ここでは東大数理の修士課程の院試の2020B05の解答例を解説していきます。解答例はあくまでも例なので、最短・最易の解答とは限らないことにご注意ください。またこの解答を信じきってしまったことで起こった不利益に関しては一切の責任を負いませんので、参照する際は慎重に慎重を重ねて議論を追ってからご参照ください。また誤り・不適切な記述・非自明な箇所などがあればコメントで指摘していただけると幸いです。
$\alpha$を実定数とする。$\mathbb{R}^2$上のベクトル場$X_\alpha$を
$$
X_\alpha=x\frac{\partial}{\partial x}+\alpha y\frac{\partial}{\partial y}
$$
で定義する。また$S^1=\{(x,y)\in\mathbb{R}^2|x^2+y^2=1\}$とする。ここで実線型空間
$$
V_\alpha:=\{f:\mathbb{R}^2\to\mathbb{R}|f \textsf{ は }C^\infty\textsf{ 級かつ }X_\alpha f=0\}
$$
$$
W_\alpha:=\{f:\mathbb{R}^2\backslash\{(0,0)\}\to\mathbb{R}|f \textsf{ は }C^\infty\textsf{ 級かつ }X_\alpha f=0\}
$$
$$
Z:=\{f:S^1\to\mathbb{R}|g\textsf{ は }C^\infty\textsf{ 級}\}
$$
を考える。