Séminaire d’analyse fonctionnelle École Polytechnique J. L. K RIVINE Théorèmes de factorisation dans les espaces réticules Séminaire d’analyse fonctionnelle (Polytechnique) (1973-1974), exp. no 22 et 23, p. 1-22 <http://www.numdam.org/item?id=SAF_1973-1974____A24_0> © Séminaire analyse fonctionnelle (dit "Maurey-Schwartz") (École Polytechnique), 1973-1974, tous droits réservés. L’accès aux archives du séminaire d’analyse fonctionnelle implique l’accord avec les conditions générales d’utilisation (http://www.numdam.org/legal.php). Toute utilisation commerciale ou impression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright. Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques http://www.numdam.org/ TECHNIQUE ’ , -, - J i - I. S E M I N A I R E M A D R E Y - S C H W A R T Z 1 9 7 3 - 1 9 7 4 THEOREMES DE FACTORISATION DANS LES ESPACES RETICULES par J.L. Exposa N° XXII eL KRIVINE 8 et 17) 1 1974 XXII-XXIII.1 expusé Dans donne on tation de divers résultats de B. Nous et espace vectoriel L un )x) £ tel que présen- nouvelle une Maurey [2]. m-treillis appellerons réticulé, normé, généralisation une IR, sur Un pour sous- LI idéal appelé idéal si x E 1 , y- E L, 1 yÎ ~ ~ est donc (x j L ; il existe A E lR , I ( a1 , ... , ak) engendré par a1,...,ak 1 kE L + Un opérateur borné h : L - M d°un IR-treillis 1 + lxl1 s dans un autre sera appelé homomorJBhisme si on a h (x+~ ~. h(x) ~ pour x E L (et donc h(x U y) = h(x)Uh(y) pour x,yEL) ; si, de plus, la clôture de l’image de h est un idéal de M, alors h sera appelé homomorphisme fort.o * * * oF L’opérateur h : M - L est alors un homomorphisme fort, et 1 ’image de h espace I de L sera o ’ - + ... , , est * , , idéal de L ,y un Les deux on le démontre facilement. o exemples suivants seront très utiles Soient L - comme on définit On a une 1R-treillis un norme complet et pour la suit o (I(a),Il et donc que son 110) est complété un est M-espace avec isomorphe à un De = On a ||x|| 1 L-espace que se [1], on vérifie aisé- a/Ilall) ’I] (s) dans L pour se certain un donc prolonge o Soit, par ailleurs, t une forme linéaire (il en existe, puisque si que t(a)= ||a|| - peut prendre a espace L’application identique de I(a) 1 homomorphisme fort h : ~ (8) ~ L,11h11 un plus, unité (l’unité étant espace compact S. en I(a) posant en évidemment ment que Sur l’idéal a E L+, y + 0 L, sur 11tli:- 1, u(a) 1 telle on r lui). On définit sur L une semi-norme en posant ||x||1 ||a||. De plus, ]Jx)) ||a|| 1 ||a|| ||x|| , j 1 .i, .L ) est évidemment t= = o y un ; et donc prolonge donc son en un complété est un espace homomorphisme fort h : L1. Inapplication application L - L, 1 .. 1. identi- XXII-XXIII.2 l’espace réticulé Dans tions coordonnées Un élément de terme est un i9 une par des engendrent n composition opérations U , degré 1 homogène existe de réel M &#x3E; 0 tel que un ’ réticulé R, chaque sur En dan E, les applica- e à partir IR obtenue la par XIR+), et il + U...U lx 1) |t(x1,...,x) M(lx1, 1. n l n définit sca- un fonction continue, une n t(xl,.ee,xn, e des fonctions multiplication n. C’est évidemment terme n Autrement dit t(xl,...,xn). Enfin il est clair que si L est 1R. soient dans de sous-espace réticulé l’addition, avec et les laire, 1Rn fonction de un "terme" et noté appelé sera applications quels espace vectoriel un de application une que L. e Théorème 1 : U(xl,...,xn) Soient que soient quels un espace vectoriel réticulé Nous démontrerons ne ce théorème sur évident lorsque L est espace de IRs , réticulé de Soient alors où un S est a,, .. a n un E L ; 1R. Si L est (1(a),ÎÎ il pose a= 1 ail homogène de degré L vante : il existe quels 100, f(x 1 ,...,x n) une une On lui associe fonction de complet une 1. + Ln dans les termes forment espace a (b-c)+/=0. réti- (sous-espace la contradiction cherchée fonction continue réelle canoniquement, pour chaque de la sur IRny y 1R-treillis façon sui- de termes telle que l’on ait en un on L, notée également f , suite que soient un b = t(al’" . ,an)’ ... + ~ espace de fonctions un D’où Soit maintenant L est quelconque.) et,y si b / c, ) est isomorphe à où cas également que le résultat est fonctions (c’est-à-dire un sous-espace ensemble on que dans le Notons Alors n ~. u(xl,....,xn) IR, sur vectoriel réticulé normé de xl,....,xn E que soient quels Or deux termes tels que effet, si Snest sous-espace rét i cul é de la sphère unité ÉÉ (Sn) qui sépare XXII-XXIII.3 points et contient la fonction 1 (représentée donc qui est dense dans C(S )e D’où une suite k n les sur par on 1 a n telle que le résultat cherché homogéné,it ée s R, donc aussi pour Dans dent. ce et Sny n par on par (~~), f(xl,eo.,xn). On vérifie dépend pas de la f(xl,e..,xn) fonctions continues une sur fonction continue Ln, y sur vers un élément immédiatement que cette tk choisie satis- Ln (limite d’une suite de ne f est théorème précé- le converge dans L définition, définition de faisant d’après a montre que la suite qui noté, dernier cas, ce E L suite convergeant uniformément sur les parties bornées). On 1 a de plus : Soient IR continues f, g : On choisit deux termes t, u tels que homogènes de degré 1 telles que XXII-XXIII.4 Si h : 1 - M est pour s Soit p de homomorphisme R-treillis f ét ant une fonction continue puissances pièmes d’éléments des L’espace un réel &#x3E;0 ; un pour x E IR, on d’ un complet, homogène Dans L opérations ces 1. comelet L. pose X E R. On vérifie aisément, que L muni de a degré de m-treillis on on l’opération et de (x,y) -&#x3E; xUy (inchangée) est un IR-espace vectoriel réticulé qu’on désiièmes (p) gnera par L et qu’on appellera l’espace des puissances p d’élé. ments de Le ap ; Proposition 1 est 1 : semi-norme un ap+ bp et le réel &#x3E; 1, et T L et le complété élément une y produit on x,yEL (car puisque on par un on le notera Xap. réel forme linéaire &#x3E;- 0 sur du 0 triangulaire, Si sur la somme comme immédiatement a pour Soient p considéré sera . - T., 1,P espace On Lorsque a 6 L permet d’écrire cela une ,, , T est pose une o Pour l’inégalité note que cette inégalité est vraie pour forme linéaire ~ 0, x,yE R). Donc, on on trouve dans XXII-XXIII.5 (L, ,1 liT" Pour voir que inégalités un d’appliquer aux suffit de vérifier que, il donc, a o T Lp, espace IR) On sont vraies dans il suffit et est dans trois membres pour obtenir le résultat. Co opérateurs de Soient E Un , un espace opérateur pour . &#x3E;_~. ue n , 1J Banach, IR-tre.ill is un type &#x3E;_ p opérateur V : pour si V n’ est pas de (JL : type les espaces 2 : E - L un type P , si l’identité L 1 dit de pose 000 + p s’il existe Evidemment K &#x3E; 0 tel que 0 K(p) (1,) = K(p) (i ) Théorème sera notée ’ (resp. :p) p’ p) L .- E sera 1 n E lNo La plus petite valeur de K possible est notée x K . (p) (’V) 9 »P s’il existe K &#x3E; 0 tel que 1 on Un d. et complet E lNo La plus petite constante K possible n f. q, o E - L est dit de x." ~ 0 o,x E E - et ~type ~ p si et i : : on (p) de de type 2:p type &#x3E;p ? ce V : ? (resp. sp) Banach, L - F L un + 00. On pose typée par définition. Soient E,F des espaces de opérateur Kp&#x3E; v&#x3E; = L - L est de K (L) - K (1 L) Lp’ sont pose Pour avec un 1 pl &#x3E;p (resp. comme m-treillis opérateur de constante. complet, type 5p y XXII-XXIII.6 et 1 l ’ idéal de L 1 P On peut supposer il suffit de trouver ))xJP T( 1 ’ Comme en est K ’ (UL)= K( ) (V) une Il exisce alors de (1~ complété .. /~B .... de l’ image par I telle que le sur norme engendré sur X É Eé T( 1§ IP) ~~t pour tout la engendré pour l’image par §1’""§n e 1 xl,...,xm Mais, d’après (*), d’où la conclusion on a on un pour tout 1 " et 1) Si qu’il suffit que, tels que dans d’après Soient E 1..l: les 0 Il’l..l’ B1 llhll e un E - L est factorisation U = h majoré (car 1 hypothèses faites "LL et V. sur c. Corollaire 1 : Lp telle que x voit espace -..- proposition 1, espace réticulé et que tout élément de un que soient quels .. 1 " forme linéaire valeur absolue par est l’idéal D’après 1. = soit P semi- une espace de Banach, de type ~pet ut, où Ul est (LL) , un et h L si L est de opérateur un un homomorphisme R-treillis f. d. complet. o on a la type de E dans q. un espace fort de dans L, K~(L). ° 2) Si V : L - E est de type ~pet L de type ’-&#x3E; pon a la factorisaet h: V’ 0 h, où V’ : tion V E, j)v’)) s = est un homomorphisme fort, Conséquence immédiate i du théorème 2, étant l’identité sur L. ° (L). K(p) p (V) o en posant UL= iLL cLLy V = V 0 1L JL XXII-XXIII.7 Corollaire 2 : Pour (c’est-à-dire soit bijectif qui que L soit à un R-treillis qu’ un existe qu’il pour homomorphisme la fois de complet type ip et àp 1 en appliquant le Proposition 2 : Soit 11: treillis complets. Alors théorème L -&#x3E; M que soient quels un 2 isomorphe à un espace borné opérateur m-treillis), de La condition est évidemment nécessaire8 suffisante un 1, soit il faut et il suffit 0 On voit avec 1.l:-: immédiatement qu’elle est. iL ’ opérateur &#x3E; 0, y Y V = .iLo 0 L et M étant deux lR- L, P &#x3E; 1 o Mont rons d’abord la 1 Proposition 3 : Soit L inégalité cette un est vraie Inversement, soit 19. 1R-treillis lorsque 81,oeo,ao décrivent IR). n (i = 1,2,...) J unité de tion une une énumération des n-uplets . de rationnels tels que Les t. forment complet, et posons suite croissante de fonctions continues sur S n (sphère oo 1 ) qui continue Etant donné converge (et donc converge uniformément) f... &#x3E; 0, il existe donc vers o N tel que, l’on ait la fonc- XXII-XXIII.8 Cette inégalité e que soient proposition 2 :1 puisque Uh 0, et que résulte immédiatement que, si L, M sont deux en de complets, LL: quels 0 est arbitraire &#x3E; 0. Montrons la Il quels que soient b6L, *Il&#x3E; te que si Comme donc vraie est L - M types respectivement &#x3E;p est à la fois de type &#x3E; p et p, risations par un Lp, espace et p, de chacun des tout R-treillis opérateur &#x3E;0, donc admet deux facto- types indiqués au corollaire 1. Lorsque p= 2y le théorème suivant permet d’éliminer la restriction Uà Théoréme 3:. complets et (Inégalité 1A: L ~-~ M un de Grothendieck),. opérateur borné. Soient L, M deux Alors 0. R-treillis XXII-XXIII.9 ~ On et où se M est ramène un particulier où cas au espace L. Grothendieck)o la constante de On suppose 0 (9(S) L ~ connu ce cas (S espace compact) (qui sera d’ailleurs démontré plus loin). D’après début, les remarques du En appliquant l’inégalité on trouve Il en de type &#x3E; et ~ 2 s Si Corollaire 3 : tivement &#x3E; 2 à l’ opérateur et L, M sont des type &#x3E; E-treillis 2, tout opérateur sur 1R-treillis res- à 1 a fois types respec- L - M est Par suite h" étant i un complets, de L -&#x3E; M admet deux factorisations : homomorphisme fort. des variables aléatoires de Soient sommable lA: 2, tout opérateur 2 et , teur de de Grothendieck homomorphismes résulte immédiatement que si L et M sont des pectivement de type e 2 Lemme 1 : il existe deux l’espace de probabilité (0,P) p d’un espace de Banach E dans et Ù : m-treillis E - L puissance un complet opéraL. XXII-XXIII.10 Alors De quels même, si que soient xi’... ,xn E E, V : L ~ E est un on opérateur a de type ~ p, on a 1 On montre seulement la première inégalité ; notons que la fonction -i i- -- degré 1 sur IRn. ce qui permet de la définir dans L. Notons aussi sont étagées, l’inégalité à démontrer est évidente lorsque puisque l’intégrale se réduit alors à une somme finie. telles que On choisit alors des fonctions étagées de On a alors (inégalité triangulaire dans LP(n,p) que XXII-XXIII.11 Par ailleurs, (en effet en cet te posant on i inégalité a dans L : 1 par la même serait vraie pour E L). démonstration que ci-dessus, donc est vraie pour Par suite , norme du premier l’inégalité à démontrer Comme en la membre est _ e( o ||y1|| qui est vraie pour sont étagées, déduit D’où le résultat puisque e est un réel &#x3E;0 arbitraire. c. Dans la suite variables aléatoires Lemme 2 : pour tout Soient L q ;- 0 ? 1 (w),...,f(p)(w) q. f. do (p réel, 0 p _ 2) désignent indépendantes p-stables sur (0,P), telles que un n m-treillis complet et ’ L. o A,1 ors des on XXII-XXIII.12 pour 0qp2. Cela résulte immédiatement du fait que e Théorème est 1 un Soient p 4 : et E un de (p ~ 2) , type 2 h étant un un réel ¿ 2,y M sous-espace de M. ~R-treillis Corollaire 4 : et sp égalités sont vraies pour m. ,,e. et ~2 ces complet, Si E est alors tout un R-treillis Alors tout est de type ~ 2 sous-espage d’ un fort. de complet opérateur type p E - L, où L LL: et m-treillis M de opérateur Ù : E - L, où admet la factorisation homomorphi sme un L est : E - un R-treillis L2( ) , type ~ 2 h : L2( ) -~ L, XXII-XXIII.13 En particulier L et espace de 1 Théorème a opérateur tout Jes espaces de Banach un sous- de M sont des espaces de Hilberto un 0 Soient 1 S p q ~ 2, de F. dans Un montre d’abord isomorphes à la fois à qu’on un a et E R-treillis un Lq. sous-espace complet L est de Alors type &#x3E; p. : pour 1 Pour une le fait dépendant de p, qo Pour cela, on utilise espace de probabilité (Q’.P’) et une isométrie certaine constante K qu ° il existe un telle que Y cation identique, ~ ho J soit aussi une q, 1 isométrique ) On a de Lq dans défini au isométrie (J est le plongement moyen de variables q-stables 0 alors (théorème de Fubini) =. (lemme 2) (h est un homomorphisme) XXII-XXIII.14 D’où le résultat annoncé On alors, a Dualité des Lemme 3 : dans opérateurs Soit U L1(n,p). un avec de type &#x3E;p et q opérateur défini K (p) (U) Pour que sur (1+1=1). espace de Banach E un : K, il faut et il suffit que à valeurs U admette la factorisation E h étant un U’ h LP(Q’ Lp(Q’,03BC’) ,03BC’)-&#x3E; homomorphisme (resp. La condition est évidemment Elle est suffisante car si un L 1 L1(Q,03BC), avec ||U’|| K, K s 1, 1 homomorphisme fort). nécessaire xl,...,xn E E, on d’après le corollaire 1. a (puisque h est un homomorphisme) XXII-XXIII.15 1 Soit V :: Lemme 4 : que K (V’) _ ~(S) ~ E (S un o E espace de Banach~ . Pour K, il faut et il suffit que V admettre la factorisation LP (0, P) V’ ( resp compact, espace E, 11h11 homomorphisme for-t). JIVI Il 1, !g K, h étant un homomorphisme a La condition est évidemment nécessaire d’après suffisante a car si on x1, (car h est un le corollaire 1. Elle est homomorphisme) 1 1 Proposition 4 : Si U : défini E .-~ ~ est de Si V : type &#x3E;_ p , y (f (S) - type sq et En E alors (S U est de espace compact) espace de Banach E admet la factorisation Il à,- ~ _ q est de la factorisation illr donc U type o U admet un - , K (p) (V) = K~~(V~). effet, sur type ~p, alors V est de .1 XXII-XXIII.16 En 1 appliquant Théorème nouveau ce Soit U : E ~ L 5 : Compte de tenu du théorème résultat à un U* opérateur Loe(n, 9) (puisque de type ~ p (E est un espace espace de Banach, suivant et du fait que 1 il suffit de montrer que On on Sur L on met la est norme un peut à montrer que supposer définie par espace a Alors le et l’identité est un complété homomorphisme de fort morphisme) 0 D’après la proposition précédente, Il puisque l’ima g e on a : ~L de h est dense dans (par construction de cet espace). XXII-XXIII.17 * (car Il 1 h en est homomorphisme L - E Soit V : 6 : V~ :m-treillis). Alors K~(V~) :K..(V). opérateur un est de tenu du résultat Compte et Il résulte que Théorème L un q et précédent, On suppose K..(V) Comme u= peut choisir pour chaque e&#x3E;0, on On construit début de cet a au fort h : ~(S) ~ On alors a u L,11h11 = K~~(V") = Banach, ( ~-+~-= 1). K..(V) L ° Soient est une y liail un forme linéaire 1, u(a)&#x3E; = C (S) espace et 2 0 Iluil un L, sur c. homomorphisme h(l)==a. 1 tel que donc, d’après la proposition 4, K (p) (Ve&#x3E;h) :g 1 de il suffit de montrer que = + exposé type e p (E espace de K " (h 0 V ) et, par suite, Le -M- * Or , h* : L * .... 6 (S) Radon ~~~ 0 Comme e Théorème sur est 7 : R-treillis entre 0 et 1 de x, une Il h * u B1 membre est premier h est homomorphisme. un * u &#x3E; 0 ;s il et en résulte q ue hu arbitraire, Soit U : complet). (ce qui est une mesure u ( a) ~ S, on Alors un opérateur K (p) (U) veut dire que log-convexe de e. a E - L 0x~l). de même si fonction puisque * # V 1: est borné (E espace de Banach, L une (A) fonction Log K x (U) L - E est de - entre 0 et p un 1. est log-convexe une fonction opérateur borné, de ! p convexe K(p) (V) est 1, XXII.XXIII.18 dualité, théorème. Par 1 Soient Lemme 5 : Noter que on voit on y étant ex+ a ]R d’après pour homogène (1-O)y première partie et de degré 1 est définie dans L et cette pour la concavité de la inégalité fonction Log). est vraie Donc d’où 1 est le résultat une D’après fonction le lemme en remplaçant log-convexe 5, il suffit x x/lixll , par de 1 n 1R+. + Or, c’est y par y/))y)). entre 0 et 10 p de montrer que inégalité est vraie quels n alors l’inégalité de Holder Il suffit de voir que cette a1,...,a E du 081. Alors x, y E L+, xe suffit de montrer la qu’il , , que soient XXII.XXIII.19 On montre alors le D’où théorème le résultat cherché périeure 7. On d’après a le lemme 6 et le f ait que la borne d’une famille de fonctions log-convexe l’est aussi. q. f. d. 1-8 on a donc Donc K(p) (U) c. Notons que si Comme , K(p) (U) ~t )ju)! , et si q on voit que fonction croissante de p, une définit 0 on p K~(U) ~ K(q) (U) - l’inégalité 1 Proposition 1 Alors 5 : R-treillis normés des 1 pour En effet, on a de Grothendieck. Soit V : L - M un complets. opérateur est est fonction décroissante et de même de p. Une preuve de su- de L, M étant XXII.XXIII.20 L m-treillis D’après on voit Soit V : 6 : Proposition complet) m L - L 1 O,g) Alors V est de proposition précédente, et que V est de type ~ 2, et que la ce opérateur un type ~2 de et le fait que est de w 8 : Pour tout Il suffit de montrer la En remplaçant Supposons et le fait que V~~~~on cas existe des peut et lpn sont 2, de on q. f. d. a l’appliquer à V # ). supposer que V : p pour tout p &#x3E; 1 proposition précédente Dans le ~(S) -~L (Qy~)/ 1 n f inie, donc de dimension type n V : première inégalité (puis d’abord Alors V est de La V par opérateur type donne le résultat cherché. qui c. Théorème réel &#x3E; 2 , type K p (p (par exemple d’après le lemme 4 isomorphes). a donne alors le’résultat. générale soient fonctions étagées Pour ° telles que ’ il . I~ .-~. ~~ ~ E XXII.XXIII.21 Donc et 1 e sous-espace réticule de Soit i1 A est D’après ce un espace qu’ on L Loo(Q’,03BC’) engendré de dimension vient de voir, on f inie, est. on a par V :: o A - L (0, 11) - a Donc D’où ~.e résultat puisque E est &#x3E; 0 arbitraire. c. L’inégalité de si U :i if (S) - Grothendieck 03BC), se déduit aisément de d’après le théorème ce q. f. d. théorème : 8 et le corollaire 1 U admet la factorisation h étant un homomorphisme. et Soient ~. U’ type avec ~~ , Or i la x. - p = 2 (tout opérateur défini c~n sur espace de Hilbert est de un a. 1 et, d’autre parts (car h est un proposition 5, appliquée homomorphisme) 1 1 XXII.XXIII.22 On déduii en Notons d’autres d’un espace de Banach E dans étant fonction une continue p=1 ) ~ tout en point Soient alors E identique de E un théorème de p L ; dans si = Rosenthal sous-espace isomorphe à décroissant vers +00 [5] équivaut 1 )? opérateur la fonction K(p) U 1 est donc (y compris elle est finie U l’application un p’ &#x3E;p (ce qui, d’après pour à dire que E et contient pas de ne K(q) ( U ) -~ K(p) ((U) alors un entre 0 et Lp (1 p 2) sous-espace de un U est de p1 et décroissante voisinage duquel au Si 7, R-treillis complet L, un log-convexe théorème du applications = 1 q tend quand en pe Pour tout E &#x3E; 0 il existe donc q &#x3E; p tel que U admette la factorisation Autrement légère Si on a Comme a une b i en pour ou sous-espace X de E tel ue un 1 ~p, q ~ 2, de l, q Lp, et si E est un sous-espace de il existe q&#x3E;p et Pour on amélioration du résultat de Rosenthal : l~p2 existe dit, un ou sous-espace Y de Lq on p eut déf inir K (p~ q) KG et K(p,q) est une tel ue bien our tout d(E, Y) 1+c. U : = fonction e &#x3E; 0, L~ -~ Lp U s 1 log-convexe décroissante donc continue. K(p,p) = 1, Pour tout py rateur U : L 00 on 1 ~ -~ a montré que : 2 et tout Lp c &#x3E; ’ 0, il existe q ~ 2 tel que tout q~ admette la factorisation Î = 1, h étant un opé- avec homomorphisme fort . o 3~ *** BIBLIOGRAPHIE [1] S. KAKUTANI : [2] B. MAUREY : Séminaire Maurey-Schwartz 1972-1973, [3] H. NAKANO : Uber normierte Tokyo 17 (1941) [4] J. Concrete representation of abstract L-spaces et Concrete representations of abstract M-spaces. Annals of Math. (42) 1941 p. 523-537 et p. 994-1024. BRETAGNOLLE, D. H.P. ROSENTHAL : Moduln. Proc. p. Ann. On subspaces p. 344-373. J.L. KRIVINE : Lois stables et Inst. H. Poincaré 2(1966) p. 231-259. of Lp. ***** Ann. of Math. Vol 97 XXII. Imp. Acad. 301-307. DACUNHA-CASTELLE, espaces Lp . [5] teilwesgeorgnete exposés XV, XVII, n°2 (1973)