関数解析の問題

閉区間 $[0,1]$ 上の実数値連続関数全体のなすノルム空間 $C[0,1]$ を考える。ノルムは上限ノルム
$$\Vert f{\Vert }_{\infty }=\underset{0\le x\le 1}{\max }|f(x)|$$
とする。関数 $f(x)=x-x^3$ に対して、$\Vert f{\Vert }_{\infty }$ の値を求めよ。

実数列 $x=(x_n{)}_{n\ge 1}$ で ${\sum }_{n=1}^{\infty }|x_n{|}^3<\infty$ をみたすもの全体のなす実バナッハ空間 ${\ell }^3$ に、ノルム $$\Vert x{\Vert }_3={\left(\sum _{n=1}^{\infty }|x_n{|}^3\right)}^{1/3}$$ を入れる。線形汎関数 $\phi :{\ell }^3\to \mathbb{R}$ を $$\phi (x)=\sum _{n=1}^{\infty }\frac{x_n}{4^n}$$ で定める。$\phi$ の作用素ノルム $$\Vert \phi \Vert =\underset{x\ne 0}{\sup }\frac{|\phi (x)|}{\Vert x{\Vert }_3}$$ を求めよ。

$[0,1]$ 上の実数値連続関数全体のなす実バナッハ空間 $C([0,1])$ を、上限ノルム $\Vert f{\Vert }_{\infty }={\max }_{0\le x\le 1}|f(x)|$ で考える。線形汎関数 $\phi :C([0,1])\to \mathbb{R}$ を
$$\phi (f)={\int }_0^1(4x-1)f(x)dx+f(0)$$
で定める。$\phi$ の双対ノルム
$$\Vert \phi \Vert =\sup \{|\phi (f)|:f\in C([0,1]),\Vert f{\Vert }_{\infty }\le 1\}$$
の値を求めよ。

$n=1,2,3,\dots$ を添字とする実数列 $x=(x_n{)}_{n\ge 1}$ で ${\sum }_{n=1}^{\infty }|x_n{|}^{3/2}<\infty$ を満たすもの全体のなす実バナッハ空間を ${\ell }^{3/2}$ とし、ノルムを
$$\Vert x{\Vert }_{3/2}={\left(\sum _{n=1}^{\infty }|x_n{|}^{3/2}\right)}^{2/3}$$
で定める。線形汎関数 $\phi :{\ell }^{3/2}\to \mathbb{R}$ を
$$\phi (x)=\sum _{n=1}^{\infty }\frac{x_n}{2^n}$$
で定めるとき、作用素ノルム $\Vert \phi \Vert ={\sup }_{x\ne 0}\frac{|\phi (x)|}{\Vert x{\Vert }_{3/2}}$ を求めよ。

実数ベクトル空間 ${\mathbb{R}}^3$ に最大値ノルム $\Vert x{\Vert }_{\infty }=\max \{|x_1|,|x_2|,|x_3|\}$（$x=(x_1,x_2,x_3{)}^{\top }$）を入れる。行列
$$A=\left(\begin{array}{ccc}1& -2& 3\\ 0& 4& -1\\ -2& 1& 5\end{array}\right)$$
の定める線形作用素 $A:({\mathbb{R}}^3,\Vert \cdot {\Vert }_{\infty })\to ({\mathbb{R}}^3,\Vert \cdot {\Vert }_{\infty })$ の作用素ノルム
$$\Vert A\Vert =\underset{x\ne 0}{\sup }\frac{\Vert Ax{\Vert }_{\infty }}{\Vert x{\Vert }_{\infty }}$$
を求めよ。