מבוא לאנליזה פונקציונלית ־ 104276־ תרגול 5 שלומי גובר ,אביב התשע"ה 28באפריל 2015 אופרטורים ליניארים תזכורת מההרצאה: תהי T : H → Kהעתקה ליניארית בין מרחבי הילברט. • ||T x||K ||x||H .||T || = sup||x||H =1 ||T x||K = supx6=0אם ∞ < || ||Tאז Tנקרא חסום. • Tחסום אם"ם הוא רציף )כלומר .(||xn − x|| → 0 ⇒ ||T xn − T x|| → 0 ||x supx∈D ||T • יהי Dתת מרחב צפוף של מרחב הילברט .Hיהי Tאופרטור ליניארי המוגדר על Dומקיים = ||||x .Mאז קיים אופרטור חסום יחיד ˜ Tהמוגדר על Hהמקיים T˜ = Mו־ T x = T˜xלכל .x ∈ D • ∗ Tהוא האופרטור היחיד המקיים ) (T x, y) = (x, T ∗ yלכל .x, y ∈ Hנקרא האופרטור הצמוד של .T • Tצמוד לעצמו אם ∗ ,T = Tנורמלי אם T T ∗ = T ∗ Tוחיובי אם (T x, x) ≥ 0לכל .x ∈ H • אופרטור לינארי חסום F : H → Cנקרא פונקציונל לינארי. • משפט ההצגה של ריס ) :(Rieszיהי Fפונקציונל לינארי רציף על מרחב הילברט ,Hאז קיים y ∈ Hיחיד המקיים ) F x = (x, yלכל .x ∈ Hבנוסף מתקיים כי || .||y|| = ||F תזכורת מאלגברה ליניארית: בסיס המל ) (Hamelשל מרחב וקטורי Vהוא תת־קבוצה בת"ל מקסימלית )קיים לפי הלמה של צורן( .עבור בסיס המל B = {bi }i∈I ⊂ Vוקבוצה {ui }i∈I ⊂ Uקיימת העתקה ליניארית יחידה T : V → Uהמקיימת T bi = ui )מכיוון שכל איבר ב־ Vניתן לייצוג יחיד כצירוף ליניארי סופי של איברי .(B 1 תרגיל 1 ∞ יהי Hמרחב הילברט עם בסיס א"נ {ei }n=1ויהי ).T ∈ B (H P .1הוכיחו כי ) . j (T ej , ei ) (x, ej ) = (T x, eiהמטריצה )האינסופית( ) aij = (T ej , eiנקראת ההצגה המטריצית של .T 2 .2מהי ההצגה המטריצית של אופרטור ההזזה לימין ` ? S ∈ B .3עבור ֻ] ,g ∈ C [0, 1מהי ההצגה המטריצית של ] T ∈ B L2 [0, 1המוגדר על ידי ?T f = f · g פתרון .1מסגירות ,לכל x ∈ Hמתקיים (x, ej ) ej P ) j (T ej , ei ) (x, ej j P = .xמרציפות (x, ej ) T ej P j = T xומרציפות המ"פ נקבל = ) .(T x, eiכשהמרחב סוף ממדי A = aij ,היא המטריצה המייצגת של .T } .ei = 0, 0, . . . , 0, |{zבבסיס .2נזכר כי ) S (x1 , x2 , x3 , . . .) = (0, x1 , x2 , . . .נבחר את הבסיס 1 , 0, . . . place i זה .(Sej , ei ) = δj+1,i ··· . . 0 0 0 0 0 0 1 1 A= 0 . . . . .3נבחר את הבסיס . e2πinx n∈Zבבסיס זה ˆ 1 ˆ 1 2πimx −2πinx = ) (T em , en e g (x) e = dx e2πi(m−n)x g (x) dx 0 0 ´1 אם נסמן ak = 0 e2πikx g (x) dxאז . ··· . . . . . . . . ··· a−1 a0 a1 ··· a−1 a0 a1 ··· a−1 a0 a1 ··· . . . . . . . . . ··· A= תרגיל 2 יהי {ei }i∈Iבסיס א"נ למרחב הילברט .Hותהי {yi }i∈Iתת קבוצה של מרחב הילברט .Kהוכיחו או הפריכו: .1קיים אופרטור ליניארי T : H → Kהמקיים ∀i T ei = yi .2קיים אופרטור ליניארי חסום T : H → Kהמקיים ∀i T ei = yi .3אם {||T ei ||}i∈Iחסומה אז Tהוא חסום. .4אם {||yi ||}i∈Iאורתוגונלית חסומה אז קיים אופרטור ליניארי T : H → Kחסום יחיד המקיים .∀i T ei = yi 2 פתרון .1כן {ei }i∈I .היא קבוצה בת"ל ולכן מוכלת בבסיס המל .Bנוכל לקבוע את Tכרצוננו על .B \ {ei }i∈I .2לא .דוגמא נגדית :עבור K = Rו־ ,I = Nלא קיים T : H → Rחסום המקיים ) T en = nמכיוון ש־ ∞ → .(||T en || = n .3לא .דוגמא נגדית :נגדיר T ei = 0לכל iועבור B) x ∈ B \ {ei }i∈Iבסיס המל( נקבע T .T x = 1אינו רציף ולכן אינו חסום. Pn .4נכון T .חסומה על } Span {eiמכיוון שעבור } j=1 (x, ei ) ej ∈ Span {ej 2 X n n X 2 2 2 |||(x, ei )| ||yj || ≤ M ||x = (x, ei ) T ej = ||||T x j=1 j=1 = xמתקיים אנו יודעים כי קיימת הרחבה חסומה יחידה של Tעל .H תרגיל 3־ לא הוספק יהי ] .g ∈ C [0, 1נגדיר ] Tg : P C [0, 1] → P C [0, 1על ידי ).Tg f (t) = f (t) g (t .1הראו כי ניתן להרחיב את Tgלאופרטור ליניארי חסום ] .T : L2 [0, 1] → L2 [0, 1וחשבו את || ||T .2האם Tצמוד לעצמו? נורמלי? .3הוכיחו או הפריכו :קיים ] 0 6= f ∈ L2 [0, 1עבורו מתקיים || .||T f || = ||T || · ||f פתרון .1לכל ]f ∈ P C [0, 1מתקיים 2 2 || |f (t)| dt = ||g||∞ ||f 1 ˆ 2 2 ˆ 1 2 ||f (t) g (t)| dt =≤ sup[0,1] |g 0 = || ||Tg f 0 || ||Tg f ולכן ∞||||f || ≤ ||g מתקיים ) 1 − n1 g (t0 ] .sup06=f ∈P C[0,1נראה כי יש שוויון .לכל n ∈ Nקיים תת־קטע ] [an , bn ] ⊂ [0, 1בו > ) g (tנגדיר ] .fn = χ[an ,bnמתקיים g (t) dt ) 1 − n1 ||g||∞ (bn − an || ||Tg fn 1 an = ´ bn ≥ = 1− ∞||||g || ||fn bn − an n 1dt an ´ bn ולכן || ||Tg f ∞||= ||g || ||f ]||Tg || = sup06=f ∈P C[0,1 מכיוון ש־ ] P C [0, 1צפוף ב־ ] ,L2 [0, 1וממשפט שראינו בהרצאה ,ניתן להרחיב את Tgלאופרטור חסום על כל .L2 .2ראינו בהרצאה כי Tg∗ = Tgולכן • Tצמוד לעצמו אם"ם gממשית. 2 • Tg∗ Tg f = f |g| = Tg Tg∗ fולכן Tנורמלי. .3לא נכון. 3 תרגיל 4־ לא הוספק יהי ) T ∈ B (H, Kאופרטור בעל הופכי T −1חסום .הראו כי inf||x||=1 ||T x|| > 0 פתרון נתון כי T −1חסום ולכן לכל y ∈ Kמתקיים || .T −1 k ≤ T −1 ||kולכן לכל x = T −1 k ∈ Hעם נורמה 1מתקיים || 1 = ||x|| ≤ T −1 ||T xולכן .||T x|| ≥ ||T 1−1 || > 0 4
© Copyright 2024