الرياضيات · المسرد

ما معنى مؤثر متراص؟

تعريف 15.1 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 15 — المؤثرات المتراصة والمبرهنة الطيفية

يكون TL(E,F)T \in \mathcal L(E, F) (حيث E,FE, F فضاءا باناخ) متراصًّا إذا كانت صورة الكرة الواحدية T(B)T(B) متراصةً نسبيًّا في FF — أي، بالتكافؤ، إذا كان لكل متتالية محدودة (xn)(x_n) متتاليةٌ جزئية تجعل (Txnk)(Tx_{n_k}) متقاربة. والمؤثرات المنتهية الرتبة متراصة (لأن المجموعات المحدودة في البُعد المنتهي كذلك)؛ ومطابقة فضاء لانهائي البُعد ليست متراصة أبدًا (مبرهنة ريس، السنة الجامعية 2).

أمثلة

مثال 15.3

(a) المؤثرات القطرية على 2\ell^2: يكون T(xn)=(λnxn)T(x_n) = (\lambda_nx_n) متراصًّا إذا وفقط إذا كان λn0\lambda_n \to 0 (التمرين 15.2). (b) مؤثرات النواة على C([0,1])\mathcal C(\intcc01): متراصة بأسكولي (التمرين 7.7). (c) مؤثرات هيلبرت–شميدت: من أجل kL2([0,1]2)k \in L^2(\intcc01^2)،

(Tkf)(x)=01k(x,y)f(y) ⁣dy(T_kf)(x) = \int_0^1k(x, y)\,f(y)\,\dd y

يعرّف مؤثرًا متراصًّا على L2([0,1])L^2(\intcc01) مع TkkL2\vertiii{T_k} \leq \norm k_{L^2} (التمرين 15.4: إذ يُبرز بترُ نشر kk في الأساس المؤثرَ TkT_k نهايةً لمؤثرات منتهية الرتبة).

مثال 15.9

على L2([0,1])L^2(\intcc01)، لتكن Tf(x)=01min(x,y)f(y) ⁣dyTf(x) = \int_0^1\min(x, y)f(y)\dd y: وهي مؤثر هيلبرت–شميدت ذو نواة حقيقية متناظرة: فهو متراص وذاتي المرافقة. وبحل Tf=λfTf = \lambda f: تبيّن العلاقة (Tf)(x)=0xyf(y) ⁣dy+xx1f(y) ⁣dy\bigl(Tf\bigr)(x) = \int_0^xyf(y)\dd y + x\int_x^1f(y)\dd y أن u=Tfu = Tf يحقق u=fu'' = -f (باشتقاقين، وهو مشروع من أجل ff متصلة، و TfTf متصلة من أجل fL2f \in L^2: بالتقارب المهيمن)، مع u(0)=0u(0) = 0 و u(1)=0u'(1) = 0. ومنه تحل الدوال الذاتية λu=u\lambda u'' = -u مع u(0)=0u(0) = 0 و u(1)=0u'(1) = 0:

un(x)=sin((n+12)πx),λn=1(n+12)2π2(n0),u_n(x) = \sin\Bigl(\bigl(n + \tfrac12\bigr)\pi x\Bigr), \qquad \lambda_n = \frac{1}{\bigl(n + \frac12\bigr)^2\pi^2} \quad (n \geq 0),

وتؤكد المبرهنة الطيفية — دون أي نظرية فورييه — أن هذه الجيوب تشكّل، بعد التعيير، أساسًا متعامدًا متجانسًا للفضاء L2([0,1])L^2(\intcc01) (إذ نواة TT هي 00: إذ إن Tf=0Tf = 0 يفرض، بالاشتقاقين، أن f=0f = 0 في كل مكان تقريبًا). وتجري مسألة نهاية الأسبوع دائرة الأفكار نفسها من أجل الوتر المهتز وتستخرج ζ(2)\zeta(2) من الأثر.

اقرأ في الفصل ←