前置

定义

广义全函数空间

为任意非空集合, 为任意域。定义

为从 的全体函数之集合,称为广义全函数空间

上定义逐点(Pointwise)加法与数乘:

其中 。式中 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

构成 上的向量空间。

连续函数空间

为拓扑空间, 为拓扑域(通常 ,赋予标准拓扑)。定义

为从 的全体连续函数之集合,称为连续函数空间。且 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

为拓扑空间, 为拓扑域。对 ,定义其支撑集

定义

紧支撑连续函数空间(Continuous Functions with Compact Support)。

证明: 的线性子空间

已对逐点运算封闭,故 ;只需证二者仍具紧支撑。

加法封闭性

,则 不能同时为零,故

取闭包。闭包保持包含关系,且 ,得

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

为恒零函数, 为紧集。

: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。