Атомный оператор
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2020 г. ) |
В математике ядерные операторы — это важный класс линейных операторов, введенный Александром Гротендиком в его докторской диссертации. Ядерные операторы тесно связаны с проективным тензорным произведением двух топологических векторных пространств (TVS).
Предварительные сведения и обозначения
[ редактировать ]Везде пусть X , Y и Z — топологические векторные пространства (TVS), а L : X → Y — линейный оператор (никаких предположений о непрерывности не делается, если не указано иное).
- Проективное тензорное произведение двух локально выпуклых ТВС X и Y обозначается через и пополнение этого пространства будем обозначать через .
- L : X → Y является топологическим гомоморфизмом или гомоморфизмом , если он линейный, непрерывный и это открытая карта , где , образ L , имеет топологию подпространства, индуцированную Y .
- Если S — подпространство X , то и фактор-отображение X → X / S , и каноническая инъекция S → X являются гомоморфизмами.
- Множество непрерывных линейных отображений X → Z (соответственно непрерывных билинейных отображений ) будет обозначаться L( X , Z ) (соответственно B( X , Y ; Z )) где, если Z является основным скалярным полем, тогда мы можем вместо этого написать L( X ) (соответственно B( X , Y )) .
- Любая линейная карта можно канонически разложить следующим образом: где определяет биекцию, называемую канонической биекцией, связанной с L .
- Х * или будет обозначать непрерывное двойственное пространство к X .
- Для повышения наглядности изложения мы воспользуемся общепринятыми правилами написания элементов с штрихом после символа (например, обозначает элемент а не, скажем, производная и переменные x и не обязательно должны быть каким-либо образом связаны).
- будет обозначать алгебраическое двойственное пространство к X (которое является векторным пространством всех линейных функционалов на X , независимо от того, непрерывны они или нет).
- Линейное отображение L : H → H из гильбертова пространства в себя называется положительным , если для каждого . В этом случае существует единственное положительное отображение r : H → H , называемое квадратным корнем из L , такое, что . [1]
- Если — любое непрерывное линейное отображение между гильбертовыми пространствами, тогда всегда положительный. Теперь пусть R : H → H положительный квадратный корень, который называется абсолютным значением L обозначает его . Определять сначала на установив для и расширение постоянно, чтобы , а затем определим U на установив для и распространим эту карту линейно на все . Карта является сюръективной изометрией и .
- Линейная карта называется компактным или вполне непрерывным, если существует окрестность U начала координат в X такая, что предкомпактно в Y . [2]
В гильбертовом пространстве положительные компактные линейные операторы, скажем, L : H → H имеют простое спектральное разложение, открытое в начале 20 века Фредгольмом и Ф. Риссом: [3]
Существует последовательность положительных чисел, убывающая и либо конечная, либо сходящаяся к 0: и последовательность ненулевых конечномерных подпространств H ( i = 1, 2, ) со следующими свойствами: (1) подпространства попарно ортогональны; (2) для каждого i и каждого , ; и (3) ортогональ подпространства, натянутого на равен ядру L . [3]
Обозначения топологий
[ редактировать ]- σ ( X , X ′) обозначает самую грубую топологию на X, делающую каждое отображение в X ′ непрерывным и или обозначает X , наделенный этой топологией .
- σ ( X ′, X ) обозначает топологию слабой* на X* и или обозначает X ', наделенный этой топологией .
- Обратите внимание, что каждый вызывает карту определяется . σ (X′, X) — самая грубая топология на X′, делающая все такие отображения непрерывными.
- b(X, X′) обозначает топологию ограниченной сходимости на X и или обозначает X , наделенный этой топологией .
- b(X′, X) обозначает топологию ограниченной сходимости на X′ или сильную двойственную топологию на X′ и или обозначает X ', наделенный этой топологией .
- Как обычно, если X * рассматривается как топологическое векторное пространство, но не выяснено, какой топологией оно наделено, то топологией будет считаться b( X ′, X ).
Каноническое тензорное произведение как подпространство двойственного к Bi( X , Y )
[ редактировать ]Пусть X и Y — векторные пространства (топология пока не нужна) и пусть Bi( X , Y ) — пространство всех билинейных отображений, определенных на и переходя в основное скалярное поле.
Для каждого , позволять — каноническая линейная форма на Bi( X , Y ), определенная формулой для каждого u ∈ Bi( X , Y ). Это индуцирует каноническое отображение определяется , где обозначает алгебраический двойственный элемент Bi( X , Y ). Если мы обозначим диапазон диапазона 𝜒 через X ⊗ Y , то можно показать, что X ⊗ Y вместе с 𝜒 образует тензорное произведение X Y и y (где x ⊗ ( := 𝜒 ) ) x , y . каноническое тензорное произведение X и Y. Это дает нам
Если Z — любое другое векторное пространство, то отображение Li( X ⊗ Y ; Z ) → Bi( X , Y ; Z ), заданное формулой u ↦ u ∘ 𝜒 , является изоморфизмом векторных пространств. В частности, это позволяет отождествить алгебраическое двойственное к X ⊗ Y пространство билинейных форм на X × Y . [4] Более того, если X и Y — локально выпуклые топологические векторные пространства (TVS) и если X ⊗ Y задана π -топология, то для каждого локально выпуклого TVS Z это отображение ограничивается изоморфизмом векторного пространства из пространства непрерывных линейных отображений на пространство непрерывных билинейных отображений. [5] В частности, непрерывное двойственное к X ⊗ Y канонически можно отождествить с пространством B( X , Y ) непрерывных билинейных форм на X × Y ; более того, при этом отождествлении равностепенные подмножества B( X , Y ) совпадают с равностепенными подмножествами B(X, Y). . [5]
Ядерные операторы между банаховыми пространствами
[ редактировать ]Существует вложение в каноническое векторное пространство. определяется отправкой на карту
Если предположить, что X и Y — банаховы пространства, то отображение имеет норму (чтобы увидеть, что это норма , Обратите внимание, что так что ). Таким образом, оно имеет непрерывное расширение до отображения , где известно, что это отображение не обязательно инъективно. [6] Диапазон этой карты обозначен и его элементы называются ядерными операторами . [7] TVS-изоморфен и норма на этом факторпространстве при переносе на элементы через индуцированное отображение , называется нормой-следом и обозначается . Явно, [ разъяснения необходимы явно или специально? ] если тогда это ядерный оператор .
Характеристика
[ редактировать ]Предположим, что X и Y — банаховы пространства и что — непрерывный линейный оператор.
- Следующие действия эквивалентны:
- является ядерным.
- Существует последовательность в замкнутом единичном шаре , последовательность в замкнутом единичном шаре и сложная последовательность такой, что и равно отображению: [8] для всех . Кроме того, след-норма равен нижней части числа над множеством всех представлений как раз такой сериал. [8]
- Если Y рефлексивно , то является ядерным тогда и только тогда, когда является ядерным, и в этом случае . [9]
Характеристики
[ редактировать ]Пусть X и Y — банаховы пространства и пусть — непрерывный линейный оператор.
- Если это ядерная карта, то ее транспонировать является непрерывным ядерным отображением (когда двойственные пространства несут свою сильную двойственную топологию) и . [10]
Ядерные операторы между гильбертовыми пространствами
[ редактировать ]Ядерные автоморфизмы гильбертова пространства называются ядерного класса операторами .
Пусть X и Y — гильбертовы пространства, и пусть N : X → Y — непрерывное линейное отображение. Предположим, что где R : X → X — квадратный корень из и U : X → Y таков, что является сюръективной изометрией. Тогда N — ядерное отображение тогда и только тогда, когда R — ядерное отображение; следовательно, для изучения ядерных отображений между гильбертовыми пространствами достаточно ограничиться положительными самосопряженными операторами R . [11]
Характеристики
[ редактировать ]Пусть X и Y — гильбертовы пространства, и пусть N : X → Y — непрерывное линейное отображение, абсолютное значение которого R : X → X. равно Следующие действия эквивалентны:
- N : X → Y ядерный.
- R : X → X является ядерным. [12]
- R : X → X компактно и конечно, и в этом случае . [12]
- Здесь, является следом R R и определяется следующим образом: поскольку — непрерывный компактный положительный оператор, существует (возможно, конечная) последовательность положительных чисел с соответствующими нетривиальными конечномерными и взаимно ортогональными векторными пространствами такая, что ортогональная (в H ) равно (и, следовательно, также ) и для всех k , для всех ; след определяется как .
- является ядерным, и в этом случае . [9]
- Имеются две ортогональные последовательности в X и в Y и последовательность в такой, что для всех , . [12]
- N : X → Y — целочисленное отображение . [13]
Ядерные операторы между локально выпуклыми пространствами
[ редактировать ]Предположим, что U — выпуклая сбалансированная замкнутая окрестность начала координат в X , а B — выпуклый сбалансированный ограниченный банахов диск в Y , где X и Y локально выпуклые пространства. Позволять и пусть быть канонической проекцией. Можно определить вспомогательное банахово пространство с канонической картой чей образ, , плотен в а также вспомогательное пространство нормируется и с канонической картой являющееся (непрерывной) канонической инъекцией. Учитывая любое непрерывное линейное отображение посредством композиции получается непрерывное линейное отображение ; таким образом, у нас есть инъекция и впредь мы используем эту карту для идентификации как подпространство . [7]
Определение : Пусть X и Y — хаусдорфовые локально выпуклые пространства. Союз всех поскольку U пробегает все замкнутые выпуклые сбалансированные окрестности начала координат в X , а B пробегает все ограниченные банаховы диски в Y , обозначается называются ядерными отображениями X и его элементы в Y . [7]
Когда X и Y являются банаховыми пространствами, то это новое определение ядерного отображения согласуется с исходным, данным для особого случая, когда X и Y — банаховы пространства.
Достаточные условия для ядерности
[ редактировать ]- Пусть W , X , Y и Z — хаусдорфовые локально выпуклые пространства, ядерная карта и и — непрерывные линейные отображения. Затем , , и являются ядерными, и если, кроме того, W , X , Y и Z являются банаховыми пространствами, то . [14] [15]
- Если является ядерным отображением между двумя хаусдорфовыми локально выпуклыми пространствами, то его транспонировать является непрерывным ядерным отображением (когда дуальные пространства несут свою сильную двойственную топологию). [2]
- Если к тому же X и Y — банаховы пространства, то . [9]
- Если является ядерным отображением двух хаусдорфовых локально выпуклых пространств, и если является пополнением X , то единственное непрерывное расширение N является ядерным . [15]
Характеристики
[ редактировать ]Пусть X и Y — хаусдорфовые локально выпуклые пространства и пусть — непрерывный линейный оператор.
- Следующие действия эквивалентны:
- является ядерным.
- (Определение) Существуют выпуклая сбалансированная окрестность U начала координат в X и ограниченный банахов круг B в Y такие, что и индуцированное отображение является ядерным, где является единственным непрерывным продолжением , которое является уникальным отображением, удовлетворяющим где – естественное включение и является канонической проекцией. [6]
- Существуют банаховы пространства и и непрерывные линейные карты , , и такой, что является ядерным и . [8]
- Существует эквинепрерывная последовательность в , ограниченный банахов диск , последовательность в B и комплексную последовательность такой, что и равно отображению: [8] для всех .
- Если X является бочоночным, а , то Y квазиполным N является ядерным тогда и только тогда, когда N имеет представление в виде с ограниченный , ограничено по Y и . [8]
Характеристики
[ редактировать ]Ниже приводится разновидность теоремы Хана-Банаха для расширения ядерных отображений:
- Если является TVS-вложением и это ядерная карта, то существует ядерная карта такой, что . Более того, когда X и Y — банаховы пространства, а E — изометрия, то для любого , можно подобрать так, чтобы . [16]
- Предположим, что является TVS-вложением, образ которого замкнут в Z и пусть быть канонической проекцией. Предположим, что каждый компакт-диск в это изображение под ограниченного банахова диска в Z (это верно, например, если X и Z оба являются пространствами Фреше или если Z является сильным двойственным пространством Фреше и слабо замкнуто в Z ). Тогда для каждой ядерной карты существует ядерная карта такой, что .
- Более того, когда X и Z — банаховы пространства, а E — изометрия, то для любого , можно подобрать так, чтобы . [16]
Пусть X и Y — хаусдорфовые локально выпуклые пространства и пусть — непрерывный линейный оператор.
- Любая ядерная карта компактна. [2]
- Для любой топологии равномерной сходимости на , ядерные карты содержатся в замыкании (когда рассматривается как подпространство ). [6]
См. также
[ редактировать ]- Вспомогательные нормированные пространства
- Ковариационный оператор - Оператор в теории вероятностей
- Начальная топология - самая грубая топология, делающая определенные функции непрерывными.
- Индуктивное тензорное произведение — бинарная операция над топологическими векторными пространствами.
- Инъективное тензорное произведение
- Локально выпуклое топологическое векторное пространство - векторное пространство с топологией, определяемой выпуклыми открытыми множествами.
- Ядерные операторы между банаховыми пространствами - операторы в банаховых пространствах со свойствами, аналогичными конечномерным операторам.
- Ядерное пространство - обобщение конечномерных евклидовых пространств, отличное от гильбертовых пространств.
- Проективное тензорное произведение - тензорное произведение, определенное в двух топологических векторных пространствах.
- Тензорное произведение гильбертовых пространств - тензорное произведение, наделенное особым внутренним произведением.
- Топологическое тензорное произведение - конструкции тензорных произведений для топологических векторных пространств.
- Класс трассировки - компактный оператор, для которого можно определить конечный след.
- Топологическое векторное пространство - векторное пространство с понятием близости.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Трир 2006 , с. 488.
- ^ Jump up to: а б с Трир 2006 , с. 483.
- ^ Jump up to: а б Трир 2006 , с. 490.
- ^ Шефер и Вольф 1999 , с. 92.
- ^ Jump up to: а б Шефер и Вольф 1999 , с. 93.
- ^ Jump up to: а б с Шефер и Вольф 1999 , с. 98.
- ^ Jump up to: а б с Тревес 2006 , стр. 478–479.
- ^ Jump up to: а б с д и Тревес 2006 , стр. 481–483.
- ^ Jump up to: а б с Трир 2006 , с. 484.
- ^ Тревес 2006 , стр. 483–484.
- ^ Тревес 2006 , стр. 488–492.
- ^ Jump up to: а б с Тревес 2006 , стр. 492–494.
- ^ Тревес 2006 , стр. 502–508.
- ^ Тревес 2006 , стр. 479–481.
- ^ Jump up to: а б Шефер и Вольф 1999 , с. 100.
- ^ Jump up to: а б Трир 2006 , с. 485.
Библиография
[ редактировать ]- Дистель, Джо (2008). Метрическая теория тензорных произведений: пересмотр резюме Гротендика . Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество. ISBN 978-0-8218-4440-3 . OCLC 185095773 .
- Дубинский, Эд (1979). Структура ядерных пространств Фреше . Берлин Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-09504-7 . OCLC 5126156 .
- Гротендик, Александр (1966). Топологические тензорные произведения и ядерные пространства (на французском языке). Провиденс: Американское математическое общество. ISBN 0-8218-1216-5 . OCLC 1315788 .
- Хусейн, Такдир (1978). Бочечность в топологических и упорядоченных векторных пространствах . Берлин Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-09096-7 . OCLC 4493665 .
- Халилулла, С.М. (1982). Контрпримеры в топологических векторных пространствах . Конспект лекций по математике . Том. 936. Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 978-3-540-11565-6 . OCLC 8588370 .
- Наричи, Лоуренс; Бекенштейн, Эдвард (2011). Топологические векторные пространства . Чистая и прикладная математика (Второе изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1584888666 . OCLC 144216834 .
- Нленд, Х (1977). Борнологии и функциональный анализ: вводный курс по теории двойственности топологии-борнологии и ее использованию в функциональном анализе . Амстердам Нью-Йорк Нью-Йорк: Паб Северной Голландии. Компания Единственный дистрибьютор в США и Канаде, Elsevier-North Holland. ISBN 0-7204-0712-5 . ОСЛК 2798822 .
- Нленд, Х (1981). Ядерное и ядерное пространство: вводные курсы по ядерному и ядерному пространствам в свете дуальности . Амстердам Нью-Йорк Нью-Йорк, Нью-Йорк: Паб Северной Голландии. Компания Единственный дистрибьютор в США и Канаде, Elsevier North-Holland. ISBN 0-444-86207-2 . ОСЛК 7553061 .
- Питч, Альбрехт (1972). Ядерные локально-выпуклые пространства . Берлин, Нью-Йорк: Springer Verlag. ISBN 0-387-05644-0 . OCLC 539541 .
- Робертсон, AP (1973). Топологические векторные пространства . Кембридж, Англия: Университетское издательство. ISBN 0-521-29882-2 . OCLC 589250 .
- Райан, Рэймонд (2002). Введение в тензорные произведения банаховых пространств . Лондон Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 1-85233-437-1 . ОСЛК 48092184 .
- Шефер, Хельмут Х .; Вольф, Манфред П. (1999). Топологические векторные пространства . ГТМ . Том. 8 (Второе изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York Выходные данные Springer. ISBN 978-1-4612-7155-0 . OCLC 840278135 .
- Тревес, Франсуа (2006) [1967]. Топологические векторные пространства, распределения и ядра . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-45352-1 . OCLC 853623322 .
- Вонг (1979). Пространства Шварца, ядерные пространства и тензорные произведения . Берлин Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 3-540-09513-6 . OCLC 5126158 .