Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I

We develop topological methods for the investigation of operator inclusions in Banach spaces, prove the generalized Ky Fan inequality, and study the critical points of many-valued mappings in topological spaces.

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2006
Автори: Mel'nik, V. S., Мельник, В. С.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Англійська
Опубліковано: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2006
Онлайн доступ:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3446
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860509539287171072
author Mel'nik, V. S.
Мельник, В. С.
author_facet Mel'nik, V. S.
Мельник, В. С.
author_sort Mel'nik, V. S.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T19:54:47Z
description We develop topological methods for the investigation of operator inclusions in Banach spaces, prove the generalized Ky Fan inequality, and study the critical points of many-valued mappings in topological spaces.
first_indexed 2026-03-24T02:42:42Z
format Article
fulltext UDK 517.9 V. S. Mel\nyk (Yn-t prykl. systemn. analyza NAN Ukrayn¥ y M-va obrazovanyq y nauky Ukrayn¥, Kyev) TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ V BANAXOVÁX PROSTRANSTVAX. I Topological methods of the investigation of operator inclusions in Banach spaces are developed. The Kee Fan generalized inequality is proved and critical points of many-valued mappings in topological spaces are investigated. Rozroblqgt\sq topolohiçni metody doslidΩennq operatornyx vklgçen\ u banaxovyx prostorax. Dovedeno uzahal\nenu nerivnist\ Ki Fanq ta doslidΩeno krytyçni toçky bahatoznaçnyx vidobra- Ωen\ u topolohiçnyx prostorax. 1. Vvedenye. Postanovka zadaçy. Xoroßo yzvestna rol\ operatorn¥x y to- polohyçeskyx metodov v teoryy nelynejn¥x uravnenyj v çastn¥x proyzvodn¥x [1 – 3]. Pry yzuçenyy dyfferencyal\n¥x uravnenyj v çastn¥x proyzvodn¥x voznykaet neobxodymost\ v obobwenyy metodov [1 – 3] na operatorn¥e vklgçe- nyq v banaxov¥x prostranstvax [4, 5]. Krome toho, operatorn¥e vklgçenyq ças- to voznykagt pry yssledovanyy varyacyonn¥x neravenstv. V nastoqwej rabote predstavleno dal\nejßee razvytye metodov [5 – 7]. Pust\ X — banaxovo prostranstvo, X * — eho topolohyçeskoe dvojstvennoe, 〈⋅ ⋅〉 × →∗, :X X X R — kanonyçeskaq forma, A X X: ⇒ ∗ — mnohoznaçnoe oto- braΩenye, gr A = { }( , ) ( )v y X X v A y∈ × ∈∗ — eho hrafyk, D ( A ) = {y X∈ A y( ) }≠ ∅ — πffektyvnoe mnoΩestvo. OtobraΩenye A naz¥vaetsq strohym, esly D ( A ) = X. S kaΩd¥m mnohoznaçn¥m otobraΩenyem A X X: ⇒ ∗ svqΩem verxngg a y v+( , ) = [ ( ), ]A y v + = sup , ( )d A y Xd v ∈ 〈 〉 y nyΩngg a y v−( , ) = [ ( ), ]A y v − = = inf , ( )d A y Xd v ∈ 〈 〉 form¥ na X X× , a takΩe verxngg A y( ) + = sup ( )d A y Xd ∈ ∗ y nyΩngg A y( ) − = sup ( )d A y Xd ∈ ∗ norm¥ operatora A, pryçem esly y ∉ D ( A ) , to sootvetstvenno polahaem a y v+( , ) = a y v−( , ) = 0 ∀ v ∈ X , A y( ) + = A y( ) − = = 0. Mnohoznaçnomu operatoru A X X: ⇒ ∗ sootvetstvuet otobraΩenye ∗ ∗co A X X: ⇒ , opredelqemoe sootnoßenyem ∗ co A y( ) = ∗ co ( ( ))A y , hde symvol ∗— oznaçaet zam¥kanye mnoΩestva co A y( ) v σ( ; )X X∗ -topolohyy prostranstva X∗ , pryçem D ( A ) = ∗ D A( )co . Oboznaçym çerez C XV ( )∗ sovokupnost\ vsex ne- pust¥x *-slabo zamknut¥x v¥pukl¥x podmnoΩestv prostranstva X∗ . Prost¥my v¥çyslenyqmy proverqetsq spravedlyvost\ sledugweho utverΩ- denyq. PredloΩenye*1. Pust\ A B X X, : ⇒ ∗ — strohye otobraΩenyq. Tohda dlq y v v v X, , ,1 2 ∈ spravedlyv¥ sledugwye svojstva: 1) funkcyonal X w a y w� � +( , ) — v¥pukl¥j, poloΩytel\no odnorodn¥j, poluneprer¥vn¥j snyzu; 2)>>[ ( ), ] [ ( ), ]A y v A y v1 2+ −+ ≤ [ ( ), ]A y v v1 2+ + ≤ [ ( ), ] [ ( ), ]A y v A y v1 2+ ++ , [ ( ), ] [ ( ), ]A y v A y v1 2− −+ ≤ [ ( ), ]A y v v1 2+ − ≤ [ ( ), ] [ ( ), ]A y v A y v1 2− ++ ; 3) [ ( ) ( ), ]A y B y v+ + = [ ( ), ] [ ( ), ]A y v B y v+ ++ , [ ( ) ( ), ]A y B y v+ − = = [ ( ), ] [ ( ), ]A y v B y v− −+ ; © V. S. MEL|NYK, 2006 184 ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ … 185 4) [ ( ), ]A y w + = [ ( ), ]B y w + ∀ ∈w X ⇔ ∗ co A y( ) = ∗ co B y( ) , [ ( ), ]A y w + ≥ ≥ 〈 〉d w X, ∀ ∈w X ⇔ d ∈ ∗ co A y( ) ; 5) [[ ( ), ]]A y v + ≤ A y v X( ) + , [[ ( ), ]]A y v − ≤ A y v X( ) − , hde [[ ( ), ]]A y v + = = sup , ( )d A y Xd v ∈ 〈 〉 , [[ ( ), ]]A y v − = inf , ( )d A y Xd v ∈ 〈 〉 ; 6) funkcyonal ⋅ →+ ∗ +: ( )C XV R opredelqet normu na ohranyçenn¥x pod- mnoΩestvax yz C XV ( )∗ ; 7) funkcyonal ⋅ →− ∗ +: ( )C XV R korrektno opredelen, pryçem: a) 0 ∈ ∈ ∗A y C XV( ) ( ) ⇔ A y( ) − = 0 ; b) α αA y A y( ) ( )− −= ; v) A y B y A y B y( ) ( ) ( ) ( )+ ≤ +− − − ; 8) d A y B yH ( ( ), ( )) ≥ A y B y( ) ( )+ +− , d A y B yH ( ( ), ( )) ≥ A y B y( ) ( )− −− , A y B y( ) ( )− + ≥ A y B y( ) ( )+ −− , A y B y( ) ( )− − ≥ A y B y( ) ( )− +− , h d e dH — metryka Xausdorfa. Zameçanye*1. Nesmotrq na to çto funkcyonal ⋅ →+ ∗ +: ( )C XV R zadaet normu na ohranyçenn¥x podmnoΩestvax C XV ( )∗ , poroΩdennaq πtoj normoj metryka d A y B y( ( ), ( )) = A y B y( ) ( )− + ymeet rqd patolohyçeskyx svojstv. V çastnosty, d A y B y( ( ), ( )) = 0 tohda y tol\ko tohda, kohda A ( y ) = B ( y ) — odno- toçeçn¥e mnoΩestva. Poπtomu bolee estestvennoj metryçeskoj strukturoj na C XV ( )∗ qvlqetsq struktura metryçeskoho prostranstva s metrykoj Xausdorfa. Pust\ V, W — banaxov¥ prostranstva, A V V: ⇒ ∗ , A W W: ⇒ ∗ — mnoho- znaçn¥e otobraΩenyq. Predpolahaem, çto prostranstvo X s normoj y X = = y yV W+ plotno v V y v W. V πtom sluçae X V W∗ ∗ ∗= + . V rabote rassmatryvagtsq operatorn¥e vklgçenyq A ( y ) + B ( y ) � f . (1) ∏lement y ∈ X , udovletvorqgwyj (1), naz¥vaetsq strohym reßenyem vklgçe- nyq y, sootvetstvenno, slab¥m reßenyem (1), esly v¥polnqetsq neravenstvo [ ( ), ] [ ( ), ]A y w B y w+ ++ ≥ 〈 〉f w X, ∀ w ∈ X . (2) Otmetym, çto kaΩdoe strohoe reßenye qvlqetsq slab¥m, no ne naoborot. 2. Klass¥ otobraΩenyj. V πtom punkte vvodqtsq y yzuçagtsq osnovn¥e konstrukcyy mnohoznaçn¥x otobraΩenyj, dejstvugwyx yz banaxova prostran- stva X v soprqΩennoe X∗ . Dlq uprowenyq v¥kladok ohranyçymsq strohymy otobraΩenyqmy. Pry πtom zametym, çto [ ( ), ] ( ),[ ]A y v A y v+ ∗ += co , [ ( ), ]A y v − = = [ ]( ), ∗ −co A y v ∀ y, v ∈ X , ∗ + co A y( ) = A y( ) + , a esly prostranstvo X ref- leksyvno, to ∗ − co A y( ) = A y( ) − , a takΩe [ ( ), ]A y v + ≥ 〈 〉d v X, ∀ v ∈ D ⊂ X ⇔ ∗ co A y( ), hde D — vsgdu plotnoe mnoΩestvo, A ( y ) — ohranyçennoe mnoΩestvo v X∗ . Opredelenye*1. OtobraΩenye A X X: ⇒ ∗ naz¥vaetsq: a) λ-psevdomonotonn¥m, esly yz toho, çto y yn → slabo v X, y neraven- stva ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 186 V. S. MEL|NYK lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≤ 0, (3) hde dn ∈ ∗ co A y( ) , sleduet suwestvovanye podposledovatel\nostej { }ym ⊂ ⊂ { }yn , { } { }d dm n⊂ , dlq kotor¥x lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ( ), ]A y y v− − ∀ v ∈ X ; (4) b) λ0-psevdomonotonn¥m, esly yz y yn → slabo v X , ∗ →co A y d dn n( ) � * -slabo v X∗ y neravenstva (3) poluçaem (4). Zameçanye*2. Ydeq perexoda k podposledovatel\nostqm v opredelenyy 1 pozaymstvovana u Y. V. Skr¥pnyka [1]. Zameçanye*3. Oçevydno, kaΩdoe λ-psevdomonotonnoe otobraΩenye qvlq- etsq λ0-psevdomonotonn¥m. Dlq ohranyçenn¥x otobraΩenyj verna y obratnaq ymplykacyq. Dejstvytel\no, pust\ A X X: ⇒ ∗ — λ0-psevdomonotonnoe oto- braΩenye, y yn → slabo v X, ymeet mesto (3), hde dn ∈ ∗ co A yn( ). Yz ohrany- çennosty operatora A neposredstvenno sleduet ohranyçennost\ ∗ co A , a zna- çyt, y posledovatel\nosty { }dn v X∗ . Sledovatel\no, najdutsq podposledo- vatel\nosty { } { }d dm n⊂ y, sootvetstvenno, { } { }y ym n⊂ takye, çto d dm → * -slabo v X∗ , y pry πtom lim , m m m Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≤ lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≤ 0. Odnako operator A — λ0-psevdomonotonn¥j, poπtomu najdetsq ewe odna pod- posledovatel\nost\ (soxranym dlq nee preΩnee oboznaçenye), dlq kotoroj lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ( ), ]A y y v− − ∀ v ∈ X , çto y dokaz¥vaet nuΩnoe utverΩdenye. (Obratym vnymanye, çto dlq klassyçe- skyx opredelenyj (bez perexoda k podposledovatel\nostqm) πto utverΩdenye problematyçno.) V rabote [4] vveden klass obobwenno psevdomonotonn¥x operatorov. Opera- tor A X X: ⇒ ∗ naz¥vaetsq psevdomonotonn¥m, esly: 1) A y C XV( ) ( )∈ ∗ y A ( y ) ohranyçeno v X * ∀ y ∈ D ( A ) ; 2) dlq kaΩdoj par¥ posledovatel\nostej { }yn , { }dn takoj, çto dn>∈ ∈ A ( yn ) , y yn → slabo v X, d dn → * -slabo v X *, y neravenstva (4) ymeem d ∈ ∈ A ( y ) y 〈 〉 → 〈 〉d y d yn n X X, , . PredloΩenye*2. KaΩd¥j obobwenno psevdomonotonn¥j operator qvlqet- sq λ0-psevdomonotonn¥m. Dokazatel\stvo. Pust\ y yn → slabo v X, A y d dn n( ) � → * -slabo v X * y v¥polnqetsq (3). Tohda v sylu obobwennoj psevdomonotonnosty 〈 〉d yn n X, → → 〈 〉d y X, , d ∈ A ( y ) , sledovatel\no, lim , n n n Xd y v →∞ 〈 − 〉 = 〈 − 〉d y v X, ≥ [ ( ), ]A y y v− − ∀ v ∈ X . PredloΩenye>2 ne qvlqetsq obratym¥m, tem ne menee, spravedlyvo sledug- wee utverΩdenye. PredloΩenye*3. Pust\ A X X: ⇒ ∗ — λ 0-psevdomonotonn¥j operator. Tohda ymeet mesto sledugwee svojstvo: ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ … 187 yz y yn → slabo v X , ∗ →co A y d dn n( ) � * -slabo v X * y neravenstva (3) v¥tekaet suwestvovanye takyx podposledovatel\nostej { } { }y ym n⊂ , { } { }d dm n⊂ , çto 〈 〉 → 〈 〉d y d ym m X X, , , pryçem d ∈ ∗ co A y( ). Dokazatel\stvo. Pust\ { }yn , { }dn — trebuem¥e posledovatel\nosty, sledovatel\no, moΩno v¥delyt\ takye podposledovatel\nosty { }ym , { }dm , dlq kotor¥x v¥polnqetsq neravenstvo (4). Polahaq v poslednem v = y, polu- çaem 〈 − 〉d y ym m X, → 0 yly 〈 〉 → 〈 〉d y d ym m X X, , . Pry πtom 〈 − 〉d y v X, = lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ( ), ]A y y v− − ∀ v ∈ X . Otsgda yz predloΩenyq 1 poluçaem d ∈ ∗ co A y( ) . PredloΩenye*4. Pust\ A X X: ⇒ ∗ — ohranyçennoznaçnoe λ-psevdomo- notonnoe otobraΩenye. Tohda spravedlyvo sledugwee svojstvo: yz y yn → slabo v X y neravenstva (3) v¥tekaet suwestvovanye takyx podposledova- tel\nostej { }ym , { }dm , çto dlq kaΩdoho v ∈ X najdetsq ζ ( v ) ∈ ∗ co A y( ), dlq kotoroho lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ 〈 − 〉ζ( ),v y v X . (5) Dokazatel\stvo. Pust\ y yn → slabo v X, dn ∈ ∗ co A yn( ) y spravedly- vo>(3). Tohda, v¥delqq sootvetstvugwye podposledovatel\nosty, poluçaem lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ( ), ]A y y v− − ∀ v ∈ X . (6) Sledugwee utverΩdenye qvlqetsq varyantom obobwennoj teorem¥ Vejer- ßtrassa [8]. Lemma*1. Pust\ X — banaxovo prostranstvo, K X⊂ ∗ — * -zamknutoe mnoΩestvo, L X: { }∗ → = + ∞R R ∪ — * -polukompaktn¥j snyzu funkcyonal. Pust\, krome toho, lybo mnoΩestvo K ohranyçeno, lybo lim ( ) v X L v ∗ →∞ = + ∞ . Tohda funkcyonal L ohranyçen snyzu na K, dostyhaet na K toçnoj nyΩnej hrany m y mnoΩestvo E = { }( )v K L v m∈ = * -kompaktno v X∗ . Dokazatel\stvo analohyçno dokazatel\stvu teorem¥ 9.3 yz [8]. MnoΩestvo ∗ co A y( ) * -slabo zamknuto y ohranyçeno, a funkcyonal X∗ � � w � 〈 − 〉w y v X, ∀ v ∈ X * -slabo poluneprer¥ven snyzu. Tohda yz lemm¥ 1 sleduet, çto suwestvuet ζ ( v ) ∈ ∗ co A y( ) takoe, çto [ ( ), ]A y y v− − = = 〈 − 〉ζ( ),v y v X . Otsgda y yz neravenstva (6) poluçaem (5). PredloΩenye 4 dokazano. PredloΩenye*5. Pust\ A B X X, : ⇒ ∗ — λ -psevdomonotonn¥e otobra- Ωenyq y odno yz nyx ohranyçennoznaçnoe. Tohda otobraΩenye C A B= + : X X⇒ ∗ ( )( ) ( ) ( )C y A y B y= + qvlqetsq λ-psevdomonotonn¥m. Opredelenye*2. Mnohoznaçn¥e otobraΩenyq A B X X, : ⇒ ∗ naz¥vagtsq sovmestno s-ohranyçenn¥my, esly dlq lgboho M > 0 suwestvuet K ( M ) > 0 ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 188 V. S. MEL|NYK takoe, çto yz y X ≤ M, 〈 + 〉d y d y y X1 2( ) ( ), ≤ M, hde d y1( ) ∈ ∗ co A y( ) , d y2( )>∈ ∈ ∗ co B y( ), sleduet yly d y X1( ) ∗ ≤ K ( M ) , yly d y X2( ) ∗ ≤ K ( M ) . PredloΩenye*6. Pust\ A B X X, : ⇒ ∗ — λ 0-psevdomonotonn¥e sovmest- no s-ohranyçenn¥e otobraΩenyq. Tohda otobraΩenye C = A + B λ 0-psevdo- monotonnoe. Dokazatel\stvo (predloΩenye 5 dokaz¥vaetsq analohyçno). Pust\ y yn → slabo v X, ∗ →co C y d dn n( ) � * -slabo v X * y ymeet mesto neravenst- vo (3). Lemma*2. V uslovyqx predloΩenyq 6 spravedlyvo ravenstvo ∗ +co ( )( ) ( )A y B y = ∗ ∗ +co coA y B y( ) ( ) ∀ y ∈ X . Dokazatel\stvo. Yzvestno [9], çto co ( )( ) ( )A y B y+ = co coA y B y( ) ( )+ , sledovatel\no, ∗ +co ( )( ) ( )A y B y ⊃ ∗ ∗ +co coA y B y( ) ( ) y, bolee toho, ∗ +co ( )( ) ( )A y B y = ∗ ∗ ∗ +co co co( )( ) ( )A y B y . Dejstvytel\no, v sylu svojstv verxnej form¥ ∗ ++[ ( ) ]( ) ( ) ,co A y B y w = [ ]( ) ( ),A y B y w+ + = [ ] [ ]( ), ( ),A y w B y w+ ++ = = [ ] [ ]( ), ( ),co coA y w B y w ∗ + ∗ ++ = [ ]( ) ( ),co coA y B y w ∗ ∗ ++ = = ∗ ∗ ∗ ++[ ( ) ]( ) ( ) ,co co coA y B y w ∀ w ∈ X . Tohda sohlasno predloΩenyg 1 ∗ +co ( )( ) ( )A y B y = ∗ ∗ ∗ +co co co( )( ) ( )A y B y . Takym obrazom, dlq dokazatel\stva lemm¥ dostatoçno ustanovyt\ zamknutost\ mnoΩestva co coA y B y ∗ ∗ +( ) ( ) v σ( ; )X X∗ -topolohyy. Pust\ ξ n ∈ co co co( )( ) ( )A y B y ∗ ∗ + = co coA y B y ∗ ∗ +( ) ( ), ξ ξn → * -slabo v X *, pryçem ξ ξ ξn n n= ′ + ′′ , hde ′ ∈ ∗ ξn A yco ( ), ′′ ∈ ∗ ξn B yco ( ). Yz ohranyçennosty { }ζn v X * poluçaem ocenku 〈 ′ + ′′ 〉ξ ξn n Xy, ≤ M, otkuda v sylu sovmestnoj s-ohranyçennosty par¥ otobraΩenyj ( A; B ) ymeem yly ′ ≤∗ξn X M , yly ′′ ≤∗ξn X M . V pervom sluçae yz { }′ξn moΩno v¥delyt\ podposledovatel\nost\ (soxra- nym dlq nee to Ωe oboznaçenye) takug, çto ′ → ′ξ ξn * -slabo v X *, pryçem ′ ∈ ∗ ξ co A y( ). No tohda ′′ = − ′ → − ′ = ′′ξ ξ ξ ξ ξ ξn n n * -slabo v X * y ′′ ∈ ∗ ξ co B y( ), t. e. ξ ξ ξ= ′ + ′′ ∈ + ∗ ∗ co coA y B y( ) ( ), çto y dokaz¥vaet zamknutost\ co coA y B y ∗ ∗ +( ) ( ). Lemma 2 dokazana. ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ … 189 Yz lemm¥ 2 sleduet, çto co C yn ∗ ( ) = co coA y B yn n ∗ ∗ +( ) ( ) y d d dn n n= ′ + ′′ , ′ ∈ ∗ d A yn nco ( ), ′′ ∈ ∗ d B yn nco ( ), pry πtom y Mn X ≤ , 〈 ′ + ′′ 〉 ≤d d y Mn n n X, . Znaçyt, suwestvuet K K M= >( ) 0 takoe, çto yly ′ ≤∗d Kn X , yly ′′ ≤∗d Kn X . Tohda, perexodq k podposledovatel\nostqm, moΩno sçytat\, çto ′ → ′d dn * - slabo v X *, yly ′′→ ′′d dn * -slabo v X *. Yz neravenstva (3) sleduet 0 ≥ lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≥ lim , lim , n n n X n n n Xd y y d y y →∞ →∞ 〈 ′′ − 〉 + 〈 ′ − 〉 . V¥berem podposledovatel\nost\ { } { }y ym n⊂ tak, çtob¥ 0 ≥ lim , lim , n n n X n n n Xd y y d y y →∞ →∞ 〈 ′′ − 〉 + 〈 ′ − 〉 ≥ ≥ lim , lim , m m m X m m m Xd y y d y y →∞ →∞ 〈 ′′ − 〉 + 〈 ′ − 〉 . (7) Otsgda sleduet, çto v¥polneno odno yz dvux uslovyj lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 ≤ 0, lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′′ − 〉 ≤ 0. Bez ohranyçenyq obwnosty budem sçytat\, çto lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 ≤ 0. Toh- da yz λ0-psevdomonotonnosty operatora A zaklgçaem, çto lim , m m m X k k k d y v →∞ 〈 ′ − 〉 ≥ [ ]( ),A y y v− − ∀ v ∈ X , (8) hde { } { }y ym mk ⊂ — sootvetstvugwaq podposledovatel\nost\. Podstavlqq v poslednee neravenstvo y = v, poluçaem 〈 〉′ −d y ym m Xk k , → 0. Sledovatel\no, yz (7) naxodym lim , m m m X k k k d y y →∞ 〈 ′′ − 〉 ≤ 0, znaçyt, najdetsq takaq podposledovatel\nost\ { } { }y ym mk k′ ⊂ , dlq kotoroj lim , ′ →∞ ′ ′〈 ′′ − 〉 m m m X k k k d y v ≥ [ ]( ),B y y v− − ∀ v ∈ X . (9) Uçyt¥vaq (8) y (9), okonçatel\no ymeem lim , ′ →∞ ′ ′〈 − 〉 m m m X k k k d y v ≥ lim , lim , ′ →∞ ′ ′ ′ →∞ ′ ′〈 ′ − 〉 + 〈 ′′ − 〉 m m m X m m m X k k k k k k d y v d y v ≥ ≥ lim , lim , m m m X m m m X k k k k k k d y v d y v →∞ ′ →∞ ′ ′〈 ′ − 〉 + 〈 ′′ − 〉 ≥ [ ]( ) ( ),A y B y y v+ − − ∀ v ∈ X . PredloΩenye 6 dokazano. PredloΩenye*7. Pust\ A X X: ⇒ ∗ — λ0-psevdomonotonn¥j operator, a otobraΩenye B X X: → ∗ ymeet sledugwye svojstva: a) otobraΩenye ∗ ∗→co B X X: — kompaktnoe, t. e. obraz ohranyçennoho v X mnoΩestva predkompakten v X * ; b) hrafyk ∗ co B zamknut v X X× ∗ otnosytel\no slaboj topolohyy v X y syl\noj v X * . ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 190 V. S. MEL|NYK Tohda otobraΩenye C = A + B λ0-psevdomonotonnoe. Dokazatel\stvo. Pust\ yn → y slabo v X, d C yn n∈ ∗ co ( ), dn → d * -slabo v X * y lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≤ 0. Poskol\ku operator B X X: → ∗ ohranyçen, to (sm. dokazatel\stvo lemm¥ 2) ∗ co C = co coA B ∗ ∗ + , sledovatel\no, d d dn n n= ′ + ′′ , ′ ∈ ∗ d A yn nco ( ), ′′ ∈ ∗ d B yn nco ( ). V sylu ohranyçennosty B moΩno sçytat\, çto ′′→ ′′d dn * -slabo v X *, a znaçyt, ′ → ′ = − ′′d d d dn * -slabo v X *. Yz neravenstva (3), perexodq k podposledovatel\nosty { } { }y ym n⊂ , naxo- dym 0 ≥ lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≥ lim , n n n Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 + lim , n n n Xd y y →∞ 〈 ′′ − 〉 ≥ ≥ lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 + lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′′ − 〉 . (10) V sylu uslovyq a) moΩno sçytat\, çto ′′ → ′′d dm syl\no v X * y, bolee toho, ′′d ∈ co B y ∗ ( ) (uslovye b) ). Tohda lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 ≤ 0, y snova perexodq k podposledovatel\nostqm (soxranym preΩnee oboznaçenye), v sylu λ0-psevdomonotonnosty poluçaem lim , m m m Xd y v →∞ 〈 ′ − 〉 ≥ [ ]( ),A y y v− − ∀ v ∈ X , lim , m m m Xd y v →∞ 〈 − 〉 = lim , m m m Xd y v →∞ 〈 ′ − 〉 + lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′′ − 〉 ≥ ≥ [ ]( ), ,A y y v d y v X− + 〈 ′′ − 〉− ≥ [ ]( ),C y y v− − ∀ v ∈ X . PredloΩenye 7 dokazano. PredloΩenye*8. Pust\ A X X: ⇒ ∗ — λ 0-psevdomonotonn¥j operator, X kompaktno y plotno v banaxovom prostranstve Y, ∗ ∗co B Y Y: ⇒ — lokal\no ohranyçennoe demyzamknutoe otobraΩenye ( t. e. hrafyk ∗ co B zamknut v Y Y× ∗ otnosytel\no syl\noj topolohyy v Y y * -slaboj v Y * ). Tohda C = A + B — λ0-psevdomonotonnoe otobraΩenye. Dokazatel\stvo. Pust\ v¥polneno neravenstvo (3). Operator ∗ co B lo- kal\no ohranyçen, t. e. dlq lgboho y ∈ X suwestvugt N > 0 y ε > 0 takye, çto ∗ + co B( )ξ ≤ N pry ξ − y X ≤ ε . Oçevydno, lokal\no ohranyçenn¥j operator ohranyçennoznaçn¥j, poπtomu co C y ∗ ( ) = co coA y B y ∗ ∗ +( ) ( ) y dn = ′ + ′′d dn n , ′ ∈ ∗ d A yn nco ( ), ′′∈ ∗ d B yn nco ( ). Posledovatel\nost\ yn → y syl\no v Y y v sylu lokal\noj ohranyçennosty ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ … 191 co B ∗ posledovatel\nost\ { }′′dn ohranyçena v Y * (y v X * ) . Znaçyt, najdetsq podposledovatel\nost\ { } { }′′ ⊂ ′′d dm n takaq, çto ′′ → ′′d dm * -slabo v Y *. V uslovyqx predloΩenyq operator vloΩenyq I Y X∗ ∗ ∗→: neprer¥ven, a znaçyt, I * neprer¥ven y v * -slab¥x topolohyqx [10]. Sledovatel\no, ′′ → ′′d dm * - slabo v X *, tohda ′ = − ′′ → ′ = − ′′d d d d d dm m m * -slabo v X *. Yz neravenstva (9) poluçaem odno yz dvux sootnoßenyj lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′ − 〉 ≤ 0, lim , m m m Xd y y →∞ 〈 ′′ − 〉 ≤ 0. V sylu kompaktnosty vloΩenyq X ⊂ Y ym → y syl\no v Y, a posledovatel\- nost\ { }′′dm ohranyçena v Y *, poπtomu 〈 ′′ − 〉d y ym m X, → 0. Tohda yz (10) sle- duet lim , m m m X k d y v →∞ 〈 ′ − 〉 ≤ 0, otkuda posle perexoda k podposledovatel\nosty ymeem lim , m m m X k k k d y v →∞ 〈 ′ − 〉 ≥ [ ]( ),A y y v− − ∀ v ∈ X . Dalee, poskol\ku operator co B ∗ demyzamknut, to d ″ ∈ co B y ∗ ( ) y lim , m m m X k k k d y v →∞ 〈 − 〉 = lim , lim , m m m X m m m X k k k k k k d y v d y v →∞ →∞ 〈 ′ − 〉 + 〈 ′′ − 〉 ≥ ≥ [ ] [ ]( ), ( ),A y y v B y y v− + −− − = [ ]( ),C y y v− − ∀ v ∈ X . PredloΩenye 8 dokazano. Opredelenye*3. Operator A X X: ⇒ ∗ naz¥vaetsq: a) radyal\no neprer¥vn¥m sverxu, esly dlq lgb¥x x, h ∈ X lim ( ),[ ] t A x th h → + ++ 0 ≤ [ ]( ),A x h + ; b) radyal\no poluneprer¥vn¥m, esly dlq lgb¥x x, h ∈ X lim ( ),[ ] t A x th h → + −+ 0 ≤ [ ]( ),A x h + . (Oçevydno, spravedlyva ymplykacyq a) ⇒ b) . ) PredloΩenye*9. Pust\ A X X: ⇒ ∗ — poluneprer¥vn¥j sverxu operator yz prostranstva X s syl\noj topolohyej v X * s topolohyej σ ( );X X∗ . Tohda A — radyal\no poluneprer¥ven. Dokazatel\stvo. KaΩd¥j poluneprer¥vn¥j sverxu operator yz prostran- stva X s syl\noj topolohyej v X * s topolohyej σ ( );X X∗ qvlqetsq xemyne- prer¥vn¥m sverxu [11], t. e. yz toho, çto xn → x syl\no, sleduet lim ( ),[ ] n nA x v →∞ + ≤ [ ]( ),A x v + ∀ v ∈ X . Ostalos\ zametyt\, çto xemyneprer¥vn¥j sverxu operator qvlqetsq radyal\no neprer¥vn¥m sverxu, a znaçyt, y radyal\no poluneprer¥vn¥m. Oboznaçym çerez Φ0 klass neprer¥vn¥x funkcyj C : R R R+ +× → takyx, çto t C r tr− →1 1 2 0( ; ) pry t → + 0 ∀ ≥r r1 2 0, . Opredelenye*4. OtobraΩenye A X X: ⇒ ∗ naz¥vaetsq: a) operatorom s poluohranyçennoj varyacyej (p. o. v.), esly dlq lgboho R > ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 192 V. S. MEL|NYK > 0 y proyzvol\n¥x y1 , y2 ∈ X takyx, çto y Ri X ≤ , i = 1, 2, v¥polnqetsq neravenstvo [ ]( ),A y y y1 1 2− − ≥ [ ]( ), ;A y y y C R y y X2 1 2 1 2− − − ′( )+ , (11) hde C ∈Φ0 , ⋅ ′ X — kompaktnaq norma na X ; b) operatorom s l -p. o. v., esly vmesto (11) v¥polnqetsq sledugwee: [ ]( ),A y y y1 1 2− − ≥ [ ]( ), ;A y y y C R y y X2 1 2 1 2− − − ′( )− . (12) PredloΩenye*10. Pust\ A A A X X= + ∗ 0 1 : ⇒ , hde A X X0 : ⇒ ∗ — mo- notonnoe otobraΩenye, a operator A X X1 : ⇒ ∗ ymeet sledugwye svojstva: 1) suwestvuet lynejnoe normyrovannoe prostranstvo Y , v kotoroe X vloΩeno kompaktno y plotno; 2) operator A Y Y1 : ⇒ ∗ odnoznaçn¥j y lokal\no polynomyal\n¥j, t. e. dlq lgboho R > 0 najdutsq natural\noe n = n ( R ) y polynom P tR( ) = = λα α α ( )R t n0< ≤∑ s neprer¥vn¥my koπffycyentamy λα( )R ≥ 0 takye, çto spravedlyva ocenka A y A y Y1 1 1 2( ) ( )− ∗ ≤ P y yR Y1 2−( ) ∀ ≤y Ri Y , i = 1, 2. Tohda A — operator s p. o. v. PredloΩenye*11. Pust\ v predloΩenyy 10 operator A X X0 : ⇒ ∗ l -mo- notonn¥j, t. e. [ ]( ),A y y y0 1 1 2− − ≥ [ ]( ),A y y y0 2 1 2− − ∀ y1 , y2 ∈ X , a vmesto uslovyq 2 v¥polnqetsq sledugwee: 2 ′>) otobraΩenye (mnohoznaçnoe) A Y Y1 : ⇒ ∗ lokal\no polynomyal\noe v tom sm¥sle, çto dlq lgboho R > 0 suwestvugt n = n ( R ) y polynom P tR( ) , dlq kotor¥x dist ( )( ), ( )A y A y1 1 1 2 ≤ P y yR Y1 2−( ), y Ri Y ≤ , i = 1, 2. (13) Tohda A = A0 + A1 — operator s l -p. o. v. DokaΩem predloΩenye>11 (predloΩenye>10 dokaz¥vaetsq analohyçno). Poskol\ku [ ]( ),A y y y0 1 1 2− − ≥ [ ]( ),A y y y0 2 1 2− − ∀ y1 , y2 ∈ X , dostatoçno ocenyt\ [ ] [ ]( ), ( ),A y y y A y y y1 1 1 2 1 2 1 2− − −− − . Dlq proyzvol\n¥x d A y1 1 1∈ ( ), d A y2 1 2∈ ( ) naxodym 〈 − 〉 − 〈 − 〉d y y d y yX X2 1 2 1 1 2, , = 〈 − 〉 − 〈 − 〉d y y d y yY Y2 1 2 1 1 2, , ≤ ≤ d d y yY Y1 2 1 2− −∗ , sledovatel\no, [ ] [ ]( ), ( ),A y y y A y y y1 2 1 2 1 1 1 2− − −− − ≤ dist ( )( ), ( )A y A y y y Y1 1 1 2 1 2− . Otsgda y yz ocenky (13) pry y Ri Y ≤ , i = 1, 2 (sootvetstvenno y Ri X ≤ ˆ ), poluçaem [ ]( ),A y y y1 1 1 2− − ≥ [ ]( ), ˆ;A y y y C R y y X1 2 1 2 1 2− − − ′( )− , ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 TOPOLOHYÇESKYE METODÁ V TEORYY OPERATORNÁX VKLGÇENYJ … 193 hde ⋅ ′ = ⋅X Y , C R t P t tR( , ) ( )= . Netrudno proveryt\, çto C ∈Φ0 . PredloΩenye 11 dokazano. PredloΩenye*12. Pust\ v¥polneno odno yz dvux uslovyj: 1) A X X: ⇒ ∗ — radyal\no poluneprer¥vn¥j operator s p. o. v.; 2) A X X: ⇒ ∗ — radyal\no neprer¥vn¥j sverxu operator s l - p. o. v. y kompaktn¥my znaçenyqmy. Tohda A — λ0-psevdomonotonnoe otobraΩenye. Dokazatel\stvo. Pust\ y yn → slabo v X , co A y d dn n ∗ →( ) � * -slabo v X * y lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≤ 0. Yspol\zuq svojstvo p.>o.>v. operatora A, zaklgçaem, çto 〈 − 〉d y vn n X, ≥ [ ]( ),A y y vn n − − ≥ [ ]( ), ;A v y v C R y vn n X− − − ′( )+ ∀ v ∈ X . Funkcyq X w A v w� � [ ]( ), + v¥puklaq y poluneprer¥vnaq snyzu, a znaçyt, y slabo poluneprer¥vnaq snyzu. Poπtomu, podstavlqq v poslednee neravenstvo v y= y perexodq k predelu, s uçetom svojstv funkcyy C poluçaem lim , n n n Xd y y →∞ 〈 − 〉 ≥ 0, t. e. 〈 − 〉d y yn n X, → 0. Dlq proyzvol\n¥x h ∈ X y τ ∈ [ 0, 1 ] poloΩym w ( τ ) = τ h + ( 1 – τ ) y , tohda 〈 − 〉d y wn n X, ( )τ ≥ [ ]( ( )), ( ) ; ( )A w y w C R y wn n Xτ τ τ− − − ′( )+ , yly v predele τ lim , n n Xd y h →∞ 〈 − 〉 ≥ τ τ τ[ ]( ( )), ;A w y h C R y h X− − − ′( )+ . Razdelyv poluçennoe neravenstvo na τ y perejdq k predelu po τ → + 0 , s uçe- tom radyal\noj poluneprer¥vnosty y svojstv funkcyy C poluçym lim , n n Xd y h →∞ 〈 − 〉 ≥ lim ( ( )), lim ;[ ] τ τ τ τ τ → + + → + − + − ′( ) 0 0 1 A w y h C R y h X ≥ ≥ [ ]( ),A y y h− − ∀ h ∈ X . A poskol\ku 〈 − 〉d y yn n X, → 0, to lim , n n n Xd y h →∞ 〈 − 〉 = lim , n n Xd y h →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ]( ),A y y h− − ∀ h ∈ X , çto dokaz¥vaet pervoe utverΩdenye predloΩenyq 12. Ostanovymsq na osnovn¥x otlyçytel\n¥x momentax vtoroho utverΩdenyq. Yz l -p.>o.>v. operatora A zaklgçaem, çto lim , n n n Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ lim ( ),[ ] n n nA y y v →∞ −− ≥ ≥ lim ( ), ;[ ] n n XA v y v C R y v →∞ −− − − ′( ). (14) Ocenym pervoe slahaemoe v pravoj çasty (14). DokaΩem, çto funkcyq X � � h A v h� [ ]( ), − slabo poluneprer¥vna snyzu dlq lgboho v ∈ X . Pust\ z n → z slabo v X , tohda pry kaΩdom n = 1, 2, … suwestvuet ξn ∈ co A v ∗ ( ) takoe, çto [ ]( ),A v zn − = 〈 〉ξn n Xz, . ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2 194 V. S. MEL|NYK Yz posledovatel\nosty { };ξn nz v¥delym podposledovatel\nost\ { };ξm mz takug, çto lim ( ),[ ] n nA v z →∞ − = lim , n n n Xz →∞ 〈 〉ξ = lim , m m m Xz →∞ 〈 〉ξ . V sylu kompaktnosty mnoΩestva co A v ∗ ( ) moΩno sçytat\, çto ξ m → ξ syl\no v X *, pryçem ξ ∈ co A v ∗ ( ). Sledovatel\no, lim ( ),[ ] n nA v z →∞ − = lim , m m m Xz →∞ 〈 〉ξ = 〈 〉ξ, z X = [ ]( ),A v z − , çto dokaz¥vaet slabug poluneprer¥vnost\ snyzu h A v h� [ ]( ), − . V takom sluçae yz (14) poluçaem neravenstva lim , n n n Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ lim ( ),[ ] n n nA y y v →∞ −− ≥ [ ]( ), ;A v y v C R y v X− − − ′( )− , podstavlqq v kotor¥e v y= , ymeem 〈 − 〉d y yn n X, → 0, poπtomu lim , n n n Xd y v →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ]( ), ;A v y w C R y v X− − − ′( )− ∀ v ∈ X . Podstavlqq v poslednee neravenstvo v = t w + ( 1 – t ) y , w ∈ X , t ∈ [ 0, 1 ] , delq rezul\tat na t y perexodq k predelu pry t → + 0, s uçetom radyal\noj nepre- r¥vnosty sverxu naxodym lim , n n n Xd y w →∞ 〈 − 〉 ≥ [ ]( ),A y y w− − ∀ w ∈ X . PredloΩenye 12 dokazano. 1. Skr¥pnyk Y. V. Metod¥ yssledovanyq nelynejn¥x πllyptyçeskyx hranyçn¥x zadaç. – M.: Nauka, 1990.>– 442>s. 2. Lyons Û.-L. Nekotor¥e metod¥ reßenyq nelynejn¥x kraev¥x zadaç. – M.: Myr, 1972.>– 587>s. 3. Browder F. E. On a principle of H. Brecis and its applications // J. Funct. Anal. – 1977. – 25. – P. 356 – 365. 4. Browder F. E., Hess P. Nonlinear mapping of monotone type in Banach spaces // Funct. Anal. – 1972. – 11, # 2. – P. 251 – 294. 5. Mel\nyk V. S. Mul\tyvaryacyonn¥e neravenstva y operatorn¥e vklgçenyq v banaxov¥x prostranstvax s otobraΩenyem klassa ( )S + // Ukr. mat. Ωurn. – 2000. – 52 , # 11. – S.>1513 – 1523. 6. Mel\nyk V. S. K teoryy topolohyçeskoj stepeny mnohoznaçn¥x otobraΩenyj // Dokl. RAN. – 1998. – 361, # 2. – S.>164 – 168. 7. Melnik V. S., Vakulenko A. N. On topological method in the theory of operator inclusions with dencely defined mapping in Banach spaces // Nonlinear Boundary Value Problems. – 2000. – 10. – P. 125 – 142. 8. Vajnberh M. M. Varyacyonn¥j metod y metod monotonn¥x otobraΩenyj. – M.: Nauka, 1972.>– 415>s. 9. Pßenyçn¥j B. N. V¥pukl¥j analyz y πkstremal\n¥e zadaçy. – M.: Nauka, 1980.>– 320>s. 10. Ryd M., Sajmon B. Metod¥ sovremennoj matematyçeskoj fyzyky. T.1. Funkcyonal\n¥j analyz. – M.: Myr, 1977.>– 357>s. 11. Obπn Û.-P., ∏kland Y. Prykladnoj nelynejn¥j analyz. – M.: Myr, 1988.>– 510>s. Poluçeno 31.10.2005 ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2006, t. 58, # 2
id umjimathkievua-article-3446
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
English
last_indexed 2026-03-24T02:42:42Z
publishDate 2006
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/09/e6f18e76f2360a8f89906995919c0b09.pdf
spelling umjimathkievua-article-34462020-03-18T19:54:47Z Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I Топологические методы в теории операторных включений в банаховых пространствах. I Mel&#039;nik, V. S. Мельник, В. С. We develop topological methods for the investigation of operator inclusions in Banach spaces, prove the generalized Ky Fan inequality, and study the critical points of many-valued mappings in topological spaces. Розробляються топологічні методи дослідження операторних включень у банахових просторах. Доведено узагальнену нерівність Кі Фаня та досліджено критичні точки багатозначних відображень у топологічних просторах. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2006-02-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3446 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 58 No. 2 (2006); 184–194 Український математичний журнал; Том 58 № 2 (2006); 184–194 1027-3190 uk en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3446/3630 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3446/3631 Copyright (c) 2006 Mel&#039;nik V. S.
spellingShingle Mel&#039;nik, V. S.
Мельник, В. С.
Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title_alt Топологические методы в теории операторных включений в банаховых пространствах. I
title_full Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title_fullStr Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title_full_unstemmed Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title_short Topological methods in the theory of operator inclusions in Banach spaces. I
title_sort topological methods in the theory of operator inclusions in banach spaces. i
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3446
work_keys_str_mv AT mel039nikvs topologicalmethodsinthetheoryofoperatorinclusionsinbanachspacesi
AT melʹnikvs topologicalmethodsinthetheoryofoperatorinclusionsinbanachspacesi
AT mel039nikvs topologičeskiemetodyvteoriioperatornyhvklûčenijvbanahovyhprostranstvahi
AT melʹnikvs topologičeskiemetodyvteoriioperatornyhvklûčenijvbanahovyhprostranstvahi