Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 61
Текст из файла (страница 61)
¥. áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® L > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï ¢á¥å x ∈ H ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮kAλ (x)k ≥ Lkxk. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ¥®¡å®¤¨¬®áâì ãá«®¢¨ï ®£à ¨ç¥®áâ¨á¨§ã ®¯¥à â®à Aλ H ¤«ï ¢ë¯®«¥¨ï ¢ª«î票ï λ ∈ ρ(A) áà §ã á«¥¤ã¥â ¨§ ã⢥ত¥¨ï 3.5.4, ¯à¨ í⮬ L = kR 1(A)k . ®ª ¦¥¬¤®áâ â®ç®áâì. ãáâì ®¯¥à â®à Aλ ï¥âáï ®£à ¨ç¥ë¬ 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⢥ত¥¨ï 3.5.5 ®¡à § ®¯¥à â®à Aλ ï¥âáï § ¬ªãâë¬.
® ⮣¤ ¢ ᨫã Ker Aλ = {0} ¨ ã⢥ত¥¨ï 5.9.2 ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮ Im Aλ = H. «¥¤®¢ ⥫ì®, (Aλ )−1 == RA (λ) ∈ L(H), â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ λ ∈ ρ(A), çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.λ « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 5.9.2. ¨á«® λ ∈ σ(A) ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¢¥ªâ®à®¢ xn ∈ H ¢¨¤ kxn k = 1,â ª¨å, çâ® kAλ (xn )k → 0 ¯à¨ n → ∞. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
ª«î票¥ λ ∈ σ(A) à ¢®á¨«ì® á®®â®è¥¨î λ 6∈ ρ(A), ª®â®à®¥ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.9.4 ¢ë¯®«ï¥âáï⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ®¯¥à â®à Aλ ¥ ï¥âáï ®£à ¨ç¥ë¬á¨§ã H. â® ¢ á¢®î ®ç¥à¥¤ì à ¢®á¨«ì® ⮬ã, çâ® ¤«ï «î¡®£®362n ∈ N áãé¥áâ¢ã¥â ¢¥ªâ®à zn ∈ H, â ª®©, çâ® ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮kAλ (zn )k < kznn k . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ zn 6= 0. ¯à¥¤¥«¨¬ ¥¤¨¨çë© ¢¥ªâ®à xn = kzznn k . ®«ãç ¥¬kAλ (xn )k < n1 → 0 ¯à¨ n → ∞, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 5.9.5. ¯à¥¤¥«¨¬ ¢¥é¥áâ¢¥ë¥ ç¨á« m− = inf (A(x), x),kxk=1m+ = sup (A(x), x).kxk=1®£¤ á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ σ(A) ⊂ [m− , m+ ], ¯à¨çñ¬ m± ∈ σ(A). ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
® ®¯à¥¤¥«¥¨î ç¨á¥«m± ¤«ï «î¡®£®x ∈ H á¯à ¢¥¤«¨¢ë ¥à ¢¥á⢠m− kxk2 ≤ (A(x), x) ≤≤ m+ kxk2 . ®£¤ ¤«ï «î¡®£® ¢¥é¥á⢥®£® ç¨á« λ > m+ ¨ «î¡®£®x ∈ H ¯®«ãç ¥¬¢¥ªâ®à (λ − m+ )kxk2 ≤ (λx, x) − (A(x), x) = −(Aλ (x), x) ≤ kAλ (x)k kxk,â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ (λ − m+ )kxk ≤ kAλ (x)k. «¥¤®¢ ⥫ì®, ®¯¥à â®à Aλ ®£à ¨ç¥ ᨧã H, ¨ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.9.4¯®«ãç ¥¬ ¢ª«î票¥ λ ∈ ρ(A). «®£¨ç® ¤«ï «î¡®£® ¢¥é¥á⢥®£® ç¨á« λ < m− ¨ «î¡®£® x ∈ H ¯®«ãç ¥¬(m− − λ)kxk2 ≤ (A(x), x) − (λx, x) = (Aλ (x), x) ≤ kAλ (x)k kxk,â. ¥. á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ (m− − λ)kxk ≤ kAλ (x)k.
«¥¤®¢ ⥫ì®, ®¯¥à â®à Aλ ®£à ¨ç¥ ᨧã H, ¨ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.9.4¯®«ãç ¥¬ ¢ª«î票¥ λ ∈ ρ(A). ª ª ª ¯® á«¥¤á⢨î 5.9.1 ᯥªâய¥à â®à A ¢¥é¥á⢥¥, â® ¯®«ãç ¥¬ ¢ª«î票¥ σ ⊂ [m− , m+ ].®ª ¦¥¬, çâ® m+ ∈ σ(A). ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.9.2 ¤«ï í⮣®âॡã¥âáï ©â¨ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¢¥ªâ®à®¢ xn ∈ H ¢¨¤ kxn k = 1,â ª¨å, çâ® kAm (xn )k → 0 ¯à¨ n → ∞. ® ®¯à¥¤¥«¥¨î ç¨á« m+ áãé¥áâ¢ã¥â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¢¥ªâ®à®¢ xn ∈ H ¢¨¤ kxn k = 1, â ª¨å,çâ® (A(xn ), xn ) → m+ ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, (Am (xn ), xn ) →→ 0 ¯à¨ n → ∞. ® ®¯à¥¤¥«¥¨î ç¨á« m+ ¤«ï «î¡®£® ¢¥ªâ®à x ∈ H ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ (Am (x), x) ≤ 0.
¯à¥¤¥«¨¬ ¢ H \¯®«ã᪠«ï஥" ¯à®¨§¢¥¤¥¨¥ hx, yi = −(Am (x), y) ¤«ï «î¡ëå x, y ∈∈ H. ®£¤ ¯à¨ ¢á¥å x ∈ H ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ hx, xi ≥ 0, ¢á¨«ã à ¢¥á⢠(Am )∗ = Am ¤«ï ¢á¥å x, y ∈ H ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮hx, yi = −(x, (Am (y))) = −(Am (y), x) = hy, xi. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï++++++++363\¯®«ã᪠«ïண®" ¯à®¨§¢¥¤¥¨ï á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ ®è¨|ã类¢áª®£®. ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡ëå ¢¥ªâ®à®¢ x, y ∈ H ¨ «î¡®£® t ∈ R ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮0 ≤ hx − ty, x − tyi = hx, xi − 2t Rehx, yi + t2 hy, yi.«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ (Rehx, zi)2 − hx, xihy, yi ≤≤ 0. ¯¨á ¢ ª®¬¯«¥ªá®¥ ç¨á«® hx, yi ¢ íªá¯®¥æ¨ «ì®© ä®à¬¥hx, yi = eiϕ |hx, yi|, ¯®«ã稬|hx, yi| = hx, eiϕ yi = Rehx, eiϕ yi ≤pppp≤ hx, xi heiϕ y, eiϕ yi = hx, xi hy, yi,â.
¥. ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ ®è¨|ã类¢áª®£® |hx, yi|2 ≤ hx, xihy, yi.®£¤ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¨¬¥¥¬ á®®â®è¥¨ï³´DEkAm+ (xn )k2 = Am+ (xn ), Am+ (xn ) = − xn , Am+ (xn ) ≤¯DE¯DE¯¯≤ ¯ xn , Am+ (xn ) ¯ ≤ hxn , xn i Am+ (xn ), Am+ (xn ) ≤¯³´¯¯¯≤ ¯ Am+ (xn ), xn ¯ kAm+ k3 → 0 ¯à¨ n → ∞. ª¨¬ ®¡à §®¬, ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 5.9.2 ¯®«ãç ¥¬ âॡ㥬®¥ ¢ª«î票¥ m+ ∈ σ(A). ®¢¥à襮 «®£¨ç® ¤®ª §ë¢ ¥âáï ¤à㣮¥ ¢ª«î票¥ m− ∈ σ(A). « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 5.9.3. ¯à ¢¥¤«¨¢ë à ¢¥á⢠nokAk = max |m− |, |m+ | = r(A). ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
® ®¯à¥¤¥«¥¨î ᯥªâà «ì®£® à ¤¨ãá ®¯¥à â®à A ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ r(A) = sup |λ|. ª ª ª ¯® ã⢥à¦λ∈σ(A)¤¥¨î 5.9.5 ¢ë¯®«¥ë ¢ª«î票ïn m± ∈ σ(A)o , â® ¨¬¥¥â ¬¥áâ® ¥à ¢¥á⢮ |m± | ≤ r(A). ®£¤ max |m− |, |m+ | ≤ r(A). ¤à㣮© áâ®à®ë, ¯® ⮬㠦¥ ã⢥ত¥¨î 5.9.5 ¢ ᨫ㠢ª«î票ïnσ ⊂ [m− , mo+]¤«ï «î¡®£® λ ∈ σ(A) ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ |λ| ≤ max |m− |, |m+ | .nor(A) ≤ max |m− |, |m+ | . ª¨¬ ®¡à §®¬, á¯à ¢¥¤no«¨¢® à ¢¥á⢮ max |m− |, |m+ | = r(A).
ᨫ㠯ãªâ 4 ã⢥ত¥¨ï 5.9.1 ¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ r(A) = kAk. âáî¤ ¯®«ãç ¥¬ âॡ㥬륫¥¤®¢ ⥫ì®,364à ¢¥á⢠nomax |m− |, |m+ | = kAk = r(A). « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 5.9.4. ãáâì ¥âਢ¨ «ìë© «¨¥©ë© ®¯¥à â®àT ∈ K(H).®£¤ á¯à ¢¥¤«¨¢ë à ¢¥á⢠kT k =prr(T ∗ T ) =maxλ∈σp (T ∗ T )|λ|. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ¯¥à â®à T ∗ T ï¥âáï á ¬®á®¯àï¦ñ-ë¬.
®í⮬㠯® á«¥¤á⢨î 5.9.3 ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢠¯ ¯¯on¯¯¯ ¯¯r(T ∗ T ) = kT ∗ T k = max ¯m+ (T ∗ T )¯ , ¯m− (T ∗ T )¯ =¯³¯³´¯´¯¯¯¯¯= sup ¯ T ∗ T (x), x ¯ = sup ¯ T (x), T (x) ¯ =kxk=1kxk=1= sup kT (x)k2 = kT k2 .kxk=1® ⥮६¥ 5.8.8 ¨ ã⢥ত¥¨î 5.8.5 ®¯¥à â®à T ∗ T ï¥âáï ª®¬¯ ªâë¬. ª ª ª ®¯¥à â®à T 6= 0, â® ¨¬¥¥¬ r(T ∗ T ) = kT ∗ T k == kT k2 > 0.
®í⮬㠯® ⥮६¥ 5.8.1 ¯®«ãç ¥¬ σp (T ∗ T ) 6= ∅ ¨¨¬¥¥¬ à ¢¥á⢮ r(T ∗ T ) = max |λ|, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.λ∈σp (T ∗ T ) à ¨ ¬ ¥ à 5.9.2. áᬮâਬ «¨¥©ë© ®¯¥à â®à ®«ìâ¥àà :A: L2 [0, 1] → L2 [0, 1],ª®â®àë© ¨¬¥¥â ¢¨¤Z¤«ï ¯. ¢.x(τ ) dµ(τ )(Ax)(t) =t ∈ [0, 1]∀ x ∈ L2 [0, 1].[0,t]ëç¨á«¨¬ ®à¬ã í⮣® «¨¥©®£® ®¯¥à â®à . ¬¥â¨¬,çâ® ®¯¥à Râ®à ®«ìâ¥àà ¬®¦® § ¯¨á âì ¢ ¢¨¤¥ (Ax)(t) =K(t, τ ) dµ(τ )¤«ï ¯.³ ¢.∈ L2t ´∈ [0, 1] ¨ ¢á¥å[0, 1]2 ¨¬¥¥â ¢¨¤äãªæ¨©½K(t, τ ) =x ∈ L2 [0, 1],1, 0 ≤ τ ≤ t ≤ 1,0, 0 ≤ t < τ ≤ 1.365[0,1]£¤¥ äãªæ¨ïK ∈«¥¤®¢ ⥫ì®, ª ª ¯®ª § ® ¢ ¯à¨¬¥à¥ 5.8.1, ®¯¥à â®à ®«ìâ¥àà ï¥âá类¬¯ ªâ묢 L2 [0, 1], â. ¥.
á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ A ∈³´∈ K L2 [0, 1] . «ï ¢ëç¨á«¥¨ï ®à¬ë ®¯¥à â®à A ¢®á¯®«ì§ã¥¬áïá«¥¤á⢨¥¬ 5.9.4, ᮣ« á® ã⢥ত¥¨î ª®â®à®£® á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮r ³´ rkAk =r A∗ A =maxλ∈σp (A∗ A)|λ|.ëç¨á«¨¬ ᮯàï¦ñë© ®¯¥à â®à A∗ : L2 [0, 1] → L2 [0, 1]. áᬮâਬ¯à®¨§¢®«ìë¥ äãªæ¨¨ x, y ∈ CL2 [0, 1]. ª ª ª ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 4.3.6 ¨â¥£à «ë ¨¬ ¨ ¥¡¥£ ¥¯à¥à뢮© äãªæ¨¨ ᮢ¯ ¤ îâ, â® ¯®«ãç ¥¬Z1dt (Ax, y) =0ZtZ1x(τ ) dτ y(t) =0 1Zdτ x(τ ) y(t) dt = (x, A∗ y).τ0«¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®© ¥¯à¥à뢮© äãªæ¨¨ y ∈ CL2 [0, 1] ¤«ï¯. ¢. t ∈ [0, 1] á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮Z1∗(A y)(t) =Zy(τ ) dτ =ty(τ ) dµ(τ ).[t,1] ª ª ª ¯à®áâà á⢮ CL2 [0, 1] ï¥âáï ¢áî¤ã ¯«®âë¬ ¢ L2 [0, 1], ⮤«ï «î¡®£® x ∈ L2 [0, 1] áãé¥áâ¢ã¥â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì yn ∈ CL2 [0, 1],â ª ï, çâ® kx − yn k2 → 0 ¯à¨ n → ∞.
®£¤ ¢ ᨫ㠥¯à¥à뢮á⨮¯¥à â®à A∗ ¯®«ãç ¥¬ kA∗ x − A∗ yn k2 → 0 ¯à¨ n → ∞. «ï «î¡®£®t ∈ [0, 1] ¢ á¨«ã ¥à ¢¥á⢠®è¨|ã类¢áª®£® ¨¬¥¥¬¯¯¯Z¯ZZ ¯¯¯¯¯¯¯¯yn (τ ) dµ(τ )¯ ≤x(τ ) dµ(τ ) −¯¯x(τ ) − yn (τ )¯ dµ(τ ) ≤ kx−yn k2 .¯¯¯[t,1]¯ [0,1][t,1]«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬°°°Z°Z°°°°x(τ ) dµ(τ ) −yn (τ ) dµ(τ )° =°°°°[t,1]°[t,1]2366v ¯¯2u ¯¯uZ1 ¯ ZZ¯u ¯¯u=t ¯x(τ ) dµ(τ ) −yn (τ ) dµ(τ )¯ dµ(t) ≤¯¯¯0 ¯[t,1][t,1]vuZ1u ³´2u≤tkx − yn k2 dµ(t) = kx − yn k2 → 0 ¯à¨ n → ∞.0 ª¨¬ ®¡à §®¬, ¯à¨ n → ∞ ¢ë¯®«¥® á®®â®è¥¨¥°°°°°°°°ZZ°°°°° ∗°° ∗°x(τ ) dµ(τ )° = 0.x(τ ) dµ(τ )° = lim °(A yn )(t) −°(A x)(t) −n→∞ °°°°°°°°[t,1][t,1]22«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮Z(A∗ x)(t) =x(τ ) dµ(τ )¤«ï ¯.
¢.t ∈ [0, 1] ∀ x ∈ L2 [0, 1].[t,1] áᬮâਬ á ¬®á®¯àï¦ñë© ª®¬¯ ªâë© ®¯¥à â®àA∗ A: L2 [0, 1] → L2 [0, 1],ª®â®àë© ¨¬¥¥â ¢¨¤Z∗(A Ax)(t) =Zdµ(τ )[t,1]dµ(ξ) x(ξ)¤«ï ¯. ¢. t ∈ [0, 1] ∀ x ∈ L2 [0, 1].[0,τ ]ëç¨á«¨¬ ¥£® â®ç¥çë© á¯¥ªâà. ¥âਢ¨ «ì®¥ ç¨á«® λ ï¥âáïᮡáâ¢¥ë¬ ç¨á«®¬ ®¯¥à â®à A∗ A ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ¥ã«¥¢ ï äãªæ¨ï xλ ∈ L2 [0, 1], â ª ï, çâ® xλ (t) == λ1 (A∗ Axλ )(t) ¤«ï ¯. ¢.
t ∈ [0, 1]. ª ª ª ¤«ï «î¡®© äãªæ¨¨x ∈ L2 [0, 1] ®â®¡à ¦¥¨¥ t 7→ (A∗ Ax)(t) ï¥âáï ¥¯à¥àë¢ë¬ ®â१ª¥ [0, 1], â® ¡¥§ ®£à ¨ç¥¨ï ®¡é®á⨠áç¨â ¥¬ äãªæ¨î xλ ¥¯à¥à뢮© ®â१ª¥ [0, 1], à ¢¥á⢮ xλ (t) = λ1 (A∗ Axλ )(t) ¢ë¯®«¥ë¬ ¤«ï ¢á¥å t ∈ [0, 1]. ª ª ª ¤«ï «î¡®© ¥¯à¥à뢮© äãªæ¨¨x ∈ C[0, 1] ®â®¡à ¦¥¨¥ t 7→ (A∗ Ax)(t) ï¥âáï ¤¢ ¦¤ë ¥¯à¥à뢮¤¨ää¥à¥æ¨à㥬®© ®â१ª¥ [0, 1] äãªæ¨¥©, â® äãªæ¨ï xλ â ª¦¥ï¢«ï¥âáï ¤¢ ¦¤ë ¥¯à¥à뢮 ¤¨ää¥à¥æ¨à㥬®© ®â१ª¥ [0, 1].367¢ ¦¤ë ¤¨ää¥à¥æ¨àãï à ¢¥á⢮ xλ (t) =¯®«ãç ¥¬x0λ (t)1=−λZtx00λ (t) = −x(τ ) dτ,01∗λ (A Axλ )(t)x(t)λ¯® t ∈ [0, 1],∀ t ∈ [0, 1],¯à¨çñ¬xλ (1) = 0 ¨ x0λ (0) = 0.
ª ª ª ¢ë¯®«¥ë á®®â®è¥¨ï´2³´2λ kxλ k2 = (λxλ , xλ ) = (A∗ Axλ , xλ ) = (Axλ , Axλ ) = kAxλ k2 >³ ´> 0, â® ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮ λ > 0. «¥¤®¢ ⥫ì®, xλ = C cos √t볤«ï ç¨á« C 6= 0. á«®¢¨¥ xλ (1) = 0 ®§ ç ¥â √1λ = − π2 + πn ¤«ï n ∈∈ N. ®í⮬ã â®ç¥çë© á¯¥ªâà ®¯¥à â®à A∗ A ¨¬¥¥â ¢¨¤σp (A∗ A)\{0} =½³−¾´−2 ¯π¯+ πn¯ n∈N .2âáî¤ ®ª®ç â¥«ì® å®¤¨¬skAk =1max ¡¢ =n∈N − π + πn 22s¡1− π2+π¢2 =2.π ¬¥â¨¬, çâ® 0 6∈ σp (A∗ A), å®âï íâ® á®®â®è¥¨¥ ¥ 㦮³ ¤«ï´ ¢ëç¨á«¥¨ï kAk. ¥¬ ¥ ¬¥¥¥ ¤®ª ¦¥¬ ¥£®. ᫨ x ∈ Ker A∗ A , ⮯®«ãç ¥¬ ¢ª«î票¥ Ax ∈ Ker A∗ = (Im A)⊥ . ® â ª¦¥ Ax ∈ Im A.«¥¤®¢ ⥫ì®, Ax = 0, ³â. ¥. x ∈ ´Ker A = (Im A∗ )⊥ .