Versão geométrica do Teorema de Hahn-Banach

O Teorema de Hahn-Banach é bastante conhecido e tem diversas aplicações na Matemática. Neste artigo será mostrado uma das mais importantes de suas várias versões, conhecida como a Versão Geométrica do Teorema de Hahn-Banach. Mas antes de prová-lo, definiremos o Funcional de Minkowski da maneira mais adequada para nós e enunciaremos um lema importante para a demonstração da versão geométrica.

Versão geométrica do Teorema de Hahn-Banach editar

Enunciado editar

Seja   normado e   convexo e fechado contido em  . Dado  , e seja   o Espaço Dual de  , temos que existe   tal que  

O Funcional de Minkowski editar

Seja   normado e  . O Funcional de Minkowski de   é definido por

 

 


Obs: considere  

Um Lema importante antes da demonstração editar

Se   é convexo e  , então   é uma função sublinear e  

Dicas para a demonstração do Lema editar

Para provar que  , considere as bolas   e   de forma que para   tenhamos  . É claro que   Tome, então,   de forma que   e siga daí.

Na prova de que   utilize o fato de que   é convexo.

Por fim, se  , então   , para algum  . Logo,  . Por outro lado, se  , então   e  , o que finaliza a demonstração do Lema.

Demonstração da Versão Geométrica editar

Sem perda de generalidade, podemos supor que  . Tome   já que   é fechado.

Agora, seja  . Já que  , temos que  , de forma que  . Note que   é convexo e considere  . Temos, pelo Lema citado acima, que   é sublinear e que  , pois  .

Considere   dado por  . Que   é linear é óbvio. Além disso, temos que  . Do Teorema de Hahn-Banach, temos que existe   tal que

  e  . Daí, note que  .

Por outro lado, dado  , temos que   e portanto:

 

Assim,   , o que encerra a demonstração.

Referências

[1]

[2]

  1. Fundamentos de Análise Funcional; Autores: Geraldo Márcio de Azevedo Botelho, Daniel Marinho Pellegrino, Eduardo Vasconcelos Teixeira; SBM; 2015
  2. Kreyszig, Erwin. Introductory functional analysis with applications