Компактные операторы и операторы Гильберта–Шмидта
[9/100%]Докажите теорему B.5.
Теорема B.5: Пусть — банаховы пространства, и пусть и — линейные операторы.
Если компактен, то ограничен.
Если ограничен и имеет конечный ранг, то компактен.
Если — компактные операторы и , то компактен.
Если компактен, а ограничен, или если ограничен, а компактен, то компактен.
Если компактен и , то конечномерно.
Пусть — гильбертовы пространства. Покажите, что если компактен и — ортонормированная последовательность в , то .
Пусть — ортонормированный базис для гильбертова пространства . Зафиксируем , и пусть — оператор, определённый в упражнении 1.66.
Покажите, что компактен тогда и только тогда, когда .
Покажите, что если и при каждом , то не замкнуто в .
Докажите теорему B.8.
Теорема B.8: Пусть — сепарабельные гильбертовы пространства.
Для величина не зависит от выбора ортонормированного базиса для (т.е. она либо конечна и одинакова для всех ортонормированных базисов, либо бесконечна для каждого ортонормированного базиса). Далее, и .
— норма на , и полно относительно этой нормы. Далее, — гильбертово пространство относительно скалярного произведения , , где — произвольный ортонормированный базис для .
Если , , и , то , и , .
Все ограниченные линейные операторы конечного ранга на являются операторами Гильберта-Шмидта, и все операторы Гильберта-Шмидта компактны. Более того, плотно в относительно .
Завершите доказательство теоремы B.10.
Теорема B.10: Пусть — сепарабельные гильбертовы пространства.
имеет ранг один тогда и только тогда, когда для некоторых , не равных нулю одновременно.
имеет конечный ранг тогда и только тогда, когда для некоторого , , и .
полно в .
Если и , то .
Если — ортонормированный базис для , а — ортонормированный базис для , то — ортонормированный базис для .
Если , то для каждых .
В основном тексте книги уже доказан пункт (e) теоремы B.10; это упражнение просит доказать остальные пункты.
Пусть — сепарабельные гильбертовы пространства. Докажите следующие факты о тензорных произведениях.
.
и .
и .
.
Пусть и ; покажите, что сопряжённый оператор к равен
Пусть ; покажите, что компактен тогда и только тогда, когда компактен.
Пусть — измеримые подмножества , и пусть и — ортонормированные базисы для и соответственно. Пусть обозначает функцию тензорного произведения, определённую в уравнении (B.3), и покажите, что семейство является ортонормированным базисом для .
Пусть — сепарабельные гильбертовы пространства. Зафиксируем и и докажите следующие утверждения.
Если и , то .
Существует единственный ограниченный оператор такой, что и для всех и . Мы называем тензорным произведением и и пишем .
.
Если и — топологические изоморфизмы, то и — топологический изоморфизм.
Специализируйтесь на случае и . В частности, покажите, что если и , то существует единственный оператор такой, что , где и — функции, определённые уравнением (B.3).