Ivan Shishkin, Rye (1878)

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()=?1(\ell^{\infty})^{*} \stackrel{?}{=} \ell^{1}

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Solution by La chouette aveugle · FR

Soit (c,.)(c,\lVert.\rVert_{\infty}) l’espace des suites réelles convergentes, et ϕ:cR\phi : c \longrightarrow \mathbb{R} définie par xlimnx(n)x \mapsto \lim_{n \rightarrow \infty} x(n). Il est facile de montrer que ϕ\phi est linéaire et continue. Par le théorème de Hahn-Banach, il existe un prolongement ψ\psi de ϕ\phi à \ell^{\infty}. Procédons par l’absurde et supposons qu’il existe x1x \in \ell^{1} tel que ψ=x\psi = x^{*}. Comme xx est 1\ell^{1}, xcx \in c et ϕ(x)=0\phi(x) = 0. Ainsi, ψ(x)=0=n0x(n)2\psi(x) = 0 = \sum_{n \geq 0} x(n)^{2}, et x(n)=0x(n) = 0 pour tout nn. Mais cela signifierait que ψ\psi est nulle, ce qui n’est pas le cas puisque ψ(1N)=10\psi(\mathbf{1}_{\mathbb{N}}) = 1 \neq 0.

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