Operador ilimitado

Operador lineal definido en un subespacio lineal denso

En matemáticas , más específicamente en el análisis funcional y la teoría de operadores , la noción de operador ilimitado proporciona un marco abstracto para tratar con operadores diferenciales , observables ilimitados en mecánica cuántica y otros casos.

El término "operador ilimitado" puede ser engañoso, ya que

• "ilimitado" a veces debería entenderse como "no necesariamente limitado";
• "operador" debe entenderse como " operador lineal " (como en el caso de "operador acotado");
• el dominio del operador es un subespacio lineal , no necesariamente todo el espacio;
• Este subespacio lineal no es necesariamente cerrado ; a menudo (pero no siempre) se supone que es denso ;
• En el caso especial de un operador acotado, aún así, generalmente se supone que el dominio es todo el espacio.

A diferencia de los operadores acotados , los operadores no acotados en un espacio dado no forman un álgebra , ni siquiera un espacio lineal, porque cada uno está definido en su propio dominio.

El término "operador" a menudo significa "operador lineal acotado", pero en el contexto de este artículo significa "operador ilimitado", con las reservas hechas anteriormente.

Breve historia

La teoría de operadores ilimitados se desarrolló a finales de la década de 1920 y principios de la de 1930 como parte del desarrollo de un marco matemático riguroso para la mecánica cuántica . ^[1] El desarrollo de la teoría se debe a John von Neumann ^[2] y Marshall Stone . ^[3] Von Neumann introdujo el uso de gráficos para analizar operadores ilimitados en 1932. ^[4]

Definiciones y propiedades básicas

Sean X , Y espacios de Banach . Un operador no acotado (o simplemente operador ) T  : D ( T ) → Y es una función lineal T de un subespacio lineal D ( T ) ⊆ X —el dominio de T —al espacio Y . ^[5] Contrariamente a la convención habitual, T no puede estar definido en todo el espacio X .

Se dice que un operador T es cerrado si su grafo Γ( T ) es un conjunto cerrado . ^[6] (Aquí, el grafo Γ( T ) es un subespacio lineal de la suma directa X ⊕ Y , definida como el conjunto de todos los pares ( x , Tx ) , donde x recorre el dominio de T  .) Explícitamente, esto significa que para cada secuencia { x _n } de puntos del dominio de T tales que x _n → x y Tx _n → y , se cumple que x pertenece al dominio de T y Tx = y . ^[6] La clausura también se puede formular en términos de la norma del grafo : un operador T es cerrado si y solo si su dominio D ( T ) es un espacio completo con respecto a la norma: ^[7]

${\displaystyle \|x\|_{T}={\sqrt {\|x\|^{2}+\|Tx\|^{2}}}.}$

Se dice que un operador T está densamente definido si su dominio es denso en X. ^[5] Esto también incluye a los operadores definidos en todo el espacio X , ya que todo el espacio es denso en sí mismo. La densidad del dominio es necesaria y suficiente para la existencia del adjunto (si X e Y son espacios de Hilbert) y la transpuesta; consulte las secciones siguientes.

Si T  : D ( T ) → Y es cerrada, densamente definida y continua en su dominio, entonces su dominio es todo X . ^{[nb 1]}

Un operador T simétrico densamente definido ^{[ aclaración necesaria ]} en un espacio de Hilbert H se llama acotado desde abajo si T + a es un operador positivo para algún número real a . Es decir, ⟨ Tx | x ⟩ ≥ − a || x || ² para todo x en el dominio de T (o alternativamente ⟨ Tx | x ⟩ ≥ a || x || ² ya que a es arbitrario). ^[8] Si tanto T como − T están acotados desde abajo, entonces T está acotado. ^[8]

Ejemplo

Sea C ([0, 1]) el espacio de funciones continuas en el intervalo unitario, y sea C ¹ ([0, 1]) el espacio de funciones continuamente diferenciables. Lo dotamos de la norma suprema, , convirtiéndolo en un espacio de Banach. Definamos el operador de diferenciación clásico ⁠ ${\displaystyle C([0,1])}$ ${\displaystyle \|\cdot \|_{\infty }}$d/Dx⁠  : C ¹ ([0, 1]) → C ([0, 1]) por la fórmula habitual:

${\displaystyle \left({\frac {d}{dx}}f\right)(x)=\lim _{h\to 0}{\frac {f(x+h)-f(x)}{h}},\qquad \forall x\in [0,1].}$

Toda función diferenciable es continua, por lo que C ¹ ([0, 1]) ⊆ C ([0, 1]) . Afirmamos que ⁠d/Dx⁠  : C ([0, 1]) → C ([0, 1]) es un operador ilimitado bien definido, con dominio C ¹ ([0, 1]) . Para ello, necesitamos demostrar quees lineal y luego, por ejemplo, exhibir algunatal quey. ${\displaystyle {\frac {d}{dx}}}$ ${\displaystyle \{f_{n}\}_{n}\subset C^{1}([0,1])}$ ${\displaystyle \|f_{n}\|_{\infty }=1}$ ${\displaystyle \sup _{n}\|{\frac {d}{dx}}f_{n}\|_{\infty }=+\infty }$

Este es un operador lineal, ya que una combinación lineal a f  + bg de dos funciones continuamente diferenciables f  , g también es continuamente diferenciable, y 

${\displaystyle \left({\tfrac {d}{dx}}\right)(af+bg)=a\left({\tfrac {d}{dx}}f\right)+b\left({\tfrac {d}{dx}}g\right).}$

El operador no está acotado. Por ejemplo,

${\displaystyle {\begin{cases}f_{n}:[0,1]\to [-1,1]\\f_{n}(x)=\sin(2\pi nx)\end{cases}}}$

satisfacer

${\displaystyle \left\|f_{n}\right\|_{\infty }=1,}$

pero

${\displaystyle \left\|\left({\tfrac {d}{dx}}f_{n}\right)\right\|_{\infty }=2\pi n\to \infty }$

como . ${\displaystyle n\to \infty }$

El operador está densamente definido y cerrado.

El mismo operador puede ser tratado como un operador Z → Z para muchas opciones de espacio de Banach Z y no estar acotado entre ninguna de ellas. Al mismo tiempo, puede ser acotado como un operador X → Y para otros pares de espacios de Banach X , Y , y también como operador Z → Z para algunos espacios vectoriales topológicos Z . ^{[ aclaración necesaria ]} Como ejemplo, sea I ⊂ R un intervalo abierto y considere

${\displaystyle {\frac {d}{dx}}:\left(C^{1}(I),\|\cdot \|_{C^{1}}\right)\to \left(C(I),\|\cdot \|_{\infty }\right),}$

dónde:

${\displaystyle \|f\|_{C^{1}}=\|f\|_{\infty }+\|f'\|_{\infty }.}$

Adjunto

El adjunto de un operador no acotado se puede definir de dos maneras equivalentes. Sea un operador no acotado entre espacios de Hilbert. ${\displaystyle T:D(T)\subseteq H_{1}\to H_{2}}$

Primero, se puede definir de una manera análoga a cómo se define el adjunto de un operador acotado. Es decir, el adjunto de T se define como un operador con la propiedad: Más precisamente, se define de la siguiente manera. Si es tal que es un funcional lineal continuo en el dominio de T , entonces se declara como un elemento de y después de extender el funcional lineal a todo el espacio mediante el teorema de Hahn-Banach , es posible encontrar algunos en tales que dado que el teorema de representación de Riesz permite identificar el dual continuo del espacio de Hilbert con el conjunto de funcionales lineales dado por el producto interno. Este vector está determinado de forma única por si y solo si el funcional lineal está densamente definido; o equivalentemente, si T está densamente definido. Finalmente, dejando que se complete la construcción de que es necesariamente una función lineal. El adjunto existe si y solo si T está densamente definido. ${\displaystyle T^{*}:D\left(T^{*}\right)\subseteq H_{2}\to H_{1}}$ $${\displaystyle \langle Tx\mid y\rangle _{2}=\left\langle x\mid T^{*}y\right\rangle _{1},\qquad x\in D(T).}$$ ${\displaystyle T^{*}y}$ ${\displaystyle y\in H_{2}}$ ${\displaystyle x\mapsto \langle Tx\mid y\rangle }$ ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle D\left(T^{*}\right),}$ ${\displaystyle z}$ ${\displaystyle H_{1}}$ $${\displaystyle \langle Tx\mid y\rangle _{2}=\langle x\mid z\rangle _{1},\qquad x\in D(T),}$$ ${\displaystyle H_{1}}$ ${\displaystyle z}$ ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle x\mapsto \langle Tx\mid y\rangle }$ ${\displaystyle T^{*}y=z}$ ${\displaystyle T^{*},}$ ${\displaystyle T^{*}y}$

Por definición, el dominio de consiste en elementos en tales que es continuo en el dominio de T . En consecuencia, el dominio de podría ser cualquier cosa; podría ser trivial (es decir, contener solo cero). ^[9] Puede suceder que el dominio de sea un hiperplano cerrado y se anule en todas partes del dominio. ^{[10] [11]} Por lo tanto, la acotación de en su dominio no implica acotación de T . Por otro lado, si está definido en todo el espacio, entonces T está acotado en su dominio y, por lo tanto, puede extenderse por continuidad a un operador acotado en todo el espacio. ^{[nb 2]} Si el dominio de es denso, entonces tiene su adjunto ^[12] Un operador T cerrado y densamente definido está acotado si y solo si está acotado. ^{[nb 3]} ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle H_{2}}$ ${\displaystyle x\mapsto \langle Tx\mid y\rangle }$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{**}.}$ ${\displaystyle T^{*}}$

La otra definición equivalente del adjunto se puede obtener observando un hecho general. Defina un operador lineal como sigue: ^[12] Dado que es una sobreyección isométrica, es unitaria. Por lo tanto: es el gráfico de algún operador si y solo si T está definido densamente. ^[13] Un cálculo simple muestra que este "algún" satisface: para cada x en el dominio de T . Por lo tanto, es el adjunto de T . ${\displaystyle J}$ $${\displaystyle {\begin{cases}J:H_{1}\oplus H_{2}\to H_{2}\oplus H_{1}\\J(x\oplus y)=-y\oplus x\end{cases}}}$$ ${\displaystyle J}$ ${\displaystyle J(\Gamma (T))^{\bot }}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle S}$ $${\displaystyle \langle Tx\mid y\rangle _{2}=\langle x\mid Sy\rangle _{1},}$$ ${\displaystyle S}$

De la definición anterior se deduce inmediatamente que el operador adjunto es cerrado. ^[12] En particular, un operador autoadjunto (es decir ) es cerrado. Un operador T es cerrado y está definido densamente si y solo si ^{[nb 4]} ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T=T^{*}}$ ${\displaystyle T^{**}=T.}$

Algunas propiedades bien conocidas de los operadores acotados se generalizan a los operadores cerrados y densamente definidos. El núcleo de un operador cerrado es cerrado. Además, el núcleo de un operador cerrado y densamente definido coincide con el complemento ortogonal del rango del adjunto. Es decir, ^[14] el teorema de von Neumann establece que y son autoadjuntos, y que y ambos tienen inversas acotadas. ^[15] Si tiene núcleo trivial, T tiene rango denso (por la identidad anterior). Además: ${\displaystyle T:H_{1}\to H_{2}}$ $${\displaystyle \operatorname {ker} (T)=\operatorname {ran} (T^{*})^{\bot }.}$$ ${\displaystyle T^{*}T}$ ${\displaystyle TT^{*}}$ ${\displaystyle I+T^{*}T}$ ${\displaystyle I+TT^{*}}$ ${\displaystyle T^{*}}$

T es sobreyectiva si y solo si existe un tal que para todo en ^{[nb 5]} (Esto es esencialmente una variante del llamado teorema de rango cerrado ). En particular, T tiene rango cerrado si y solo si tiene rango cerrado. ${\displaystyle K>0}$ ${\displaystyle \|f\|_{2}\leq K\left\|T^{*}f\right\|_{1}}$ ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle D\left(T^{*}\right).}$ ${\displaystyle T^{*}}$

A diferencia del caso acotado, no es necesario que , por ejemplo, incluso es posible que no exista. ^{[ cita requerida ]} Este es, sin embargo, el caso si, por ejemplo, T está acotado. ^[16] ${\displaystyle (TS)^{*}=S^{*}T^{*},}$ ${\displaystyle (TS)^{*}}$

Un operador T cerrado y densamente definido se denomina normal si satisface las siguientes condiciones equivalentes: ^[17]

• ${\displaystyle T^{*}T=TT^{*}}$;
• el dominio de T es igual al dominio de y para cada x en este dominio; ${\displaystyle T^{*},}$ ${\displaystyle \|Tx\|=\left\|T^{*}x\right\|}$
• Existen operadores autoadjuntos tales que y para cada x en el dominio de T . ${\displaystyle A,B}$ ${\displaystyle T=A+iB,}$ ${\displaystyle T^{*}=A-iB,}$ ${\displaystyle \|Tx\|^{2}=\|Ax\|^{2}+\|Bx\|^{2}}$

Todo operador autoadjunto es normal.

Transponer

Sea un operador entre espacios de Banach. Entonces la transpuesta (o dual ) de es el operador lineal que satisface: para todos y Aquí, usamos la notación: ^[18] ${\displaystyle T:B_{1}\to B_{2}}$ ${\displaystyle {}^{t}T:{B_{2}}^{*}\to {B_{1}}^{*}}$ ${\displaystyle T}$ $${\displaystyle \langle Tx,y'\rangle =\langle x,\left({}^{t}T\right)y'\rangle }$$ ${\displaystyle x\in B_{1}}$ ${\displaystyle y\in B_{2}^{*}.}$ ${\displaystyle \langle x,x'\rangle =x'(x).}$

La condición necesaria y suficiente para que exista la transposición de es que esté densamente definida (esencialmente por la misma razón que para los adjuntos, como se explicó anteriormente). ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle T}$

Para cualquier espacio de Hilbert existe el isomorfismo antilineal: dado por donde A través de este isomorfismo, la transpuesta se relaciona con la adjunta de la siguiente manera: ^[19] donde . (Para el caso de dimensión finita, esto corresponde al hecho de que la adjunta de una matriz es su transpuesta conjugada). Nótese que esto da la definición de adjunta en términos de una transpuesta. ${\displaystyle H,}$ $${\displaystyle J:H^{*}\to H}$$ ${\displaystyle Jf=y}$ ${\displaystyle f(x)=\langle x\mid y\rangle _{H},(x\in H).}$ ${\displaystyle {}^{t}T}$ ${\displaystyle T^{*}}$ $${\displaystyle T^{*}=J_{1}\left({}^{t}T\right)J_{2}^{-1},}$$ ${\displaystyle J_{j}:H_{j}^{*}\to H_{j}}$

Operadores lineales cerrados

Los operadores lineales cerrados son una clase de operadores lineales en espacios de Banach . Son más generales que los operadores acotados y, por lo tanto, no necesariamente continuos , pero aún conservan propiedades lo suficientemente buenas como para que se pueda definir el espectro y (con ciertas suposiciones) el cálculo funcional para dichos operadores. Muchos operadores lineales importantes que no pueden ser acotados resultan ser cerrados, como la derivada y una gran clase de operadores diferenciales .

Sean X , Y dos espacios de Banach . Un operador lineal A  : D ( A ) ⊆ X → Y es cerrado si para cada sucesión { x _n } en D ( A ) que converge a x en X tal que Ax _n → y ∈ Y cuando n → ∞ se tiene x ∈ D ( A ) y Ax = y . Equivalentemente, A es cerrado si su grafo es cerrado en la suma directa X ⊕ Y .

Dado un operador lineal A , no necesariamente cerrado, si el cierre de su grafo en X ⊕ Y resulta ser el grafo de algún operador, ese operador se llama cierre de A , y decimos que A es cerrable . Denotamos el cierre de A por A . De ello se deduce que A es la restricción de A a D ( A ) .

Un núcleo (o dominio esencial ) de un operador cerrable es un subconjunto C de D ( A ) tal que el cierre de la restricción de A a C es A .

Ejemplo

Consideremos el operador derivado A = ⁠d/Dx⁠ donde X = Y = C ([ a , b ]) es el espacio de Banach de todas las funciones continuas en un intervalo [ a , b ] . Si uno toma su dominio D ( A ) como C ¹ ([ a , b ]) , entonces A es un operador cerrado que no está acotado. ^[20] Por otro lado, si D ( A ) = C ^∞ ([ a , b ]) , entonces A ya no será cerrado, pero será cerrable, siendo la clausura su extensión definida en C ¹ ([ a , b ]) .

Operadores simétricos y operadores autoadjuntos

Un operador T en un espacio de Hilbert es simétrico si y solo si para cada x e y en el dominio de T tenemos . Un operador densamente definido T es simétrico si y solo si concuerda con su adjunto T ^∗ restringido al dominio de T , en otras palabras cuando T ^∗ es una extensión de T . ^[21] ${\displaystyle \langle Tx\mid y\rangle =\langle x\mid Ty\rangle }$

En general, si T está densamente definido y es simétrico, el dominio del adjunto T ^∗ no necesita ser igual al dominio de T . Si T es simétrico y el dominio de T y el dominio del adjunto coinciden, entonces decimos que T es autoadjunto . ^[22] Nótese que, cuando T es autoadjunto, la existencia del adjunto implica que T está densamente definido y dado que T ^∗ es necesariamente cerrado, T es cerrado.

Un operador densamente definido T es simétrico , si el subespacio Γ( T ) (definido en una sección anterior) es ortogonal a su imagen J (Γ( T )) bajo J (donde J ( x , y ):=( y ,- x )). ^{[nb 6]}

De manera equivalente, un operador T es autoadjunto si está densamente definido, cerrado, simétrico y satisface la cuarta condición: ambos operadores T – i , T + i son sobreyectivos, es decir, mapean el dominio de T sobre todo el espacio H . En otras palabras: para cada x en H existen y y z en el dominio de T tales que Ty – iy = x y Tz + iz = x . ^[23]

Un operador T es autoadjunto si los dos subespacios Γ( T ) , J (Γ( T )) son ortogonales y su suma es todo el espacio ^[12] ${\displaystyle H\oplus H.}$

Este enfoque no cubre los operadores cerrados no densamente definidos. Los operadores simétricos no densamente definidos pueden definirse directamente o mediante gráficos, pero no mediante operadores adjuntos.

Un operador simétrico a menudo se estudia a través de su transformada de Cayley .

Un operador T en un espacio de Hilbert complejo es simétrico si y sólo si el número es real para todo x en el dominio de T. ^[21] ${\displaystyle \langle Tx\mid x\rangle }$

Un operador simétrico cerrado densamente definido T es autoadjunto si y sólo si T ^∗ es simétrico. ^[24] Puede suceder que no lo sea. ^{[25] [26]}

Un operador T densamente definido se denomina positivo ^[8] (o no negativo ^[27] ) si su forma cuadrática es no negativa, es decir, para todo x en el dominio de T. Dicho operador es necesariamente simétrico. ${\displaystyle \langle Tx\mid x\rangle \geq 0}$

El operador T ^∗ T es autoadjunto ^[28] y positivo ^{[8] para cada} T cerrado y densamente definido .

El teorema espectral se aplica a los operadores autoadjuntos ^[29] y, además, a los operadores normales, ^{[30] [31]} pero no a los operadores cerrados y densamente definidos en general, ya que en este caso el espectro puede estar vacío. ^{[32] [33]}

Un operador simétrico definido en todas partes es cerrado, por lo tanto acotado, ^[6] lo cual es el teorema de Hellinger-Toeplitz . ^[34]

Relacionado con la extensión

Por definición, un operador T es una extensión de un operador S si Γ( S ) ⊆ Γ( T ) . ^[35] Una definición directa equivalente: para cada x en el dominio de S , x pertenece al dominio de T y Sx = Tx . ^{[5] [35]}

Nótese que existe una extensión definida en todas partes para cada operador, lo cual es un hecho puramente algebraico explicado en Aplicación lineal discontinua § Teorema general de existencia y basado en el axioma de elección . Si el operador dado no está acotado, entonces la extensión es una aplicación lineal discontinua . Es de poca utilidad ya que no puede preservar propiedades importantes del operador dado (ver más abajo) y, por lo general, es altamente no única.

Un operador T se llama cerrable si satisface las siguientes condiciones equivalentes: ^{[6] [35] [36]}

• T tiene una extensión cerrada;
• el cierre del grafo de T es el grafo de algún operador;
• para cada secuencia ( x _n ) de puntos del dominio de T tales que x _n → 0 y también Tx _n → y se cumple que y = 0 .

No todos los operadores se pueden cerrar. ^[37]

Un operador cerrable T tiene la extensión mínima cerrada llamada clausura de T. La clausura del gráfico de T es igual al gráfico de ^{[6] [35]} Pueden existir otras extensiones cerradas no mínimas. ^{[25] [26]} ${\displaystyle {\overline {T}}}$ ${\displaystyle {\overline {T}}.}$

Un operador T densamente definido es cerrable si y solo si T ^∗ está densamente definido. En este caso y ^{[12] [38]} ${\displaystyle {\overline {T}}=T^{**}}$ ${\displaystyle ({\overline {T}})^{*}=T^{*}.}$

Si S está densamente definido y T es una extensión de S , entonces S ^∗ es una extensión de T ^∗ . ^[39]

Todo operador simétrico es cerrable. ^[40]

Un operador simétrico se denomina simétrico maximalista si no tiene extensiones simétricas, excepto él mismo. ^[21] Todo operador autoadjunto es simétrico maximalista. ^[21] La inversa es incorrecta. ^[41]

Un operador se denomina esencialmente autoadjunto si su cierre es autoadjunto. ^[40] Un operador es esencialmente autoadjunto si y solo si tiene una y solo una extensión autoadjunta. ^[24]

Un operador simétrico puede tener más de una extensión autoadjunta, e incluso un continuo de ellas. ^[26]

Un operador simétrico densamente definido T es esencialmente autoadjunto si y solo si ambos operadores T – i , T + i tienen rango denso. ^[42]

Sea T un operador densamente definido. Denotando la relación " T es una extensión de S " por S ⊂ T (una abreviatura convencional para Γ( S ) ⊆ Γ( T )) se tiene lo siguiente. ^[43]

• Si T es simétrico entonces T ⊂ T ^∗∗ ⊂ T ^∗ .
• Si T es cerrado y simétrico entonces T = T ^∗∗ ⊂ T ^∗ .
• Si T es autoadjunto entonces T = T ^∗∗ = T ^∗ .
• Si T es esencialmente autoadjunto entonces T ⊂ T ^∗∗ = T ^∗ .

Importancia de los operadores autoadjuntos

La clase de operadores autoadjuntos es especialmente importante en física matemática. Cada operador autoadjunto está definido densamente, es cerrado y simétrico. Lo inverso es válido para operadores acotados, pero falla en general. La autoadjunción es sustancialmente más restrictiva que estas tres propiedades. El famoso teorema espectral es válido para operadores autoadjuntos. En combinación con el teorema de Stone sobre grupos unitarios de un parámetro, muestra que los operadores autoadjuntos son precisamente los generadores infinitesimales de grupos unitarios de un parámetro fuertemente continuos, véase Operador autoadjunto § Extensiones autoadjuntas en mecánica cuántica . Dichos grupos unitarios son especialmente importantes para describir la evolución temporal en mecánica clásica y cuántica.

Véase también

• Espacio de Hilbert § Operadores ilimitados
• Teorema de Stone-von Neumann
• Operador acotado

Notas

1. Supongamos que f _j es una secuencia en el dominio de T que converge a g ∈ X . Puesto que T es uniformemente continua en su dominio, Tf _j es Cauchy en Y . Por lo tanto, (  f _j  , T f _j  ) es Cauchy y por lo tanto converge a algún (  f  , T f  ) puesto que el gráfico de T es cerrado. Por lo tanto, f   = g , y el dominio de T es cerrado. 
2. Demostración: al ser cerrado, el definido en todas partes está acotado, lo que implica que la acotación de este último es la clausura de T . Véase también (Pedersen 1989, 2.3.11) para el caso de T definido en todas partes . ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{**},}$
3. Prueba: Entonces, si está acotado, entonces su adjunto T está acotado. ${\displaystyle T^{**}=T.}$ ${\displaystyle T^{*}}$
4. Demostración: Si T está cerrada y densamente definida entonces existe y está densamente definida. Por lo tanto existe. El grafo de T es denso en el grafo de por lo tanto Inversamente, dado que la existencia de implica que aquello de lo que a su vez implica que T está densamente definida. Dado que es cerrada, T está densamente definida y cerrada. ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle T^{**}}$ ${\displaystyle T^{**};}$ ${\displaystyle T=T^{**}.}$ ${\displaystyle T^{**}}$ ${\displaystyle T^{*},}$ ${\displaystyle T^{**}}$
5. Si es sobreyectiva entonces tiene inversa acotada, denotada por La estimación se deduce entonces ya que Inversamente, supongamos que la estimación se cumple. Ya que tiene rango cerrado, es el caso de que Como es densa, basta con mostrar que tiene rango cerrado. Si es convergente entonces es convergente por la estimación ya que Digamos, Ya que es autoadjunta; por lo tanto, cerrada, (teorema de von Neumann), QED ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle T:(\ker T)^{\bot }\to H_{2}}$ ${\displaystyle S.}$ $${\displaystyle \|f\|_{2}^{2}=\left|\langle TSf\mid f\rangle _{2}\right|\leq \|S\|\|f\|_{2}\left\|T^{*}f\right\|_{1}}$$ ${\displaystyle T^{*}}$ ${\displaystyle \operatorname {ran} (T)=\operatorname {ran} \left(TT^{*}\right).}$ ${\displaystyle \operatorname {ran} (T)}$ ${\displaystyle TT^{*}}$ ${\displaystyle TT^{*}f_{j}}$ ${\displaystyle f_{j}}$ $${\displaystyle \|T^{*}f_{j}\|_{1}^{2}=|\langle T^{*}f_{j}\mid T^{*}f_{j}\rangle _{1}|\leq \|TT^{*}f_{j}\|_{2}\|f_{j}\|_{2}.}$$ ${\displaystyle f_{j}\to g.}$ ${\displaystyle TT^{*}}$ ${\displaystyle TT^{*}f_{j}\to TT^{*}g.}$
6. Se desprende de (Pedersen 1989, 5.1.5) y de la definición mediante operadores adjuntos.

Referencias

Citas

1. Reed y Simon 1980, Notas del Capítulo VIII, página 305
2. von Neumann 1930, págs. 49-131
3. Piedra 1932
4. von Neumann 1932, págs. 294-310
5. Pedersen 1989, 5.1.1
6. Pedersen 1989, 5.1.4
7. Berezansky, Sheftel y nosotros 1996, página 5
8. Pedersen 1989, 5.1.12
9. Berezansky, Sheftel & Us 1996, Ejemplo 3.2 en la página 16
10. Reed y Simon 1980, página 252
11. Berezansky, Sheftel & Us 1996, Ejemplo 3.1 en la página 15
12. Pedersen 1989, 5.1.5
13. Berezansky, Sheftel y nosotros 1996, página 12
14. Brezis 1983, pág. 28
15. Yoshida 1980, pág. 200
16. Yoshida 1980, pág. 195.
17. Pedersen 1989, 5.1.11
18. Yoshida 1980, pág. 193
19. Yoshida 1980, pág. 196
20. Kreyszig 1978, pág. 294
21. Pedersen 1989, 5.1.3
22. Kato 1995, 5.3.3
23. Pedersen 1989, 5.2.5
24. Reed & Simon 1980, página 256
25. Pedersen 1989, 5.1.16
26. Reed & Simon 1980, Ejemplo en las páginas 257-259
27. Berezansky, Sheftel y nosotros 1996, página 25
28. Pedersen 1989, 5.1.9
29. Pedersen 1989, 5.3.8
30. Berezansky, Sheftel y nosotros 1996, página 89
31. Pedersen 1989, 5.3.19
32. Reed & Simon 1980, Ejemplo 5 en la página 254
33. Pedersen 1989, 5.2.12
34. Reed y Simon 1980, página 84
35. Reed y Simon 1980, página 250
36. Berezansky, Sheftel & Us 1996, páginas 6,7
37. Berezansky, Sheftel y nosotros 1996, página 7
38. Reed y Simon 1980, página 253
39. Pedersen 1989, 5.1.2
40. Pedersen 1989, 5.1.6
41. Pedersen 1989, 5.2.6
42. Reed y Simon 1980, página 257
43. Reed y Simon 1980, páginas 255, 256

Bibliografía

• Berezansky, YM; Sheftel, ZG; Us, GF (1996), Análisis funcional , vol. II, Birkhäuser(ver Capítulo 12 "Teoría general de operadores no acotados en espacios de Hilbert").
• Brezis, Haïm (1983), Analyse fonctionnelle — Théorie et apps (en francés), París: Mason
• "Operador ilimitado", Enciclopedia de Matemáticas , EMS Press , 2001 [1994]
• Hall, BC (2013), "Capítulo 9. Operadores autoadjuntos ilimitados", Teoría cuántica para matemáticos , Textos de posgrado en matemáticas, vol. 267, Springer, ISBN 978-1461471158
• Kato, Tosio (1995), "Capítulo 5. Operadores en el espacio de Hilbert", Teoría de perturbaciones para operadores lineales , Classics in Mathematics, Springer-Verlag, ISBN 3-540-58661-X
• Kreyszig, Erwin (1978). Introducción al análisis funcional con aplicaciones . Estados Unidos: John Wiley & Sons. Inc. ISBN 0-471-50731-8.
• Pedersen, Gert K. (1989), Análisis ahora , Springer(ver Capítulo 5 "Operadores ilimitados").
• Reed, Michael ; Simon, Barry (1980), Métodos de física matemática moderna , vol. 1: Análisis funcional (edición revisada y ampliada), Academic Press(ver Capítulo 8 "Operadores ilimitados").
• Stone, Marshall Harvey (1932). Transformaciones lineales en el espacio de Hilbert y sus aplicaciones al análisis. Reimpresión de la edición de 1932 de la American Mathematical Society. ISBN 978-0-8218-7452-3.
• Teschl, Gerald (2009). Métodos matemáticos en mecánica cuántica; con aplicaciones a los operadores de Schrödinger. Providence : American Mathematical Society . ISBN 978-0-8218-4660-5.
• von Neumann, J. (1930), "Allgemeine Eigenwerttheorie Hermitescher Functionaloperatoren (Teoría general del valor propio de los operadores funcionales hermitianos)", Mathematische Annalen , 102 (1), doi :10.1007/BF01782338, S2CID  121249803
• von Neumann, J. (1932), "Über Adjungierte Funktionaloperatore (Sobre operadores funcionales adjuntos)", Annals of Mathematics , segunda serie, 33 (2), doi :10.2307/1968331, JSTOR  1968331
• Yoshida, Kôsaku (1980), Análisis funcional (sexta edición), Springer

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