前置
定义
广义全函数空间
设 为任意非空集合, 为任意域。定义
为从 到 的全体函数之集合,称为广义全函数空间。
在 上定义逐点(Pointwise)加法与数乘:
其中 ,,。式中 与 均为域 内的运算; 中的 只起指标作用,不要求 本身带有加法、乘法或拓扑结构。因此, 的域结构经逐点运算自然地传递到函数集合上。
容易验证 满足向量空间公理:
- 加法交换群:零元为 ,逆元为 ;
- 数乘分配律:,;
- 结合律与单位元:,。
故 构成 上的向量空间。
连续函数空间
设 为拓扑空间, 为拓扑域(通常 或 ,赋予标准拓扑)。定义
为从 到 的全体连续函数之集合,称为连续函数空间。且 是 的线性子空间。
要证 构成 上的向量空间,只需证其对逐点加法和数乘封闭。设 ,。
加法封闭性. 拓扑域 上的加法 连续。由 连续,对角映射 , 连续(积拓扑下各分量连续则积映射连续)。于是
为连续映射的复合,故 。
数乘封闭性. 拓扑域 上的乘法 连续。映射 , 连续。于是
为连续映射的复合,故 。
综上, 对逐点运算封闭,是 的线性子空间,从而也是 上的向量空间。
紧支撑连续函数空间
设 为拓扑空间, 为拓扑域。对 ,定义其支撑集为
定义
为紧支撑连续函数空间(Continuous Functions with Compact Support)。
证明: 是 的线性子空间
设 ,。 已对逐点运算封闭,故 ;只需证二者仍具紧支撑。
加法封闭性
若 ,则 与 不能同时为零,故
取闭包。闭包保持包含关系,且 ,得
由 , 与 均为紧集,其有限并仍紧。又 按定义闭,且为紧集的闭子集,故仍紧。因此 。
数乘封闭性
若 : 为恒零函数, 为紧集。
若 :域中无零因子,故 ,从而
为紧集。
综上,。故 对逐点加法和数乘封闭,是 (从而也是 )的线性子空间。