wieslaw, On permanent radicals in commutative locally convex algebras, Studia Math. 75 (1983), S. 265-272
  3. Zelazko Wieslaw, (1983), On permanent radicals in commutative locally convex algebras, Studia Math. 75 S. 265-272

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