5. Линейные функционалы в пространстве непрерывных функций.
Пусть ограниченное замкнутое множество в пространстве Обозначим через множество всех непрерывных функций - заданных на с нормой
Пусть, далее, произвольная регулярная мера, заданная на борелевских подмножествах множества Тогда интеграл
есть линейный функционал. Действительно, его аддитивность и однородность следуют из свойств интеграла, а ограниченность из оценки
Отсюда также следует, что
Обозначим через V пространство регулярных мер ограниченной вариации с нормой Мы видим, таким образом, что каждая мера порождает линейный функционал в пространстве причем имеет место неравенство
Оказывается, что так описываются все линейные функционалы в пространстве Именно, имеет место следующая теорема, доказанная Риссом.
Теорема. Каждый линейный функционал в пространстве имеет вид (5.1), где мера, принадлежащая пространству Мера однозначно определяется функционалом и имеет место равенство
С доказательством этой теоремы можно ознакомиться, например, в [17].
Легко показать, что соответствие между функционалами в и мерами из пространства V является изоморфизмом (см. п. 3), причем в силу (5.2) изометрическим. Таким образом, пространство, сопряженное к пространству непрерывных функций, есть пространство V регулярных мер ограниченной вариации (с точностью до изометрического изоморфизма пространств).
Важным частным случаем функционалов (5.1) являются функционалы вида
где — функция, суммируемая на по мере Лебега. В этом случае мера имеет вид