Base de Schauder

En analyse fonctionnelle (mathématique), la notion de base de Schauder est une généralisation de celle de base (algébrique). La différence vient du fait que dans une base algébrique, on considère des combinaisons linéaires finies d'éléments, alors que pour des bases de Schauder elles peuvent être infinies. Ceci en fait un outil plus adapté pour l'analyse des espaces vectoriels topologiques de dimension infinie, en particulier les espaces de Banach.

Les bases de Schauder furent introduites en 1927 par Juliusz Schauder^[1],[2], qui explicita un exemple pour C([0, 1]).

Définition

Soit X un espace de Banach sur ℝ ou ℂ. Une suite ${\displaystyle (e_{n})_{n\in \mathbb {N} }}$ d'éléments de X est une base de Schauder de X si, pour tout x ∈ X, il existe une unique suite ${\displaystyle (a_{n})_{n\in \mathbb {N} }}$ de scalaires telle que

${\displaystyle x=\sum _{n=0}^{\infty }a_{n}e_{n},}$

au sens de la convergence en norme dans X. Les scalaires ${\displaystyle a_{n}}$ sont alors appelés les coordonnées de x.

Exemples et propriétés

En 1972, Stanisław Mazur offre à Per Enflo l'oie vivante qu'il avait promise en 1936 dans le Livre écossais à qui résoudrait le problème d'approximation.

• Les bases de Schauder d'un espace vectoriel de dimension finie sur un corps topologique complètement valuable non discret, muni de l'unique topologie qui en fait un espace vectoriel topologique séparé, sont ses bases au sens algébrique.
• Une base algébrique d'un espace de Banach de dimension infinie n'est jamais dénombrable — c'est une conséquence du théorème de Baire — donc n'est pas une base de Schauder.
• Si X = c₀ ou X = ℓ^p, 1 ≤ p < +∞, la suite canonique (δ_n)_n∈ℕ définie par ${\displaystyle \delta _{n}=(0,...,0,{\stackrel {n}{1}},0,...)}$est une base de Schauder.
• En particulier (cas p = 2), une base hilbertienne d'un espace de Hilbert séparable est une base de Schauder.
• Le système de Haar forme une base de Schauder de L^p([0, 1]), 1 ≤ p < +∞.
• Le système trigonométrique forme une base de Schauder de L^p([0, 2π]), 1 < p < +∞. Pour p = 2, c'est une conséquence du théorème de Riesz-Fischer.
• L'espace C([0, 1]) des fonctions continues sur [0, 1], muni de la norme de la convergence uniforme, possède une base de Schauder^[3].
• Si l'espace X a une base de Schauder, alors il est séparable et a la propriété d'approximation bornée (d'après le théorème de Banach-Steinhaus, les fonctions coordonnées forment une suite uniformément bornée de formes linéaires continues). Per Enflo^[4] a construit un espace de Banach réflexif séparable n'ayant pas la propriété d'approximation, donc sans base de Schauder.
• Un théorème de Stanisław Mazur assure qu'un espace de Banach de dimension infinie possède toujours un sous-espace de dimension infinie ayant une base de Schauder.

Base inconditionnelle

Une base de Schauder ${\displaystyle (e_{n})_{n\in \mathbb {N} }}$ de X est dite inconditionnelle si pour tout x ∈ X, la série représentant x converge inconditionnellement, c'est-à-dire si l'on peut sommer ses termes sans tenir compte de l'ordre.

Les bases de Schauder canoniques de c₀ ou ℓ^p, 1 ≤ p < +∞, ainsi que les bases hilbertiennes d'un espace de Hilbert séparable sont inconditionnelles.

Pour 1 < p < +∞, le système trigonométrique n'est pas une base inconditionnelle de L^p([0, 2π]), sauf pour p = 2.

Pour 1 < p < +∞, le système de Haar forme une base inconditionnelle de L^p([0, 1]).

L'espace de Tsirelson (en) a une base inconditionnelle.

Les espaces qui jouissent de la propriété de Daugavet — comme L¹([0, 1]) et C([0,1]) — n'ont pas de base inconditionnelle ; ils ne peuvent même pas se plonger dans un espace ayant une base inconditionnelle^[5].

Une question naturelle est de savoir si un espace de Banach de dimension infinie possède toujours un sous-espace de dimension infinie ayant une base inconditionnelle. Ce problème a été résolu par Timothy Gowers et Bernard Maurey^[6] par la négative.

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Schauder basis » (voir la liste des auteurs).

1. (de) J. Schauder, « Zur Theorie stetiger Abbildungen in Funktionalräumen », Mathematische Zeitschrift, vol. 26,‎ 1927, p. 47-65 (lire en ligne).
2. (de) J. Schauder, « Eine Eigenschaft des Haarschen Orthogonalsystems », Mathematische Zeitschrift, vol. 28,‎ 1928, p. 317-320 (lire en ligne).
3. (en) B. I. Golubov, « Faber-Schauder system », dans Michiel Hazewinkel, Encyclopædia of Mathematics, Springer, 2002 (ISBN 978-1556080104, lire en ligne).
4. (en) Per Enflo, « A counterexample to the approximation problem in Banach spaces », Acta Math., vol. 130,‎ 1973, p. 309-317 (lire en ligne).
5. (en) V. Kadets, R. Shvidkoy, G. Sirotkin et D. Werner (de), « Banach spaces with the Daugavet property », Trans. Amer. Math. Soc., vol. 352,‎ 2000, p. 855-873.
6. (en) W. T. Gowers et B. Maurey, « The unconditional basic sequence problem », J. Amer. Math. Soc., vol. 6,‎ 1993, p. 851-874 (lire en ligne).

Voir aussi

Bibliographie

• (en) Joseph Diestel, Sequences and Series in Banach Spaces, 1984 (ISBN 978-0-387-90859-5)
• (en) Marián Fabian, Petr Habala, Petr Hájek (en), Vicente Montesinos Santalucía, Jan Pelant et Václav Zizler, Functional Analysis and Infinite-Dimensional Geometry, 2000 (ISBN 978-0-387-95219-2) [lire en ligne]

Article connexe

Base d'Auerbach

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