Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 25
Текст из файла (страница 25)
ª ª ª ¤«ï «î¡®£®à ¢¥á⢮supx6=0° x °° kxkX °kA(x)kYkxkXX= 1,x 6= 0â® ¯®«ãç ¥¬ á«¥¤ãî騥 ®æ¥ª¨:¢ë¯®«¥®° µ¶°°°x° ≤= sup °A°kxkX °Yx6=0kA(x)kYkA(x)kY≤ sup.kxkkxkXXx6=0kxkX =1≤ sup kA(x)kY = supkxkX =1«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ sup kA(x)kkxkx6=0 «¥¥ 室¨¬YX= sup kA(x)kY .kxkX =1sup kA(x)kY ≤ sup kA(x)kY =kxkX =1kxkX ≤1=sup0<kxkX ≤1kxkX° µ¶°°°x° ≤ sup kA(x)kY .°A°kxkX °Y133kxkX =1®í⮬㠯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮sup kA(x)kY =kxkX =1ª¨¬ ®¡à §®¬, ¤®ª § ë á®®â®è¥¨ïkAk = sup kA(x)kY = supx6=0kxkX ≤1sup kA(x)kY .kxkX ≤1kA(x)kY= sup kA(x)kY .kxkXkxkX =1 «¥¥ ¤«ï «î¡®£® L > 0, â ª®£®, çâ® ¤«ï ¢á¥å xkA(x)kY ≤ LkxkX , ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ kAk =≤ L.n∈ X ¢ë¯®«¥®sup kA(x)kY ≤kxkX ≤1«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® á®®â®è¥¨¥kAk ≤ inf -¯o¯L > 0 ¯ kA(x)kY ≤ LkxkX ∀ x ∈ X . ¤à㣮© áâ®à®ë, ¤«ï «î¡®£® x 6= 0 ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮µkA(x)kY ≤kA(x)kYkxkX¶kxkX ≤ kAk kxkX .«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ®¡à ⮥ ¥à ¢¥á⢮ninf¯o¯L > 0 ¯ kA(x)kY ≤ LkxkX ∀ x ∈ X ≤ kAk. ¤ ç 3.4.1.
ãáâì (X, k·kX ) ¨ (Y, k·kY ) | «¨¥©ë¥ ®à¬¨à®¢ ë¥ ¯à®áâà á⢠, A: X → Y | «¨¥©ë© ®¯¥à â®à. ®ª § âìá«¥¤ãî騥 ã⢥ত¥¨ï: ) ¥á«¨ dim X < +∞, â® kAk < +∞;¡) ¥á«¨ dim Im A < +∞, Ker A § ¬ªãâ®, â® kAk < +∞. ¥ è ¥ ¨ ¥. ) ãáâì dim X = n.
®£¤ ¢ X áãé¥áâ¢ã¥â ª®¥çë© ¡ §¨á {e1 , . . . , en }. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ Xáãé¥áâ¢ã¥â ¥¤¨áâ¢¥ë© ¡®à ᪠«ï஢ {α1 (x), . . . , αn (x)}, â ª®©,nPçâ® x =αk (x)ek . ¬¥â¨¬, çâ® ¤«ï ª ¦¤®£® k ∈ 1, n ®â®¡à ¦¥¨¥k=1αk : X → C ï¥âáï «¨¥©ë¬. ¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨îkxke =nX|αk (x)|¤«ï «î¡®£®x ∈ X.k=1â äãªæ¨ï ï¥âáï ®à¬®© ¢ «¨¥©®¬ ¯à®áâà á⢥ X . ¥©á⢨⥫ì®, kxke ≥ 0, à ¢¥á⢮ kxke = 0 à ¢®á¨«ì® αk (x) = 0 ¤«ï134ª ¦¤®£® k ∈ 1, n, â. ¥. x = 0.
«¥¥ ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X ¨áª «ïà t ∈ C ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ αk (tx) = tαk (x) ¤«ï ª ¦¤®£® k ∈ 1, n.«¥¤®¢ ⥫ì®, ktxke = |t| kxke . ª®¥æ, ¤«ï «î¡ëå ¢¥ªâ®à®¢ x, y ∈∈ X ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ αk (x + y) = αk (x) + αk (y) ¤«ï ª ¦¤®£® k ∈ 1, n.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬kx + yke =nX|αk (x) + αk (y)| ≤k=1n ³X´|αk (x)| + |αk (y)| = kxke + kyke ,k=1â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ âà¥ã£®«ì¨ª .
® ⥮६¥ 3.1.1 ®¡ íª¢¨¢ «¥â®á⨠®à¬ ¢ ª®¥ç®¬¥à®¬ «¨¥©®¬ ¯à®áâà á⢥ ®à¬ëk · kX ¨ k · ke íª¢¨¢ «¥âë ¢ X . «¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«®C > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ X á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮kxke ≤ CkxkX .¯à¥¤¥«¨¬ ç¨á«® MkAk = supx6=0= max kA(ek )kY .1≤k≤nkA(x)kY=kxkX®£¤ ¯®«ãç ¥¬°°n°P°°αk A(ek )°°°k=1supx=nPYkxkXαk ek 6=0≤k=1nP≤supx=nPαk ek 6=0k=1nP|αk | kA(ek )kY≤kxkXsupx=k=1nPαk ek 6=0|αk | Mk=1kxkX=k=1= M supx6=0kxke≤ M C,kxkXâ.
¥. kAk ≤ M C < +∞, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.¡) ãáâì ⥯¥àì «¨¥©ë© ®¯¥à â®à A ¨¬¥¥â § ¬ªã⮥ ï¤à® ¨ª®¥ç®¬¥àë© ®¡à §. ãáâì dim Im A = m. ®£¤ ¢ Im A áãé¥áâ¢ã¥â ª®¥çë© ¡ §¨á {g1 , . . . , gm }. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, máãé¥áâ¢ã¥â ¢¥ªâ®à ek ∈ X , â ª®©, çâ® Aek = gk . ®ª ¦¥¬, çâ® á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮Ker A ⊕ Lin{e1 , . . .
, ek } = X.135¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® x ∈ X ¨¬¥¥¬ A(x) ∈ Im A, â. ¥. áãé¥áâ¢ã¥â ¥¤¨áâ¢¥ë© ¡®à ᪠«ï஢ {α1 , . . . , αm }, â ª®©, çâ® á¯à ¢¥¤mmPP«¨¢® à ¢¥á⢮ A(x) =αk gk . ¯à¥¤¥«¨¬ ¢¥ªâ®à u =αk ek ∈k=1k=1∈ Lin{e1 , . . . , em }. ®£¤ ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ A(x − u) = 0, â. ¥.¢¥ªâ®à v = x − u ∈ Ker A. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤®ª § ® à ¢¥á⢮Ker A + Lin{e1 , . .
. , ek } = X.®ª ¦¥¬, çâ® á㬬 ¯®¤¯à®áâà á⢠¯àï¬ ï, â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ Ker A ∩ Lin{e1 , . . . , em } = {0}. ¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨ ¢¥ªâ®àz ∈ Ker A ∩ Lin{e1 , . . . , em }, â® áãé¥áâ¢ãîâ ᪠«ïàë β1 , . . . , βm , â mmPPª¨¥, çâ® z =βk ek , ¨ ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ A(z) = 0 =βk gk .k=1k=1 ª ª ª ¢¥ªâ®àë g1 , . . . , gm «¨¥©® ¥§ ¢¨á¨¬ë, â® ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢠β1 = . . . = βm = 0 ¨ z = 0.
¯à¥¤¥«¨¬ ç¨á«® M = max kgk kY .k∈1,n¥¯¥àì ¨¬¥¥¬kAk =° µ¶°m°°°A P αk ek °°°° k=1°Y ≤m°P°°αk ek + v °°°sup{α1 , ..., αm }⊂C,mP|αk |>0, v∈Ker Ak=1k=1XmP≤sup{α1 , ..., αm }⊂C,mP|αk |>0, v∈Ker Ak=1°°k=1° .°αk ek + v °° §¤¥«¨¬ ç¨á«¨â¥«ì ¨ § ¬¥ â¥«ì ¤à®¡¨ ç¨á«® L =¨ ®¡®§ 稬 βk =kAk ≤infαkL. ®£¤ mP|βk | = 1k=1M°°m°P°°βk ek − w°°°{β1 , ..., βm }⊂C,mP|βk |=1, w∈Ker Ak=1k=1|αk | M° k=1m°PXmP|αk | > 0k=1¨ á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮=X=inf{β1 , ..., βm }⊂C,mP|βk |=1k=1136ρMµmPk=1¶.βk ek , Ker Aãáâì {β1 (s), . . . , βm (s)}∞s=1 | ¬¨¨¬¨§¨àãîé ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâìmP¤«ï ¯®á«¥¤¥© ¨¦¥© £à ¨, â.
¥.|βk (s)| = 1 ¤«ï «î¡®£® s ∈ N,k=1¨ á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮Ãinf{β1 , ..., βm }⊂C,mP|βk |=1k=1ρmX!βk ek , Ker AÃ= lim ρs→∞k=1mX!βk (s)ek , Ker A .k=1® ⥮६¥ ®«ìæ ®|¥©¥àèâà áá áãé¥áâ¢ã¥â á室ïè ïáï ¯®¤¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì βk (sr ) → γk ¯à¨ r → ∞ ¤«ï «î¡®£® k ∈ 1, m.mPਠí⮬, ¥áâ¥á⢥®, ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮|γk | = 1. ®£¤ ¢¥ªmPk=1mPâ®à u =γk ek = limβk (sr )ek ∈ Lin{e1 , . .
. , em }.r→∞ k=1k=1 ¬¥â¨¬, çâ® äãªæ¨ï x 7→ ρ(x, Ker A) 㤮¢«¥â¢®àï¥â ãá«®¢¨î¨¯è¨æ á ª®áâ ⮩ ¥¤¨¨æ ¢áñ¬ ¯à®áâà á⢥ X , â. ¥.¯¯¯¯¯ρ(x, Ker A) − ρ(z, Ker A)¯ ≤ kx − zkX∀ x, z ∈ X.¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡ëå ¢¥ªâ®à®¢ x, z ∈ X ¨ «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ãîâ ¢¥ªâ®àë vε , wε ∈ Ker A, â ª¨¥, çâ® kx − vε kX ≤ ρ(x, Ker A) + ε¨ kz − wε kX ≤ ρ(z, Ker A) + ε. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ρ(x, Ker A) − ρ(z, Ker A) ≤ kx − wε kX − kz − wε kX + ε ≤≤ kx − zkX + ε,ρ(z, Ker A) − ρ(x, Ker A) ≤ kz − vε kX − kx − vε kX + ε ≤≤ kx − zkX + ε,¯¯â. ¥.
¢ë¯®«¥® ¯¯ρ(x, Ker A) − ρ(z, Ker A)¯¯ ≤ kx − zkX + ε → kx − zkX¯à¨ ε → +0. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬Ãm!Xβk (s)ek , Ker A =lim ρs→∞k=1Ã= lim ρr→∞mXk=1137!βk (sr )ek , Ker A= ρ(u, Ker A).mP ª ª ª|γk | = 1, â® ¢¥ªâ®à u 6= 0, ¨ ¯®í⮬ã u 6∈ Ker A. ª ª ªk=1ï¤à® Ker A § ¬ªãâ®, â® á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ ρ(u, Ker A) > 0.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ ®ª®ç ⥫쮥 ¥à ¢¥á⢮kAk ≤M< +∞,ρ(u, Ker A)çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. à ¨ ¬ ¥ à 3.4.1.
ਢ¥¤ñ¬ ¯à¨¬¥à «¨¥©®£® ¥®£à ¨ç¥®£®®¯¥à â®à , ®¯à¥¤¥«ñ®£® ¡¥áª®¥ç®¬¥à®¬ ¯à®áâà á⢥, ¨¬¥î饣® ¡¥áª®¥ç®¬¥àë© ®¡à § ¨ § ¬ªã⮥ ï¤à®. áᬮâਬ «¨¥©®¥ ¯à®áâà á⢮ X , á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å ¥¯à¥à뢮 ¤¨ää¥à¥æ¨à㥬ëå ®â१ª¥ [0, 1] ª®¬¯«¥ªá®§ çëå äãªæ¨©, ¨¬¥îé¨åã«¥¢®¥ § 票¥ ¢ ã«¥. ®à¬ã ¢ ¯à®áâà á⢥ X ®¯à¥¤¥«¨¬ â ª ¦¥,ª ª ¢ ¯à®áâà á⢥ C[0, 1], â. ¥.kxkc = max |x(t)|t∈[0,1]∀ x ∈ X.ãáâì ¯à®áâà á⢮ Y = C[0, 1] á k · kc -®à¬®©. ¯à¥¤¥«¨¬ «¨¥©ë©®¯¥à â®à A: X → Y á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬:(Ax)(t) = x0 (t)∀ t ∈ [0, 1],∀ x ∈ X.®£¤ Ker A = {0}, â ª ª ª ¤«ï äãªæ¨¨ x ∈ Ker A ¨¬¥¥¬ x0 (t) = 0¤«ï «î¡®£® t ∈ [0, 1], â.
¥. x(t) = const = x(0) = 0. «¥¥, Im A = Y ,â ª ª ª ¤«ï «î¡®© äãªæ¨¨ y ∈ Y áãé¥áâ¢ã¥â äãªæ¨ï x ∈ X ¢¨¤ Rtx(t) = y(τ ) dτ ¤«ï «î¡®£® t ∈ [0, 1], â ª ï, çâ® (Ax)(t) = x0 (t) = y(t),0â. ¥. Ax = y. ª®¥æ, ¤®ª ¦¥¬, çâ® kAk = +∞. ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï«î¡®£® n ∈ N à áᬮâਬ äãªæ¨î xn (t) = sin(nt) ¨§ ¯à®áâà á⢠X . ª ª ª kxn kc ≤ 1, â® á¯à ¢¥¤«¨¢ë ¥à ¢¥á⢠¯¯¯¯kAk ≥ kAxn kc = max ¯n cos(nt)¯ = n → +∞,t∈[0,1]çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. à ¨ ¬ ¥ à 3.4.2. áᬮâਬ «¨¥©®¥ ®à¬¨à®¢ ®¥ ¯à®áâà á⢮ CL1 [0, 1], á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å ¥¯à¥àë¢ëå äãªæ¨©x: [0, 1] → C,138®à¬ ¢ ª®â®à®¬ ®¯à¥¤¥«ï¥âáï á®®â®è¥¨¥¬Z1kxk1 =|x(t)| dt.0 áᬮâਬ «¨¥©ë© ®¯¥à â®à A: CL1 [0, 1] → CL1 [0, 1] ¢¨¤ Zt(Ax)(t) =x(τ ) dτ∀ t ∈ [0, 1],∀ x ∈ CL1 [0, 1].0ëç¨á«¨¬ ®à¬ã ®¯¥à â®à A.
«ï «î¡®© äãªæ¨¨¨¬¥¥¬x ∈ CL1 [0, 1]¯¯¯ZtZ1Z1 ¯Zt¯¯¯¯dt|x(τ )| dτ =kAxk1 = ¯ x(τ ) dτ ¯ dt ≤¯¯0000Z1=Z1|x(τ )| dτZ1dt =τ0(1 − τ )|x(τ )| dτ ≤ kxk1 .0«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ kAk ≤ 1. «¥¥ ¤«ï «î¡®£®ε ∈ (0, 1) à áᬮâਬ äãªæ¨î xε ∈ CL1 [0, 1] ¢¨¤ ½xε (t) =1 − εt , 0 ≤ t ≤ ε,0, ε ≤ t ≤ 1.®«ãç ¥¬0(1 − τ )xε (τ ) dτ =xε (τ ) dτ =dtkAxε k1 =Z1ZtZ100Zε=Zε(1 − τ )xε (τ ) dτ ≥0(1 − ε)xε (τ ) dτ = (1 − ε)kxε k1 .0«¥¤®¢ ⥫ì®,1 ≥ kAk ≥kAxε k1≥1−ε→1kxε k1139¯à¨ε → +0,â.
¥. kAk = 1. ¬¥â¨¬, çâ® ¢ ஫¨ äãªæ¨¨ xε ¬®¦® ¡ë«® à áᬮâà¥âì «î¡ãî ¥¯à¥àë¢ãî äãªæ¨î á ¢¥é¥á⢥묨 ¥®âà¨æ ⥫ì묨 § 票ﬨ, à ¢ãî ã«î ®â१ª¥ [ε, 1] ¨ ¯à¨¨¬ îéã«®¦¨â¥«ìë¥ § ç¥¨ï ¯à®¬¥¦ã⪥ [0, ε).¥¯¥àì à áᬮâਬ â®â ¦¥ ®¯¥à â®à ¢ ¤à㣮¬ «¨¥©®¬ ®à¬¨à®¢ ®¬ ¯à®áâà á⢥, ¨¬¥® ¢ ¥¢ª«¨¤®¢®¬ ¯à®áâà á⢥ CL2 [0, 1].¬¥¥¬ ®¯¥à â®à A: CL2 [0, 1] → CL2 [0, 1] ¢¨¤ Zt(Ax)(t) =x(τ ) dτ∀ t ∈ [0, 1],∀ x ∈ CL2 [0, 1].0ëç¨á«¨¬ ®à¬ã ®¯¥à â®à x ∈ CL2 [0, 1] ¨¬¥¥¬A¢ í⮬ á«ãç ¥. «ï «î¡®© äãªæ¨¨v ¯v¯22u 1 tu 1 t¯uZ ¯ZuZ Z¯u ¯ukAxk2 = t ¯¯ x(τ ) dτ ¯¯ dt ≤ t |x(τ )| dτ dt .¯¯0000 ª ª ª ¢ á¨«ã ¥à ¢¥á⢠®è¨|ã类¢ª®£® ¤«ï «î¡®£® t ∈ [0, 1]á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮Zt2 t tZZ|x(τ )| dτ ≤ |x(τ )|2 dτ dτ =000Zt= tâ® ¯®«ãç ¥¬³´2|x(τ )|2 dτ ≤ t kxk2 ,0vuZ1u³´2kxk2ukAxk2 ≤ t t kxk2 dt = √ .20«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ kAk ≤ √12 .
ª §ë¢ ¥âáï,¯®«ãç¥ ï ®æ¥ª ¤«ï ®à¬ë ®¯¥à â®à A ¢ à áᬠâਢ ¥¬®¬ á«ãç ¥ ï¥âáï ¥â®ç®©, â. ¥. á ¬®¬ ¤¥«¥ kAk < √12 . áâ ®¢¨¬ íâ®,¢ëç¨á«¨¢ â®ç®¥ § 票¥ ¤«ï kAk. «ï í⮣® à áᬮâਬ á¯¥æ¨ «ìë© ®à⮣® «ìë© ¡ §¨á ¢ ¥¢ª«¨¤®¢®¬ ¯à®áâà á⢥ CL2 [0, 1], ª®â®àë©¡®¡à §ã¥âá¨á⥬ äãªæ¨© E = {en }∞n=1 ¢¨¤ en (t) =¡¢ áçñâ ï¢1= cos π n − 2 t , t ∈ [0, 1]. ¬¥â¨¬, çâ® ¤à㣠ï áçñâ ï á¨á⥬ 140¡ ¡¢ ¢1äãªæ¨© F = {fn }∞n=1 , £¤¥ fn (t) = sin π n − 2 t , ⮦¥ ®¡à §ã¥â ¢CL2 [0, 1] ®à⮣® «ìë© ¡ §¨á, ¯à¨çñ¬ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮Aen =f¡ n ¢.π n − 12ਠí⮬ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¢ë¯®«¥® ken k2 = kfn k2 = √12 .ãáâì äãªæ¨ï x ∈ CL2 [0, 1] ¨¬¥¥â á«¥¤ãî饥 à §«®¦¥¨¥ ¢ àï¤ãàì¥ ¯® á¨á⥬¥ E :x=∞Xαn en .n=1â®â àï¤ á室¨âáï ª äãªæ¨¨ x ¢ ¯à®áâà á⢥ CL2 [0, 1], â.
¥. ¢ á।¥¬ ª¢ ¤à â¨ç¥áª®¬. ਠí⮬, ¯à¨¬¥ïï à ¢¥á⢮ àᥢ «ï, ¨¬¥¥¬vvu∞u∞u X |αn |2uXtkxk2 ==t2|αn |2 .(e,e)nnn=1n=1 ª ª ª ®¯¥à â®à A ¥¯à¥à뢥 ¢ ¯à®áâà á⢥ CL2 [0, 1] ¢ ᨫ㠯®«ã祮© ¢ëè¥ ®æ¥ª¨ ¤«ï ¥£® ®à¬ë kAk ≤ √12 , â® ¯®«ãç ¥¬, çâ®Ax =∞Xn=1αn Aen =∞Xα¡ n 1 ¢ fn .π n− 2n=1®á«¥¤¨© àï¤ ¯à¥¤áâ ¢«ï¥â ᮡ®© à §«®¦¥¨¥ ¢ àï¤ ãàì¥ ¯® á¨á⥬¥ F äãªæ¨¨ Ax ¨ á室¨âáï ª ¥© ¢ ¯à®áâà á⢥ CL2 [0, 1], â. ¥.¢ á।¥¬ ª¢ ¤à â¨ç¥áª®¬.