对偶空间与对偶性

求值映射

求值映射是把向量变成双重对偶中元素的、不依赖基的配方。给定 V 中的 v,定义 ev(v) 为 V* 上的一个泛函,它在任意 f 上的取值就是 f(v)。用符号写:ev(v)(f) = f(v):向量在那儿等着,无论哪个泛函过来,都把 v 喂给它。

两边都满足线性,这正是要害。ev 关于 v 线性(所以它是真正的线性映射 V -> (V*)*),且 ev(v) 关于 f 线性(所以它是 V* 上真正的泛函)。它还无需任何额外假设便是单射:若 v 非零,则有某个泛函把它与 0 分开,故 ev(v) 不是零泛函。在有限维中,单射加上维数相等就迫使它成为同构。

使它“典范”的,是我们自始至终没有选取基、内积或任何辅助数据——只用到了泛函的定义。这就是为什么每个线性映射都自动尊重它、为什么它与转置可交换,从而赋予对偶干净而无须选取的记账方式。

可随时用它来翻转视角:关于向量的陈述变成关于“作用在泛函上的泛函”的陈述,反之亦然。零化子的双重零化子定理,以及有限维空间的自反性,都不过是求值映射成为同构这一事实。

ev(v)(f) = f(v) ; ev injective always, iso when dim V < infinity

求值把 V 嵌入 (V*)*;在有限维中它就是典范同构。

其单射这一步悄悄用到了泛函可分点:对任意非零 v,存在 f 使 f(v) != 0。在有限维中,只需取一组含 v 的基与相匹配的对偶泛函即可。这是 Hahn-Banach 定理的有限维投影。

又称
canonical map V -> (V*)*evaluation embedding