Оператор Фредгольма або оператор Нетера — лінійний оператор між векторними просторами для якого ядро і коядро мають скінченні розмірності. Лінійний оператор між скінченновимірними просторами очевидно завжди є фредгольмовим. Тому інтерес становить випадок нескінченновимірних просторів. Найчастіше фредгольмові оператори розглядають для банахових просторів і гільбертових просторів і додатково вводиться умова обмеженості оператора.
Означення
Лінійний оператор між двома векторними просторами і називають оператором Фредгольма, якщо
- Ядро тобто множина має скінченну розмірність
- Образ , тобто множина має скінченну корозмірність у . Іншими словами коядро є скінченновимірним.
Найчастіше оператори розглядають для гільбертових чи банахових просторів і тоді, як правило, додатково вводиться умова обмеженості оператора.
Множина операторів Фредгольма між просторами і позначатиметься .
Число
називається індексом Фредгольма оператора . Для скінченновимірних просторів усі лінійні оператори є фредгольмовими і для всіх операторів між скінченновимірними просторами і :
Приклади
Оператори зсуву
Нехай є гільбертовим простором із ортонормальним базисом проіндексованим натуральними числами. Правий оператор зсуву на k позицій за означенням є:
Він є ін'єктивним і має корозмірність . Відповідно його індекс є рівним . Для лівого зсуву
ядро має розмірність k і оператор є сюр'єктивним, тобто індекс у цьому випадку є рівним .
Інтегральний оператор
Класичним інтегральним оператором Фредгольма називають оператор
- ,
де є тотожним оператором, а є цілком неперервним.
Наприклад на просторі неперервних функцій , або, більш загально, просторі функцій що є інтегровними із квадратом оператор задається як
- ,
де ядро інтегрування є неперервним або квадратно інтегровним. Цей оператор є оператором Фредгольма з індексом 0. У теорії інтегральних рівнянь Фредгольма вивчаються рівняння . Ключовим результатом теорії є альтернатива Фредгольма.
Тензорний добуток оператора Фредгольма і ізоморфізму
Якщо є оператором Фредгольма над довільним комплексним векторним простором, а є лінійним ізоморфізмом, то і також
Тому теж є оператором Фредгольма і
Властивості
Всюди розглядається обмежений оператор Фредгольма між банаховими просторами.
- Образ (обмеженого) оператора Фредгольма між банаховими просторами є замкнутим підпростором.
- Якщо є оператором Фредгольма, то для скінченновимірного підпростору існує замкнутий підпростір у для якого . Обмеження оператора на цей підпростір є бієктивним оператором для якого обернений оператор теж є обмеженим. Таким чином для існує неперервний обернений оператор за винятком підпросторів скінченної розмірності.
- Спряжений до оператора Фредгольма оператор теж є фредгольмовим: і для індексів цих операторів:
- Композиція фредгольмових операторів є оператором Фредгольма з індексом
- Для (обмеженого) оператора Фредгольма: і цілком неперервного оператора оператор теж є фредгольмовим і
- Якщо на комутативній діаграмі із довільними векторними просторами і лінійними відображеннями між ними:
- обидва рядки є точними послідовностями і і є операторами Фредгольма, то і є оператором Фредгольма і
- Із попереднього, якщо (тобто є цілком неперервним), а то є оператором Фредгольма індекс якого є рівним 0 (оскільки оборотний оператор є очевидно фредгольмовим із індексом 0). Навпаки, будь-який фредгольмів оператор індексу 0 є сумою оборотного і цілком неперервного операторів.
- Властивість Фредгольма і індекс також зберігаються при досить малих обмежених збуреннях, тобто . Інакше кажучи, множина є відкритою у множині обмежених операторів. Індекс Фредгольма є константою на кожній компоненті зв'язності множини .
- Згідно теореми Аткінсона оператор є фредгольмовим, якщо і тільки якщо існують оператори і цілком неперервні оператори такі, що і .
- Якщо є оператором Фредгольма, то існує , що для всіх для яких виконуються нерівності:
- und
- Зокрема є оператором Фредгольма із індексом .
Див. також
Література
- D.E. Edmunds and W.D. Evans (1987), Spectral theory and differential operators, Oxford University Press. .
- Murphy, Gerald J. (1990), C*–Algebras and Operator Theory, Academic Press, ISBN
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Operator Fredgolma abo operator Netera linijnij operator mizh vektornimi prostorami dlya yakogo yadro i koyadro mayut skinchenni rozmirnosti Linijnij operator mizh skinchennovimirnimi prostorami ochevidno zavzhdi ye fredgolmovim Tomu interes stanovit vipadok neskinchennovimirnih prostoriv Najchastishe fredgolmovi operatori rozglyadayut dlya banahovih prostoriv i gilbertovih prostoriv i dodatkovo vvoditsya umova obmezhenosti operatora OznachennyaLinijnij operator A X Y displaystyle A colon X to Y mizh dvoma vektornimi prostorami X displaystyle X i Y displaystyle Y nazivayut operatorom Fredgolma yaksho Yadro ker A displaystyle ker A tobto mnozhina x X A x 0 displaystyle x in X Ax 0 maye skinchennu rozmirnist Obraz r a n A displaystyle mathrm ran A tobto mnozhina A x x X Y displaystyle Ax mid x in X subseteq Y maye skinchennu korozmirnist u Y displaystyle Y Inshimi slovami koyadro Y r a n A displaystyle Y mathrm ran A ye skinchennovimirnim Najchastishe operatori rozglyadayut dlya gilbertovih chi banahovih prostoriv i todi yak pravilo dodatkovo vvoditsya umova obmezhenosti operatora Mnozhina operatoriv Fredgolma mizh prostorami X displaystyle X i Y displaystyle Y poznachatimetsya N X Y displaystyle mathcal N X Y Chislo i n d A dim ker A c o d i m r a n A Y Z displaystyle mathrm ind A dim ker A mathrm codim mathrm ran A Y in mathbb Z nazivayetsya indeksom Fredgolma operatora A displaystyle A Dlya skinchennovimirnih prostoriv usi linijni operatori ye fredgolmovimi i dlya vsih operatoriv mizh skinchennovimirnimi prostorami X displaystyle X i Y displaystyle Y i n d A dim X dim Y displaystyle mathrm ind A dim X dim Y PrikladiOperatori zsuvu Nehaj H displaystyle H ye gilbertovim prostorom iz ortonormalnim bazisom e n displaystyle e n proindeksovanim naturalnimi chislami Pravij operator zsuvu na k pozicij za oznachennyam ye S k e n e n k displaystyle S k e n e n k Vin ye in yektivnim i maye korozmirnist k displaystyle k Vidpovidno jogo indeks ye rivnim k displaystyle k Dlya livogo zsuvu S k e i e i k i gt k 0 i k displaystyle S k e i begin cases e i k amp i gt k 0 amp i leqslant k end cases yadro maye rozmirnist k i operator ye syur yektivnim tobto indeks u comu vipadku ye rivnim k displaystyle k Integralnij operator Dokladnishe Integralnij operator Fredgolma Klasichnim integralnim operatorom Fredgolma nazivayut operator A I T displaystyle A I T de I displaystyle I ye totozhnim operatorom a T displaystyle T ye cilkom neperervnim Napriklad na prostori neperervnih funkcij C a b displaystyle C a b abo bilsh zagalno prostori funkcij sho ye integrovnimi iz kvadratom L 2 a b displaystyle L 2 a b operator A displaystyle A zadayetsya yak A ϕ x ϕ x a b k x y ϕ y d y displaystyle A phi x phi x int a b k x y phi y mathrm d y de yadro integruvannya k displaystyle k ye neperervnim abo kvadratno integrovnim Cej operator ye operatorom Fredgolma z indeksom 0 U teoriyi integralnih rivnyan Fredgolma vivchayutsya rivnyannya A ϕ x f x displaystyle A phi x f x Klyuchovim rezultatom teoriyi ye alternativa Fredgolma Tenzornij dobutok operatora Fredgolma i izomorfizmu Yaksho A H H displaystyle A H to H ye operatorom Fredgolma nad dovilnim kompleksnim vektornim prostorom a S C n C n displaystyle S mathbb C n to mathbb C n ye linijnim izomorfizmom to ker A S ker A C n displaystyle ker A otimes S ker A otimes mathbb C n r a n A S r a n A C n displaystyle mathrm ran A otimes S mathrm ran A otimes mathbb C n i takozh c o k e r A S c o k e r A C n displaystyle mathrm coker A otimes S mathrm coker A otimes mathbb C n Tomu A S displaystyle A otimes S tezh ye operatorom Fredgolma i i n d A S n i n d A displaystyle mathrm ind A otimes S n cdot mathrm ind A VlastivostiVsyudi rozglyadayetsya obmezhenij operator Fredgolma mizh banahovimi prostorami Obraz obmezhenogo operatora Fredgolma mizh banahovimi prostorami ye zamknutim pidprostorom Yaksho A X Y displaystyle A colon X to Y ye operatorom Fredgolma to dlya skinchennovimirnogo pidprostoru ker A displaystyle ker A isnuye zamknutij pidprostir W displaystyle W u X displaystyle X dlya yakogo X ker A W displaystyle X ker A oplus W Obmezhennya A W ran A displaystyle widetilde A colon W to operatorname ran A operatora A displaystyle A na cej pidprostir ye biyektivnim operatorom dlya yakogo obernenij operator tezh ye obmezhenim Takim chinom dlya A displaystyle A isnuye neperervnij obernenij operator za vinyatkom pidprostoriv skinchennoyi rozmirnosti Spryazhenij do operatora Fredgolma operator tezh ye fredgolmovim A N X Y A N Y X displaystyle A in mathcal N X Y Leftrightarrow A in mathcal N Y X i dlya indeksiv cih operatoriv i n d A i n d A displaystyle mathrm ind A mathrm ind A Kompoziciya B A displaystyle B circ A fredgolmovih operatoriv ye operatorom Fredgolma z indeksom i n d B A i n d A i n d B displaystyle mathrm ind B circ A mathrm ind A mathrm ind B Dlya obmezhenogo operatora Fredgolma A N X Y displaystyle A in mathcal N X Y i cilkom neperervnogo operatora S K X Y displaystyle S in mathcal K X Y operator A S displaystyle A S tezh ye fredgolmovim i i n d A S i n d A displaystyle mathrm ind A S mathrm ind A Yaksho na komutativnij diagrami iz dovilnimi vektornimi prostorami i linijnimi vidobrazhennyami mizh nimi 0 X f Y g Z 0 A B C 0 X f Y g Z 0 displaystyle begin array ccccccccc 0 amp to amp X amp xrightarrow f amp Y amp xrightarrow g amp Z amp to amp 0 amp amp A downarrow quad amp amp B downarrow quad amp amp C downarrow quad amp amp 0 amp to amp X amp xrightarrow f amp Y amp xrightarrow g amp Z amp to amp 0 end array dd obidva ryadki ye tochnimi poslidovnostyami i A displaystyle A i C displaystyle C ye operatorami Fredgolma to i B displaystyle B ye operatorom Fredgolma i i n d B i n d A i n d C displaystyle mathrm ind B mathrm ind A mathrm ind C Iz poperednogo yaksho K K X Y displaystyle K in mathcal K X Y tobto ye cilkom neperervnim a S I n v X Y displaystyle S in mathrm Inv X Y to S K displaystyle S K ye operatorom Fredgolma indeks yakogo ye rivnim 0 oskilki oborotnij operator ye ochevidno fredgolmovim iz indeksom 0 Navpaki bud yakij fredgolmiv operator indeksu 0 ye sumoyu oborotnogo i cilkom neperervnogo operatoriv Vlastivist Fredgolma i indeks takozh zberigayutsya pri dosit malih obmezhenih zburennyah tobto A N X Y e S B X Y S e A S N X Y i n d A S i n d A displaystyle forall A in mathcal N X Y exists varepsilon forall S in mathcal B X Y S leqslant varepsilon Rightarrow A S in mathcal N X Y mathrm ind A S mathrm ind A Inakshe kazhuchi mnozhina N X Y displaystyle mathcal N X Y ye vidkritoyu u mnozhini B X Y displaystyle mathcal B X Y obmezhenih operatoriv Indeks Fredgolma ye konstantoyu na kozhnij komponenti zv yaznosti mnozhini N X Y displaystyle mathcal N X Y Zgidno teoremi Atkinsona operator A X Y displaystyle A colon X to Y ye fredgolmovim yaksho i tilki yaksho isnuyut operatori B 1 B 2 displaystyle B 1 B 2 i cilkom neperervni operatori K 1 K 2 displaystyle K 1 K 2 taki sho A B 1 I Y K 1 displaystyle AB 1 I Y K 1 i B 2 A I X K 2 displaystyle B 2 A I X K 2 Yaksho A X X displaystyle A colon X to X ye operatorom Fredgolma to isnuye e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 sho dlya vsih l C displaystyle lambda in mathbb C dlya yakih 0 lt l lt e displaystyle 0 lt lambda lt varepsilon vikonuyutsya nerivnosti dim ker A l I c o n s t dim ker A displaystyle dim ker A lambda I equiv mathrm const leq dim ker A und c o d i m r a n A l I c o n s t c o d i m r a n A displaystyle mathrm codim mathrm ran A lambda I equiv mathrm const leq mathrm codim mathrm ran A Zokrema A l I displaystyle A lambda I ye operatorom Fredgolma iz indeksom i n d A l I i n d A displaystyle mathrm ind A lambda I mathrm ind A Div takozhIntegralnij operator Fredgolma Teoriya Fredgolma Cilkom neperervnij operatorLiteraturaD E Edmunds and W D Evans 1987 Spectral theory and differential operators Oxford University Press ISBN 0 19 853542 2 Murphy Gerald J 1990 C Algebras and Operator Theory Academic Press ISBN 978 0 08 092496 0