1. 引言
1965年,Zadeh [1] 首先提出模糊集概念之后,1971年 [2] 引入了模糊序关系。1992年,P. Venugopalan [3] 开始对模糊序集进行系统研究。Ismat Beg [4] [5] 提出模糊Riesz空间的概念并研究模糊Riesz空间上的基本理论,得到模糊Riesz分解性质;然后引入了模糊序线性空间的概念,并讨论了模糊序收敛。1997年,Ismat Beg [6] [7] 先提出模糊Archimedean空间的概念,同年提出σ-完备的模糊Riesz空间,并讨论了模糊Archimedean空间和σ-完备的模糊Riesz空间之间的关系。2015年,L. Hong [8] 定义了模糊理想、模糊带、模糊Riesz子空间、模糊投影带等概念。M. Iqbal [9] 研究了模糊Riesz空间中的无界模糊序收敛。2021年,N. Cheng [10] 研究了模糊Riesz空间中的模糊Riesz同态,给出模糊Riesz同态与模糊商空间之间的关系。 N. Cheng [11] 给出当值域空间为模糊Dedekind完备的Riesz空间时Hahn-Banach定理的推广。
模糊Riesz空间理论在动力系统、工程和流体力学等领域具有重要的应用意义,比如在lp空间中研究模糊序是一个具有现实意义的事情。本文研究了模糊不相交补和模糊投影带的基本性质,证明了许多相关的结果,给出模糊序基的定义,并讨论了模糊序稠,这对模糊Riesz空间的理论做出了重要的贡献,有助于我们解决模糊Riesz空间上的问题,并可以用于未来探索模糊Riesz空间上的序的相关问题。
本文提到的一些概念可以查阅参考文献 [1] - [11]。
2. 预备知识
纸型
定义2.1 [3] 设X是论域,
是模糊子集
上的特征函数。当特征函数
满足如下条件时,称
是X上的模糊序,
(1) (自反性)假设
,则
;
(2) (反对称性)假设
,当
,则
;
(3) (传递性)假设
,则
。
符号2.2 [2] 假设X是模糊集,
。如果任意
,有
,则称
为X上的模糊集。同理,如果任意
,有
,称
为X上的模糊集。如果A是X的子集,则
,
。
定义2.3 [2] 设A是模糊集X的子集,A的上界
定义如下:
,
同理,A的下界
定义如下:
。
对于任意
,若
时,则称
,A有上界,且x是A的一个上界;同理,对于任意
,若
时,则称
,A有下界,且x是A的一个下界。如果A既有上界又有下界,则称A有界。
如果元素
满足(1)
,(2)当
时有
,则称A有上确界
;如果元素
满足(1)
,(2)当
时有
。则称A有下确界
。
性质2.4 [2] 设A是模糊集X的子集:(1)
若存在则唯一,(2)
若存在则唯一。
注解2.5 [2]
,
。
定义2.6 [4] 设X是模糊集,如果X满足下述条件,则称X为模糊序线性空间:
(1) 如果任意
,当
,
时,有
;
(2) 如果任意
,当
,
时,有
。
性质2.7 [4] 设X是模糊序线性空间,
是X上的元素。当
和
存在时,则有下式成立
。
性质2.8 [4] 设X是模糊序线性空间,
是X上的元素,如果
存在时,
也存在,则
。
性质2.9 [4] 设X是模糊序线性空间,
是X上的元素,如果
存在,则当
时,有
。
定义2.10 [3] 设X是模糊序线性空间,如果
,则称元素x是正元素;如果
,则称元素x是负元素。
性质2.11 [3] 设X是模糊Riesz空间,则对任意
,有
。
性质2.12 [3] 设X是模糊Riesz空间,则以下性质成立:
(1)
;
(2)
;
(3)
;
(4)
。
定义2.13 [3] 设X是模糊Riesz空间,则下述命题成立:
(1) 任意元素
,如果
,则称他们不交,记作
。
(2) 设A是X的子集,如果任意
有
,则称f与A不交,记作
。
(3) 设
是X的子集,若任意
有
,则称两个子集不交,记作
。
定义2.14 [5] 设X是模糊序线性空间,如果对于任何非负元素x,集合
无上界,称X是模糊Archimedean空间。
定义2.15 [8] 设X是模糊集,
是X上的网,若对任意
,
满足
时有
,
则称
是递增的,记作
。如果
存在,记作
。同理,X中存在递减的网,可表示为
和
。
定义2.16 [8] 设X是模糊Riesz空间,A是X的子集。如果任意
,当
时有
,则称A是模糊solid的。X的模糊solid向量子空间I叫做模糊理想。
定义2.17 [8] 设X是模糊Riesz空间,D是X的子集,若X中存在D的最小模糊理想即为由D生成的模糊理想,则可记作
。
定义2.18 [8] 设X是模糊Riesz空间,A是X的子集,称
是A的模糊不交补,
是
的模糊不交补,且
。如果
,则
。
定义2.19 [8] 设X是模糊Riesz空间,A是X的子集,则下式成立:
(1)
;
(2)
;
(3)
;
(4) 如果
,则
;
(5)
是X的模糊理想;
(6) 如果A是X的模糊理想,则对任意非零
存在非零元素
使得
。
定义2.20 [8] 设X是模糊Riesz空间,如果模糊带P满足
,则称P是X的模糊投影带。
定义2.21 [8] 设X是模糊Riesz空间,D是X的子集,则由D生成且包含D的最小带是X上的模糊带,记为
。
定义2.22 [8] 设X是模糊Riesz空间,Y是X的模糊Riesz子空间,若对任意正元素
,存在非零元素
使得
,则称Y在X中模糊序稠。
3. 模糊Riesz空间的模糊不交补
本节研究了模糊Riesz空间中模糊不相交补的性质,给出非零且两两不交的一列元素是线性无关的结论,以及研究模糊理想和模糊带的关系。
定理3.1假设X是模糊Riesz空间,A是X的模糊理想。则由A生成的模糊带的元素
满足
非空集合
(1)
等价的,
包含所有的元素
满足
(2)
证明:显然f满足(2)式,则f满足(1)式。反之,假设f满足(1)式,则(1)中的集合D是集合
的子集。因为D的所有上界都不小于
,且
,所以P的所有上界都不小于
。显然
是P的一个上界,所以
且f满足(2)。从而(1)和(2)等价。记满足(1)式和
(2)式的元素f构成的集合为B。下面证明B是模糊带
。由模糊带定义,先证明B是线性子空间。任
取
,
满足
,
,则
是
的子集且
是它的上界,所以
,任意
,
,所以B是线性子空间。下面证明B是模糊理想。假设
,因为任意
有
,所以
。所以
,B是模糊理想。最后证明B是模糊带。令D是
的非空子集,
是它的上确界,则
。任取
,
,
。由(1)可知,
,所以B是模糊带。
梁在文献 [8] 中研究介绍了由子集D生成的模糊带的基本性质,下面我们将证明它存在另一有趣的性质。
定理3.2 假设X是模糊Riesz空间,有下式成立:
(1) 如果D是X的非空子集,则
;
(2) 如果
是X的模糊理想,则
;
(3) 如果
是X的模糊理想,
是由
生成的模糊带,则
。
证明:(1) 由模糊不交补定义可得
。下面证明
,等价证明
。任取
,则存在
,使得
。又因为
,所以存在
使得
,
,且
。所以
,
,所以
。由f的任意性可得
,所以
。
(2) 因为
,
,所以
,
,进一步有
,
成立,所以
。反过来,假设
,由定理2.19 [8] 可知存在非零元素
满足
。又
,所以存在非零元素
使得
。再次由定理2.19 [8] 可得
是
的子集。所以
。
(3) 因为
,
,所以
,
,所以
。反之,假设存在非零元素
,由定理3.1可得,存在
,
满足
。令
,则
。又由
,这表明
,所以
。
定理3.3 设X是模糊Riesz空间,
是X中的元素,则下列各式成立:
(1) 若
,
,则
;
(2) 若
,则
,
;
(3) 若
是一列非零且两两不交的元素,则称它们是线性无关的。
证明:(1)假设
且
,所以
,
。又因为
,所以
,即
。
(2) 假设
,
和
都是正元素,因为
,
,所以
,
。
(3) 假设
是一列非零元素且两两不交。设这列元素不是线性无关的,所以存在其中一个元素
可由其它剩余元素线性表示,不妨设为
。由定理4.18 [4] 可得
,所以
。这表明
。与假设矛盾。所以
是线性无关的。
定理3.4 设X是模糊Riesz空间,则X是模糊Archimedean空间的充要条件是由X的任意非空子集D生成的模糊带是
。
证明:假设X是模糊Riesz空间,
由子集D生成。定理5.8 [8] 表明
。反之,假设
,下需证明
,即对任意
,有
成立。由定理5.3 [8] 可知,存在
使得
。再由定理3.3可知
。这表明
。所以
。所以
,
,
。
另一方面,
由D生成,记作
。引理5.7 [8] 表明
。定理5.8 [8] 表明X是模糊Archimedean空间。
在文献 [4] 中,I. Beg已证明若在模糊Riesz空间中结合律成立,则无限分配率也成立。接下来,定理3.5将在没有结合律成立的情况下证明无限分配率成立。
定理3.5 设X是模糊Riesz空间,
是X中的一列数且
。任意
,当
存在时,有
存在,此时下式成立:
。
证明:设
是X中的一列数且
存在,假设
,下面证明
。因为
,所以对任意
,我们有
。这表明
是
的一个上界。假设h是它的任意一个上界。由性质2.12 [3] 可得
,这表明
。进一步可得
。由
的任意性,所以
成立,且
。因此
。即证
。
4. 模糊投影带
本节先在模糊Riesz空间中讨论了模糊投影带,然后给出模糊序基的定义,最后讨论模糊序稠的一些性质及模糊理想与模糊带之间的关系。
定理4.1 设X是模糊Riesz空间,P是模糊带,则P是模糊投影带当且仅当任意
有
,其中
是u在P上的部分,
,
是u在
上的部分。并且
,其中
,
。
证明:假设P是模糊投影带,则
。任取
,则存在
,
使得
。令
。任意
有
,所以
,
,进一步可得
。这表明
,所以
是V的上界,
。同理可得
。反之,假设P是模糊带,所以
时有
。因为
,
,由模糊投影带的定义可知P是模糊投影带。假设
。令
,则
且
,所以
,
,这表明
。又
,
,与假设矛盾,所以
,即P是模糊投影带。
定理4.2 设X是模糊Riesz空间,P是由
生成的模糊正则带,则下列各式成立:
(1) P是模糊投影带当且仅当任意
有
存在,其中
是u在P上的部分。此时,
。
(2) 若u是P的正元素,则
存在。
证明:(1)设P是由
生成的模糊正则带。任取
,定义
,
。显然有
,即W的上界都是
的上界。下面证明
的上界都是W的上界。设
,所以存在向上集
,且该向上集是由
生成的模糊正则理想的子集,所以
,
。已知
,
,还需证明
。这表明
的上界都是W的上界,且W和
有相同上界。所以
存在等价于
存在,且
。由定理4.1可知P是模糊正则带当且仅当
存在当且仅当
存在,其中
是u在P上的部分。
(2) 假设P是由它自己生成的模糊Riesz空间,则P也是由v生成的模糊正则带,由(1)可知,任意
,
存在。
性质4.3 设X是模糊Riesz空间,任意
,有
(1)
;
(2)
。
证明:(1)由性质2.12 [3] 可得(1)。(2)由(1)可得。
性质4.4 设X是模糊Riesz空间,任意正数
,有
(3)
和
(4)
如果
,则
。
如果
,则
。
证明:
显然成立。令
,所以
,
,因为
,所以
,从而(3)中的最后一个不等式成立。同理可证
。因为
,
,
,
,所以
,
,所以
。最后证明(3)中的第二个不等式,记作(4)式。由性质4.3可知
,
,因为
,
,所以
。由
,
,
,
,
,所以
。同理可证,
成立。由于
,
,所以
。所以
。
若
,由(3)式可知
,
,这表明
成立,所以
。
若
,则
,所以
。记
,
,所以
,这就证明了
。
定义4.5 假设X是模糊Riesz空间,A是X中的模糊理想,
是A中的集合。
(1) 如果
生成的模糊理想在A上模糊序稠,则称
是A的模糊序基;
(2) 如果
生成的模糊理想在A上模糊准序稠,则称
是A的模糊准序基。
定理4.6 设X是模糊Riesz空间,下列各式成立:
(1) 假设X有有限或可数模糊序基时,X中的每个模糊投影带也有有限或可数模糊序基。
(2) 假设X有模糊投影性。如果X中的每个模糊带有有限或可数模糊序基,则模糊带中的模糊带也有有限或可数模糊序基。
(3) 假设X有模糊投影性且有有限或可数模糊序基,则X中的每个模糊带有有限或可数模糊序基。
证明:假设P是X中的投影带,
是X的模糊序基且有
。任意
,令
,
,下面证明
是A的模糊序基。任取
,有
。因为
,所以存在
。由性质4.4可知
,所以
。因为
是
生成的模糊带中的元素,所有P包含在这个模糊带中。反过来,显然有
生成的模糊带包含在P中。所以P与由
生成的模糊带等价。所以
是P的模糊序基。
(2)和(3)的证明由(1)可得。
定义4.7 设X是模糊Riesz空间,A和B是模糊理想。若
,则A在B中模糊序稠,即当
时存在
使得
。
定理4.8 假设X是模糊Riesz空间,A是模糊理想,则模糊理想
模糊准序稠。
证明:
,
显然成立,所以
,
,所以
,
,
。因为
,所以
在X上模糊准序稠。
定义4.9 设X是模糊Archimedean空间,G是X的模糊Riesz子空间,则G在X上模糊序稠当且仅当任意
,
。
证明:假设
,
,所以
,由模糊序稠定义可知G在X上模糊序稠。反之,假设G在X上模糊序稠,则
,从而
。假设存在正元素
满足
,且对任意
有
成立,则
且
。因为G在X上模糊序稠,所以存在
使得
。由
,所以
。由数学归纳法可得
。这与假设矛盾,所以
不成立,所以
,即
。所以
。
定理4.10 设X是模糊Archimedean空间,则由X中的子集A生成的模糊带即为
。
证明:由A生成的模糊带与A生成的模糊理想是一样的。所以不妨设A是模糊理想。定理4.8 [8] 表
明A在
中模糊序稠。定理4.9证明,任意
,存在
满足
且
。所以
是包含A的最小模糊带。
性质4.11 设A是模糊Riesz空间X的模糊理想,
是A的模糊序基当且仅当
也是A的模糊序基。
是向上集,则对任意
,
,
是
的有
限上界。
也是A的模糊序基。若模糊理想是由
生成的,则存在非负
,
满足
。
证明:已知
是A的模糊序基,设
为由
生成的模糊理想,则
都在A中模糊序稠。所以存在
使得对任意
有
,
满足
,所以由
生成的模糊理想在A上模糊序稠,且
是A的模糊序基。假设
是A的模糊序基,A和
都是由
生成的模糊理想,则A和
都在A上模糊序稠。任意
,存在
使得
。因为A和
是模糊理想,所以
,所以
。
定理4.12 假设X是模糊Riesz空间,P是X上由有限或可数集
生成的模糊带,且
,则任意
,存在
。
证明:令
是由
生成的模糊理想,P是由
生成的模糊带。由定理4.2已知,u是所有满足
的w构成集合的上确界,即任意
满足
时,有
。定义
,
,显然有
。反之,我们需要证明w也是
和
的上确界。任取
,则
。由性质4.11可知存在
使得
。令
,所以
。因为
,所以
。由
可得
。所以
的所有上界都是W的上界,即
。
定理4.13 假设X是模糊Riesz空间,且X是模糊Dedekind
-完备或有模糊投影性,P是由
生成的模糊带且
,则P是模糊投影带,
是
在P上的部分。
证明:令
是由
生成的模糊理想,P是由
生成的模糊带。任取
,令
,
,
。根据定理4.12的结论可知
有相同的上界。令
,所以
。下面证明W的上界都是
的上界。又因为
的元素都是W的上界,所以
有相同上界。
如果X有模糊投影性,则P是X的模糊投影带。根据定理4.1,所以
,所以
。
如果X是模糊Dedekind
-完备,则
。由定理4.1可知,P是模糊投影带且
。所以
。
定理4.14 设X是模糊Riesz空间。令
,序列
是递减序列,则
当且仅当
使得
。
证明:假设A是模糊理想且
,
不成立。即
。所以集合
存在上界
满足
。令
,则w是
的上界且
,这表明
。因为
,所以A在
中模糊序稠。从而存在
,使得
,
。对任意
,可以得到
,
,
。由v的任意性,令
,可得
且满足
,所以
,
。与假设矛盾,所以
。
已知当
时有
,而
不成立。所以存在
使得
。令
,其中
是由v生成的模糊正则带。由定理4.13可知A在X上模糊序稠,所以
。下面证明
。设
。证明
等价证明
。取
满足
,
,
,其中
,
。由
的定义,所以任意
,有
。所以
,
,进一步可得
,
,
,
,所以
,
,所以
成立。这证明
是
的上界。又
,与假设矛盾,所以
。
5. 结论
本篇文章,首先研究讨论了模糊Riesz空间的模糊不交补的一些性质;然后我们给出了模糊序稠的定义,并研究了模糊理想和模糊带的关系;最后,本文提出模糊序基的概念并讨论了它的一些基本性质。
基金项目
国家自然科学基金资助(11801458)。