泛函分析笔记09:开映射与闭图象定理 |
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3.3谱3.4开映射与闭图象定理
3.3谱
设 X X X是复 B a n a c h Banach Banach空间,且 T ∈ B ( X ) T\in \mathscr B (X) T∈B(X), λ ∈ C \lambda \in \mathbb{C} λ∈C 正则集 ρ ( T ) = { λ : λ I − T 可 逆 } \rho(T)=\{\lambda:\lambda I-T可逆 \} ρ(T)={λ:λI−T可逆}为开集,其集合中的元素称为正则值 谱集: σ ( T ) = C \ ρ ( T ) \sigma (T)=\mathbb C \backslash \rho(T) σ(T)=C\ρ(T) 特征值:( λ I − T \lambda I-T λI−T不是单射)存在非零元 x 0 ∈ X x_0 \in X x0∈X,使得 T x 0 = λ x 0 Tx_0=\lambda x_0 Tx0=λx0;点谱=特征值的集合 连续谱: λ I − T \lambda I-T λI−T是单射,但不是满射 注: λ I − T \lambda I -T λI−T为双射 ⟹ \Longrightarrow ⟹ ( λ I − T ) − 1 (\lambda I-T)^{-1} (λI−T)−1有界,即 λ ∈ ρ ( T ) \lambda \in \rho(T) λ∈ρ(T) 注: σ ( T ) \sigma (T) σ(T)是有界闭集 T T T的谱半径: r ( T ) = sup λ ∈ σ ( T ) ∣ λ ∣ = lim n → ∞ ∣ ∣ T ∣ ∣ n n ≤ ∣ ∣ T ∣ ∣ r(T)=\sup_{\lambda\in \sigma(T)} |\lambda|=\lim_{n\rightarrow \infty} \sqrt[n]{||T||^n} \le ||T|| r(T)=supλ∈σ(T)∣λ∣=limn→∞n∣∣T∣∣n ≤∣∣T∣∣ 3.4开映射与闭图象定理定理4.6:设 T ∈ B ( X , X 1 ) T\in \mathscr B (X,X_1) T∈B(X,X1)为双射,则 T − 1 T^{-1} T−1有界 ⟺ ∃ m > 0 \iff \exist \ m>0 ⟺∃ m>0,使得 ∣ ∣ T x ∣ ∣ ≥ m ∣ ∣ x ∣ ∣ , ∀ x ∈ X ||Tx||\ge m||x||,\forall x\in X ∣∣Tx∣∣≥m∣∣x∣∣,∀x∈X 定理4.7:设 T ∈ B ( X ) T \in \mathscr B(X) T∈B(X),当 ∣ ∣ T ∣ ∣ < 1 ||T||0 ∀r>0,∃δ>0,使得 U X 1 ( 0 , δ ) ⊂ T U X ( 0 , r ) U_{X_1}(0,\delta)\subset T_{U_X}(0,r) UX1(0,δ)⊂TUX(0,r),其中 U X ( 0 , r ) = { x ∈ X : ∣ ∣ x ∣ ∣ < r } U_X(0,r)=\{x\in X:||x||< r\} UX(0,r)={x∈X:∣∣x∣∣ 0 M>0 M>0,使得 ∣ ∣ x ∣ ∣ 1 ≤ M ∣ ∣ x ∣ ∣ 2 , ∀ x ∈ X ||x||_1\le M||x||_2,\forall x\in X ∣∣x∣∣1≤M∣∣x∣∣2,∀x∈X,则 ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ 1 ||\cdot||_1 ∣∣⋅∣∣1和 ∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ 2 ||\cdot||_2 ∣∣⋅∣∣2等价。即存在 m > 0 m>0 m>0,使得 m ∣ ∣ x ∣ ∣ 2 ≤ ∣ ∣ x ∣ ∣ 1 ≤ M ∣ ∣ x ∣ ∣ 2 , ∀ x ∈ X m||x||_2\le ||x||_1\le M||x||_2,\forall x\in X m∣∣x∣∣2≤∣∣x∣∣1≤M∣∣x∣∣2,∀x∈X 定义4.11:设 T T T是个赋范空间 X X X到赋范空间 X 1 X_1 X1的线性算子,如果 T T T的图象 G ( T ) = { ( x , T x ) ∈ X × X 1 : x ∈ X } G(T)=\{(x,Tx)\in X\times X_1:x\in X \} G(T)={(x,Tx)∈X×X1:x∈X}在 X × X 1 X\times X_1 X×X1中是闭集,则称 T T T为闭算子。 定理4.12: T T T是闭算子 ⟺ \iff ⟺由在 X X X中 x n → x 0 x_n\rightarrow x_0 xn→x0和在 X 1 X_1 X1中 T ( x n ) → y 0 T(x_n)\rightarrow y_0 T(xn)→y0可知 y 0 = T x 0 y_0=Tx_0 y0=Tx0 注:验证 T T T是闭算子的常用条件:由 x n → 0 x_n\rightarrow 0 xn→0和 T x n → y 0 Tx_n\rightarrow y_0 Txn→y0可知 y 0 = 0 y_0=0 y0=0 注:连续线性算子 ⟹ \Longrightarrow ⟹闭算子,反之不成立 定理4.13:(闭图象定理)设 X 、 X 1 X、X_1 X、X1是Banach空间, T : X → X 1 T:X\rightarrow X_1 T:X→X1为比线性算子,则 T T T连续 定理4.14: T T T把闭集映成闭集 ⟹ \Longrightarrow ⟹ T T T是闭算子 |
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