设‖·‖是C[a b]上的完备范数使得若‖xn-x‖→0 则对每个t∈[a b] xn(t)→x(t)。证明‖·‖等价于上确界范数‖·‖∞

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设‖·‖是C[a,b]上的完备范数使得若‖xn-x‖→0,则对每个t∈[a,b],xn(t)→x(t)。证明‖·‖等价于上确界范数‖·‖∞

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答案解析

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  • 设X1表示C[a,b]赋有给定的范数‖·‖,X2表示C[a,b]赋有上确界范数‖·‖∞。它们都是Banach空间。考虑恒等映射I:X2→X1。则,是线性的。为了证它的图像是闭的。设在X2中xn→n在X1中I(xn)→y,即当n→∞时有‖xn-x‖∞→0且‖I(x)-y‖→O。所以
       ‖xn-y‖=‖I(xn)-y‖→0
        由题设条件知对每个t有xn(t)→y(t)。由于
       |xn(t)-x(t)|≤‖xn-x‖∞→0,
       从而对每个t∈[a,b]均有y(t)=x(t)。因此y=x=I(x)。这就证明了I的图像是闭的。由闭图像定理知I是连续的。所以存在α>0使得对所有x有‖Ix‖≤α‖x‖∞类似地,知存在β>0使得对所有x有‖x‖∞≤β‖x‖。这就证明了要证的结果。