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