Пусть в банаховом пространстве
задан линейный ограниченный оператор
, т. е.
. Предположим, что имеется другое банахово пространство
, которое непрерывно вложено в
. Будем отождествлять элементы
и
при этом вложении. Предположим наконец, что
при всех
. Тогда по теореме о замкнутом графике
. Действительно, если
в
и
в
, то
в
(т. к.
) и
в
(в силу непрерывности вложения). Но тогда
, что и требовалось.
Собственно вопрос (философский) вот в чем. Для меня этот факт кажется "бесплатным" усилением исходной ограниченности оператора
. Вот например, пусть
переводит плохие функции (из
) в хорошие (соболевские
) ограниченно в
. Тогда он автоматически непрерывен как оператор
. Удивительно ведь
. Кажется, что все дело (помимо линейности и полноты конечно
) в возможности уложить образ в пространство с более сильной нормой (в смысле непрерывности вложения). Может кто получше объяснить эту "суть вещей"?