Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 60
Текст из файла (страница 60)
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ã稬 m∗ ≤ n∗ == m ≤ n = m∗ , â. ¥. m = m∗ , çâ® ¨ âॡã¥âáï. ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ®â ¯à®â¨¢®£®, çâ® m > n. £¨«ì¡¥à⮢®¬ ¯à®áâà á⢥ Hà áᬮâਬ ®à⮣® «ìë¥ ¤®¯®«¥¨ï⊥M = (Ker Aλ ) ⊂ H,356⊥N = (Im Aλ ) ⊂ H.®£¤ ¯® ⥮६¥ 3.2.2 ¨áá ®¡ ®à⮣® «ì®¬ ¤®¯®«¥¨¨ á¯à ¢¥¤«¨¢ë à ¢¥á⢠H = Ker Aλ ⊕ M,H = Im Aλ ⊕ N.® ¯à¥¤¯®«®¦¥¨î ¨¬¥¥¬ n = dim N < m = dim Ker Aλ . ®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â «¨¥©ë© ®¯¥à â®à F : Ker Aλ → N , â ª®©, çâ® Ker F 6= {0}¨ Im F = N . ᨫ㠪®¥ç®¬¥à®á⨠Ker Aλ ¯® ã⢥ত¥¨î 3.4.4®¯¥à â®à F ï¥âáï ¥¯à¥àë¢ë¬, ¢ ᨫ㠪®¥ç®¬¥à®á⨠N ¯®ã⢥ত¥¨î 5.8.1 ®¯¥à â®à F ï¥âáï ª®¬¯ ªâë¬. áᬮâਬ«¨¥©ë© ¥¯à¥àë¢ë© ®¯¥à â®à P ¯à®¥ªâ¨à®¢ ¨ï ¨§ H Ker Aλ ,â.
¥. P : H → Ker Aλ ¨ x − P (x) ∈ M ¤«ï ¢á¥å x ∈ H. ¯à¥¤¥«¨¬ «¨¥©ë© ®¯¥à â®à Φ = A + F P ∈ L(H). ï¥âáï ª®¬¯ ªâë¬ ¢á¨«ã ª®¬¯ ªâ®á⨠®¯¥à â®à A ¨ ª®¬¯ ªâ®á⨠®¯¥à â®à F P ¯®ã⢥ত¥¨î 5.8.5. ¬¥â¨¬, çâ® Φλ = Aλ + F P . ® ®¯à¥¤¥«¥¨î®¯¥à â®à F áãé¥áâ¢ã¥â ¥âਢ¨ «ìë© ¢¥ªâ®à x0 ∈ Ker Aλ , â ª®©,çâ® F (x0 ) = 0. ਠí⮬ ¢ ᨫ㠢ª«î票ï x0 ∈ Ker Aλ ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î ¯à®¥ªâ®à P ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ P (x0 ) = x0 . ®£¤ Φλ (x0 ) == Aλ (x0 ) + F (x0 ) = 0, â.
¥. x0 ∈ Ker Φλ . «¥¤®¢ ⥫ì®, λ ∈ σp (Φ).®í⮬㠯® ã⢥ত¥¨î 5.8.9 ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ Im Φλ 6= H. ¤à㣮© áâ®à®ë, ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢠P (Ker Aλ ) = Ker Aλ , Φλ (Ker Aλ ) == F P (Ker Aλ ) = F (Ker Aλ ) = N , P (M ) = {0}, Aλ (M ) = Aλ (M ++ Ker Aλ ) = Aλ (H) = Im Aλ . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬Im Φλ = Φλ (H) = Φλ (M + Ker Aλ ) == Aλ (M ) + F P (M ) + Φλ (Ker Aλ ) = Im Aλ + N = H,â. ¥. ¯®«ã稫¨ ¯à®â¨¢®à¥ç¨¥. ¥ ® à ¥ ¬ 5.8.1. ãáâì ®¯¥à â®à A ∈ K(X).
®£¤ «î¡®© ¥âਢ¨ «ìë© í«¥¬¥â ᯥªâà ®¯¥à â®à A ï¥âáï ᮡá⢥묧 票¥¬ ®¯¥à â®à A, â. ¥. σ(A)\{0} = σp (A)\{0}. ¯¥ªâà ®¯¥à â®à A ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⥠¨ ¥ ¨¬¥¥â ¯à¥¤¥«ìëå â®ç¥ª, ªà®¬¥, ¡ëâ쬮¦¥â, â®çª¨ ®«ì. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì λ ∈ σ(A)\{0}. ᫨ ¯à¥¤¯®«®¦¨âì,çâ® λ 6∈ σp (A), â® Ker Aλ = {0}. ª ª ª ¯® ã⢥ত¥¨î 5.8.11 ¨¬¥¥¬ dim Ker Aλ = 0 = dim Ker A∗λ , â® Ker A∗λ = {0}. ®£¤ ¯® á«¥¤á⢨î 5.8.1 ¯®«ãç ¥¬ Im Aλ = ⊥ ({0}) = X . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫ㧠¬¥ç ¨ï 5.7.3 ¯®«ãç ¥¬ λ ∈ ρ(A) | ¯à®â¨¢®à¥ç¨¥.
ª¨¬ ®¡à §®¬, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ λ ∈ σp (A). «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤®ª § ®357à ¢¥á⢮ σ(A)\{0} = σp (A)\{0}. ® á«¥¤á⢨î 5.8.2 ¯®«ãç ¥¬, çâ®á¯¥ªâà σ(A) ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñâ¥. ® ã⢥ত¥¨î 5.8.10 ¯®«ãç ¥¬,çâ® «î¡®¥ ¥âਢ¨ «ì®¥ ᮡá⢥®¥ § 票¥ ®¯¥à â®à A ï¥âáï ¨§®«¨à®¢ ®© â®çª®© ᯥªâà σ(A). ®í⮬㠥᫨ ᯥªâà σ(A)áçñâ¥, â® ¥£® ¥¤¨á⢥®© ¯à¥¤¥«ì®© â®çª®© ¬®¦¥â ¡ëâì ⮫쪮®«ì. ¬ ¥ ç ¨ ¥ 5.8.3.
ãáâì X ï¥âáï ¡¥áª®¥ç®¬¥àë¬ ¯à®áâà á⢮¬, «¨¥©ë© ®¯¥à â®à A ∈ K(X). ®£¤ 0 ∈ σ(A). ¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨ ¯à¥¤¯®«®¦¨âì ¯à®â¨¢®¥, â® ¯®«ã稬 Im A = X . ®£¤ ¯®¤¯à®áâà á⢮ Im A § ¬ªãâ® ¢ X . ®í⮬㠢 ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.8.2 ¯®«ãç ¥¬, çâ® Im A = X ª®¥ç®¬¥à®. â® ¯à®â¨¢®à¥ç¨â¡¥áª®¥ç®¬¥à®á⨠¯à®áâà á⢠X .5.9. ¬®á®¯àï¦ñë© ®¯¥à â®à í⮬ ¯ à £à ä¥ à áᬠâਢ îâáï £¨«ì¡¥à⮢® ¯à®áâà á⢮ H¨ «¨¥©ë© ®¯¥à â®à A ∈ L(H).
ᨫã ⥮६ë 5.3.1 ¨áá |à¥è¥¡ã¤¥¬ ®â®¦¤¥á⢫ïâì ¯à®áâà á⢠H∗ ¨ H. ®£¤ ¤«ï «î¡®£® ¯®¤¯à®áâà á⢠L ⊂ H = H∗ ¨¬¥¥¬ L⊥ = ⊥ L | ®à⮣® «ì®¥ ¤®¯®«¥¨¥ ¯®¤¯à®áâà á⢠L ¢ H (á¬. ®¯à¥¤¥«¥¨¥ 3.2.6). ® § ¬¥ç ¨î 5.6.2 à áᬠâਢ ¥¬ ᮯàï¦ñë© ®¯¥à â®à A∗ ∈ L(H) ¢¨¤ (Ax, y) = (x, A∗ y) ¤«ï ¢á¥å x, y ∈ H.
ਠí⮬ ®¯¥à æ¨ï ᮯà殮¨ï «¨¥©®£® ®£à ¨ç¥®£® ®¯¥à â®à ¢ H ï¥âáï ᮯàï¦ñ®«¨¥©®© (á¬. § ¬¥ç ¨¥ 5.6.2). ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 5.9.1. ¨¥©ë© ®¯¥à â®à A ∈ L(H) §ë¢ ¥âáï á ¬®á®¯àï¦ñë¬, ¥á«¨ A = A∗ , â. ¥. (A(x), y) = (x, A(y)) ¤«ï¢á¥å x, y ∈ H. ¥ ® à ¥ ¬ 5.9.1 (¥««¨£¥à, ¥¯«¨æ).
ãáâì «¨¥©ë© ®¯¥à â®à T : H → H ï¥âáï ᨬ¬¥âà¨çë¬, â. ¥. ¤«ï ¢á¥å x, y ∈ H á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ (T (x), y) = (x, T (y)). ®£¤ T ∈ L(H), ¨ ¯®í⮬ãT ï¥âáï á ¬®á®¯àï¦ñë¬ ®¯¥à â®à®¬. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ®â ¯à®â¨¢®£®, çâ® kT k = +∞. ®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂⊂ H, â ª ï, çâ® kxn k = 1 ¤«ï ¢á¥å n ∈ N, ¨ á¯à ¢¥¤«¨¢® á®®â®è¥¨¥358kT (xn )k → +∞ ¯à¨ n → ∞.
«ï «î¡®£® n ∈ N à áᬮâਬ äãªæ¨® « fn ∈ H∗ á«¥¤ãî饣® ¢¨¤ :Ã!T (xn )fn (y) = y, p∀ y ∈ H.kT (xn )k°°° T (xn ) °°®£¤ ¯® ⥮६¥ 5.3.1 ¨áá |à¥è¥ ¨¬¥¥¬ kfn k = ° √kT (x )k °° =np= kT (xn )k → +∞ ¯à¨ n → ∞, ¢ ᨫã ᨬ¬¥âà¨ç®á⨠®¯¥à â®à T ¤«ï ª ¦¤®£® ¢¥ªâ®à y ∈ H ¯®«ãç ¥¬|(T (y), xn )|kT (y)k|fn (y)| = p≤p→0kT (xn )kkT (xn )k¯à¨n → ∞.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì äãªæ¨® «®¢ fn ï¥âáï ¯®â®ç¥ç® ®£à ¨ç¥®© ¢ H, ¯®í⮬㠯® ⥮६¥ 3.4.2 å |⥩£ ã§ ® ï¥âáï ®£à ¨ç¥®© ¢ H∗ .
®£¤ áãé¥áâ¢ã¥âpM > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï ¢á¥å n ∈ N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ kfn k = kT (xn )k ≤≤ M , â. ¥. ¯®«ã稫¨ ¯à®â¨¢®à¥ç¨¥. «¥¥ ¢ í⮬ ¯ à £à ä¥ à áᬠâਢ ¥¬ á ¬®á®¯àï¦ñë© ®¯¥à â®à A. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.9.1. C¯à ¢¥¤«¨¢ë á«¥¤ãî騥 ᢮©á⢠:1) (A(x), x) ∈ R ¤«ï «î¡®£® x ∈ H;2) â®ç¥çë© á¯¥ªâà ®¯¥à â®à A ¢¥é¥á⢥¥, â. ¥. σp (A) ⊂ R;3) ¤«ï «î¡ëå ¤¢ãå à §«¨çëå ᮡá⢥ëå ç¨á¥« ®¯¥à â®à «î¡ë¥ ᮮ⢥âáâ¢ãî騥 ¨¬ ᮡáâ¢¥ë¥ ¢¥ªâ®àë ®à⮣® «ìë;4) kAn k = kAkn ¤«ï «î¡®£® n ∈ N, r(A) = kAk.A ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ¢®©á⢮ 1 á«¥¤ã¥â ¨§ à ¢¥áâ¢(A(x), x) = (x, A(x)) = (A(x), x),â. ¥. ¬¨¬ ï ç áâì Im(A(x), x) = 0. áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ì®¥ ᮡá⢥®¥ ç¨á«® λ ∈ σp (A) ®¯¥à â®à A.
ãáâì x ∈ Ker Aλ | ᮡáâ¢¥ë© ¢¥ªâ®à A, ᮮ⢥âáâ¢ãî騩 λ. ®£¤ ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢠(A(x), x) = (λx, x) = λkxk2 . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫã ᢮©á⢠1 ¯®«ãç ¥¬ λ = (A(x),x)∈ R. ª¨¬ ®¡à §®¬, σp (A) ⊂ R, â. ¥. ᢮©áâkxk¢® 2 ¤®ª § ®. áᬮâਬ ⥯¥àì ¤¢ à §«¨çëå ᮡá⢥ëå ç¨á« 2359®¯¥à â®à A. ãáâì x1 ∈ Ker Aλ ¨ x2 ∈ Ker Aλ | ᮮ⢥âáâ¢ãî騥 ¨¬ ᮡáâ¢¥ë¥ ¢¥ªâ®àë. ®£¤ ¯®«ãç ¥¬λ1 6= λ212λ1 (x1 , x2 ) = (A(x1 ), x2 ) = (x1 , A(x2 )) = λ2 (x1 , x2 ).«¥¤®¢ ⥫ì®, (λ1 − λ2 )(x1 , x2 ) = 0. ª ª ª λ1 − λ2 6= 0, â® ¯®«ãç ¥¬ (x1 , x2 ) = 0, â. ¥.
᢮©á⢮ 3 ¤®ª § ®. «¥¥, ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î®¯¥à â®à®© ®à¬ë ®ç¥¢¨¤® ¥à ¢¥á⢮ kAn k ≤ kAkn ¤«ï «î¡®£®n ∈ N. ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ¯® ¨¤ãªæ¨¨, çâ® ¤«ï ¥ª®â®à®£®m ∈ N ¨ ¤«ï ¢á¥å k ∈ 1, m á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ kAk k = kAkk (¤«ïm = 1 íâ® ¢¥à®). ®£¤ ¤«ï «î¡®£® x ∈ H ¢¨¤ kxk = 1 ¯®«ãç ¥¬³´ ³´kAm (x)k2 = Am (x), Am (x) = Am+1 (x), Am−1 (x) ≤≤ kAm+1 (x)k kAm−1 (x)k ≤ kAm+1 k kAm−1 k = kAm+1 k kAkm−1 .«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® á®®â®è¥¨¥kAk2m = kAm k2 = sup kAm (x)k2 ≤ kAm+1 k kAkm−1 .kxk=1âáî¤ ¯®«ãç ¥¬kAkm+1 ≤ kAm+1 k,â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮kAk= kA pk, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.
ª®¥æ, ᯥªâà «ìë© à ¤¨ãá r(A) = lim n kAn k = kAk, â. ¥. ᢮©á⢮ 4 ¤®ª § ®.m+1m+1n→∞ à ¨ ¬ ¥ à 5.9.1. ਢ¥¤ñ¬ ¯à¨¬¥à á ¬®á®¯àï¦ñ®£® ®¯¥à â®à A á ¯ãáâë¬ â®ç¥ç묳´ ᯥªâ஬. áᬮâਬ £¨«ì¡¥à⮢® ¯à®áâà á⢮ H = L2 [0, 1] ¨ «¨¥©ë© ®¯¥à â®à A ∈ L(H) ¢¨¤ (Ax)(t) = tx(t)¤«ï ¯. ¢. t ∈ [0, 1]∀ x ∈ H. ª ª ª ¤«ï ¢á¥å x, y ∈ H á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ZZt x(t) y(t) dµ =(A(x), y) =[0,1]x(t) t y(t) dµ = (x, A(y)),[0,1]â® ®¯¥à â®à A ï¥âáï á ¬®á®¯àï¦ñë¬.
«ï «î¡®£® λ ∈ C à áᬮâਬ x ∈ Ker Aλ . ®£¤ ¤«ï ¯. ¢. t ∈ [0, 1] ¨¬¥¥¬ (t − λ)x(t) = 0. ª ª ª t − λ 6= 0 ¤«ï ¯. ¢. t ∈ [0, 1], â® ¯®«ãç ¥¬ x(t) = 0 ¤«ï ¯. ¢.t ∈ [0, 1]. «¥¤®¢ ⥫ì®, x = 0 ¢ H, â. ¥. Ker Aλ = {0} ¤«ï «î¡®£®λ ∈ C. «¥¤®¢ ⥫ì®, σp (A) = ∅, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.360 â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.9.2. «ï «î¡®£® ç¨á« λ ∈ C á¯à ¢¥¤«¨¢®à ¢¥á⢮Ker Aλ ⊕ [Im Aλ ] = H. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
«ï «î¡®£® λ ∈ C ¨¬¥¥¬ (Aλ )∗ = A∗ −− λI ∗ = A − λI = Aλ .«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® á«¥¤á⢨î 5.6.1 ⥮६롢।£®«ì¬ ¯®«ãç ¥¬ Ker Aλ ⊥ = [Im Aλ ]. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® ⥮६¥ 3.2.2 ®¡ ®à⮣® «ì®¬ ¤®¯®«¥¨¨ ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮Ker Aλ ⊕ [Im Aλ ] = H. ᫨ ¬¨¬ ï ç áâì ç¨á« λ ¥âਢ¨ «ì , â® ¯® ᢮©áâ¢ã 2 ã⢥ত¥¨ï 5.9.1 ¯®«ãç ¥¬ á®®â®è¥¨ï λ 6∈ σp (A) ⊂ R ¨ λ 6∈ σp (A) ⊂ R.«¥¤®¢ ⥫ì®, Ker Aλ = Ker Aλ = {0}. ᫨ ¦¥ λ ∈ R, â® λ = λ,¨ ¯®í⮬ã Ker Aλ = Ker Aλ .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ âॡ㥬®¥ à ¢¥á⢮Ker Aλ ⊕ [Im Aλ ] = H. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.9.3. «ï «î¡®£® ç¨á« λ ∈ C á ¥âਢ¨ «ì®© ¬¨¬®© ç áâìî Im λ 6= 0 á¯à ¢¥¤«¨¢ë ¢ª«î票¥ λ ∈ ρ(A) ¨®æ¥ª ¤«ï ®à¬ë १®«ì¢¥âë kRA (λ)k ≤ | Im1 λ| . ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì λ = µ + iν , £¤¥ µ, νν 6= 0.®£¤ ¤«ï «î¡®£® x ∈ H ¯®«ãç ¥¬∈ R,¯à¨çñ¬kAλ (x)k2 = (Aµ (x) − iνx, Aµ (x) − iνx) == kAµ (x)k2 − iν(x, Aµ (x)) + iν(Aµ (x), x) + ν 2 kxk2 . ª ª ª µ ∈ R, â® ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ (Aµ )∗ = Aµ .
®í⮬ã (x, Aµ (x)) == (Aµ (x), x). «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬kAλ (x)k2 = kAµ (x)k2 + ν 2 kxk2 ≥ ν 2 kxk2 . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¤«ï «î¡®£® x ∈ H á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮kAλ (x)k ≥ |ν| kxk,â. ¥. ®¯¥à â®à Aλ ®£à ¨ç¥ ᨧã H. ®£¤ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 3.5.4 ¯®«ãç ¥¬, çâ® ®¯¥à â®à Aλ ¥¯à¥à뢮 ®¡à ⨬, â. ¥.
áãé¥áâ¢ã¥â ®¡à âë© ®¯¥à â®à (Aλ )−1 ∈ L(Im Aλ , H). ਠí⮬ ¢ ᨫã ã⢥থ¨ï 3.5.5 ®¡à § ®¯¥à â®à Aλ ï¥âáï § ¬ªãâë¬. ®361⮣¤ ¢ ᨫã Ker Aλ = {0} ¨ ã⢥ত¥¨ï 5.9.2 ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮ Im Aλ = H. ®í⮬ã (Aλ )−1 = RA (λ) ∈ L(H), â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢®¢ª«î票¥ λ ∈ ρ(A). ਠí⮬ ¤«ï «î¡®£® x ∈ H ¨¬¥¥¬kRA (λ)xk ≤kAλ RA (λ)(x)kkxk=,|ν||ν|â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ kRA (λ)k ≤1|ν|, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 5.9.1. ¯¥ªâà á ¬®á®¯àï¦ñ®£® ®¯¥à â®à ¢¥é¥á⢥¥, â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ σ(A) ⊂ R. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ¥¯®á।á⢥® á«¥¤ã¥â ¨§ ®¯à¥¤¥«¥¨ï ᯥªâà σ(A) = C\ρ(A) ¨ ã⢥ত¥¨ï 5.9.3. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.9.4. ¨á«® λ ∈ ρ(A) ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ ,ª®£¤ ®¯¥à â®à Aλ ï¥âáï ®£à ¨ç¥ë¬ ᨧã H, â.