Der Darstellungssatz von Riesz-Markow, teilweise auch Darstellungssatz von Riesz oder Darstellungssatz von Riesz-Markov-Kakutani genannt, ist ein mathematischer Satz aus dem Grenzgebiet der Maßtheorie und der Funktionalanalysis. Er trifft eine Aussage darüber, welche positiven Linearformen auf Funktionenräumen durch Maße dargestellt werden können und liefert damit auch Beschreibungen der entsprechenden topologischen Dualräume. Er ist nach Frigyes Riesz, Andrei Andrejewitsch Markow und Shizuo Kakutani benannt.
Motivation Bearbeiten
Betrachtet man einen Hausdorff-Raum und einen dazugehörigen Maßraum , versehen mit der Borelschen σ-Algebra und einem Borel-Maß (im Sinne eines lokal endlichen Maßes), so stellt man fest, dass für jedes , also jede stetige Funktion mit kompaktem Träger
gilt. Stetige Funktionen auf einem kompakten Träger sind also immer bezüglich eines Borel-Maßes integrierbar. Außerdem definiert
ein lineares Funktional durch
das positiv ist in dem Sinne, dass
ist. Darauf aufbauend stellen sich folgende Fragen:
- Existiert zu jedem positiven Funktional im oben definierten Sinne ein Borel-Maß, das dieses Funktional „darstellt“?
- Falls dieses Borel-Maß existiert, ist es eindeutig?
Außerdem stellen sich dann entsprechende weiterführende Fragen: Sind die obigen Fragen (positiv oder negativ) beantwortet, existieren weitere topologische Räume , Funktionenklassen und Mengen von Maßen , so dass sich jedes positive Funktional auf durch Elemente aus darstellen lässt, und ist diese Darstellung eindeutig?
Aussage Bearbeiten
Sei ein Hausdorff-Raum und die Borelsche σ-Algebra und ein Radon-Maß auf . Für gilt also
- lokale Endlichkeit: für jedes existiert eine offene Umgebung mit
- Regularität von innen: Für alle gilt
Des Weiteren sei
- der Raum aller stetigen Funktionen mit kompaktem Träger
- die Raum aller stetigen Funktionen, die im Unendlichen verschwinden
- der Raum aller stetigen Funktionen.
Eine lineare Abbildung
von einem Funktionenraum heißt nun eine positive Linearform, wenn
gilt. Der Darstellungssatz besagt nun:
- Ist ein lokalkompakter Raum, so wird jede positive Linearform auf durch ein eindeutiges Radon-Maß bestimmt.
- Ist ein lokalkompakter Raum, so wird jede positive Linearform auf durch ein eindeutiges, endliches Radon-Maß dargestellt.
- Ist lokalkompakt und σ-kompakt, so wird jede positive Linearform auf durch ein eindeutiges Radon-Maß mit kompaktem Träger dargestellt.
Die Darstellung ist dann jeweils gegeben durch
wobei das entsprechende (endliche) Radon-Maß (mit kompaktem Träger) ist und die Aussage für alle aus dem entsprechenden Funktionenraum gilt.
Varianten Bearbeiten
Es existieren zahlreiche Modifikationen des Darstellungssatzes. So kann man
- andere topologische Räume als Grundraum wählen wie beispielsweise vollständig reguläre Räume,
- alternative σ-Algebren wählen wie beispielsweise die Vervollständigung der Borelsche σ-Algebra bezüglich eines Maßes oder die σ-Algebra der Baireschen Mengen,
- weitere Funktionenklassen wählen wie beispielsweise die beschränkten stetigen Funktionen
- andere Regularitätsanforderungen an das darstellende Maß stellen,
Entsprechend diesen vielfältigen Abstufungen gibt es verschiedene Varianten, den Darstellungssatz zu formulieren.
Folgerungen Bearbeiten
Ausgehend von der Darstellung positiver Linearformen lassen sich die Dualräume gewisser Funktionenräume herleiten, indem man eine Linearform eindeutig in zwei positive Linearformen (Positivteil und Negativteil) zerlegt. Teilweise werden dann auch diese Aussagen über die Dualräume als der Darstellungssatz von Riesz bezeichnet.
So liefern die obigen Aussagen dann, dass der Raum der regulären signierten oder komplexen Maße, versehen mit der Totalvariationsnorm, normisomorph zum Dualraum von ist.
Weblinks Bearbeiten
- Riesz representation theorem. In: Michiel Hazewinkel (Hrsg.): Encyclopedia of Mathematics. Springer-Verlag und EMS Press, Berlin 2002, ISBN 1-55608-010-7 (englisch, encyclopediaofmath.org).
- Eric W. Weisstein: Riesz Representation Theorem. In: MathWorld (englisch).
Literatur Bearbeiten
- Dirk Werner: Funktionalanalysis. 7., korrigierte und erweiterte Auflage. Springer-Verlag, Heidelberg/ Dordrecht/ London/ New York 2011, ISBN 978-3-642-21016-7, doi:10.1007/978-3-642-21017-4.
- Jürgen Elstrodt: Maß- und Integrationstheorie. 6., korrigierte Auflage. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-89727-9, doi:10.1007/978-3-540-89728-6.