กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 10 นาที

ตัวดำเนินการที่มีขอบเขต

ในทฤษฎีการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันและทฤษฎีตัวดำเนินการ ตัว ดำเนินการเชิงเส้น แบบมีขอบเขตเป็นชนิดพิเศษของการแปลงเชิงเส้นที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในมิติอนันต์ในมิติจำกัด

ตัวดำเนินการที่มีขอบเขต

ในทฤษฎีการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันและทฤษฎีตัวดำเนินการ ตัว ดำเนินการเชิงเส้น แบบมีขอบเขตเป็นชนิดพิเศษของการแปลงเชิงเส้นที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในมิติอนันต์ในมิติจำกัด การแปลงเชิงเส้นจะเปลี่ยนเซตที่มีขอบเขตหนึ่งไปยังอีกเซตที่มีขอบเขตหนึ่ง (ตัวอย่างเช่น สี่เหลี่ยมผืนผ้าในระนาบจะกลายเป็นรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานหรือส่วนของเส้นตรงที่มีขอบเขตเมื่อใช้การแปลงเชิงเส้น) อย่างไรก็ตาม ในมิติอนันต์ ความเป็นเชิงเส้นไม่เพียงพอที่จะรับประกันว่าเซตที่มีขอบเขตจะยังคงมีขอบเขตอยู่ ดังนั้น ตัวดำเนินการเชิงเส้นแบบมีขอบเขตจึงเป็นการแปลงเชิงเส้นที่ส่งเซตที่มีขอบเขตไปยังเซตที่มีขอบเขต

ในทางทฤษฎีแล้ว มันคือการแปลงเชิงเส้นระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (TVS) และที่แมปเซตย่อยที่มีขอบเขต ของ ไปยังเซตย่อยที่มีขอบเขตของ ถ้าและเป็นปริภูมิเวกเตอร์แบบมีบรรทัดฐาน (TVS ประเภทพิเศษ) แล้วจะมีขอบเขตก็ต่อเมื่อ มีอยู่บางค่า ที่ทำให้ สำหรับทุก ค่าต่ำสุดของเรียกว่า บรรทัดฐาน ของตัวดำเนินการ ของ และเขียนแทนด้วย ตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิแบบมีบรรทัดฐานจะต่อเนื่องก็ต่อเมื่อมีขอบเขต

แนวคิดของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตได้ถูกขยายจากปริภูมิบรรทัดฐานไปสู่ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีทั้งหมด

นอกเหนือจากการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันแล้ว เมื่อฟังก์ชันถูกเรียกว่า " มีขอบเขต " โดยทั่วไปหมายความว่าภาพ ของฟังก์ชันนั้น เป็นเซตย่อยที่มีขอบเขตของโคโดเมนของมัน การแปลงเชิงเส้นจะมีคุณสมบัตินี้ก็ต่อเมื่อมันเป็นการแปลงเชิงเส้นแบบสมบูรณ์เท่านั้น ดังนั้น ในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน เมื่อตัวดำเนินการเชิงเส้นถูกเรียกว่า "มีขอบเขต" มันไม่ได้หมายความในความหมายเชิงนามธรรม (ของการมีภาพที่มีขอบเขต)

ในปริภูมิเวกเตอร์แบบมีบรรทัดฐาน

ตัวดำเนินการที่มีขอบเขตทุกตัวมีความต่อเนื่องแบบลิปชิตซ์ที่

ความเท่าเทียมกันของขอบเขตและความต่อเนื่อง

ตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิบรรทัดฐานจะมีขอบเขตก็ต่อเมื่อมันต่อเนื่องเท่านั้น

การพิสูจน์

สมมติว่ามีขอบเขตจำกัด ดังนั้น สำหรับเวกเตอร์ทั้งหมดที่มีค่าไม่เป็นศูนย์ เรา จะได้ เมื่อให้ค่าเข้าใกล้ศูนย์ จะแสดงว่ามีความต่อเนื่องที่ นอกจากนี้ เนื่องจากค่าคงที่ไม่ขึ้นอยู่กับค่านี้ จึงแสดงว่าในความเป็นจริงแล้วมีความต่อเนื่องสม่ำเสมอและมีความต่อเนื่องแบบลิปชิตซ์ด้วย

ในทางกลับกัน จากความต่อเนื่องที่เวกเตอร์ศูนย์ จะได้ว่ามีอยู่จริงที่ทำให้สำหรับทุกเวกเตอร์ที่มี ดังนั้น สำหรับทุกค่าที่ไม่เป็นศูนย์จะได้ ว่า สิ่งนี้พิสูจน์ได้ว่ามีขอบเขตQED

ขอบเขตสัมพัทธ์

เมื่อกำหนด ตัวดำเนินการเชิงเส้นสองตัวที่กำหนดไว้บางส่วนเรากล่าวว่ามีขอบเขตสัมพัทธ์โดย(หรือมีขอบเขต -) ก็ต่อเมื่อและมีอยู่โดยที่ค่าต่ำสุดของทั้งหมดดังกล่าวคือขอบเขตสัมพัทธ์ของ[ 1 ]

ในปริภูมิฮิลเบิร์ต

เนื่องจากปริภูมิฮิลเบิร์ตเป็นปริภูมิบรรทัดฐานสมบูรณ์ที่มีบรรทัดฐานซึ่งเกิดจากผลคูณภายใน ดังนั้นหลักการข้างต้นจึงใช้ได้กับที่นี่เช่นกัน ที่น่าสังเกตคือ ปริภูมิของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตบนปริภูมิฮิลเบิร์ต H จะกลายเป็นพีชคณิต C*และโดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิตัวดำเนินการเราสามารถกำหนดแนวคิดต่างๆ เกี่ยวกับขอบเขตสำหรับตัวดำเนินการ T ได้

ตัวอย่างเช่น T เรียกว่ามีขอบเขตกำลัง ถ้าสำหรับจำนวนธรรมชาติ n ทุกตัว เงื่อนไขนี้บ่งชี้ว่า T มีขอบเขตแน่นอน แต่ข้อความกลับกันไม่จำเป็นต้องเป็นจริงเสมอไป

เงื่อนไขความมีขอบเขตอีกประการหนึ่งคือเงื่อนไขความมีขอบเขตแบบพหุนาม: ตัวดำเนินการ T บน L(H) จะมีขอบเขตแบบพหุนามก็ต่อเมื่อมีค่าคงที่บวก(ที่ขึ้นอยู่กับ T เท่านั้น) อยู่ค่าหนึ่ง ซึ่งสำหรับพหุนาม (เชิงวิเคราะห์) p ทั้งหมดที่กำหนดบนวงกลมหน่วยปิดเงื่อนไขนี้ยังบ่งบอกถึงความมีขอบเขตแบบกำลังและความมีขอบเขตแบบนอร์มด้วย แต่ในทางกลับกันนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นจริงเสมอไป

นอกจากนี้ ตัวดำเนินการจะถูกเรียกว่ามีขอบเขตพหุนามสมบูรณ์หากมีค่าคงที่บวก K อยู่ค่าหนึ่ง ซึ่งสำหรับเมทริกซ์ทั้งหมดของพหุนาม (เชิงวิเคราะห์) และสำหรับจำนวนธรรมชาติ n ทั้งหมด โดยที่ค่าบรรทัดฐานของเมทริกซ์ที่เกี่ยวข้องนั้นได้มาจากการเหนี่ยวนำตามธรรมชาติของโครงสร้างของปริภูมิเมทริกซ์ และสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นแคลคูลัสเชิงฟังก์ชันพหุนาม ตัวดำเนินการที่มีขอบเขตพหุนามสมบูรณ์ทุกตัวจะมีขอบเขตพหุนามและขอบเขตกำลัง รวมทั้งมีขอบเขตบรรทัดฐานด้วย แต่โดยทั่วไปแล้วสิ่งที่ตรงกันข้ามจะไม่เป็นจริง

ตัวอย่างเชิงบวกของตัวดำเนินการที่มีขอบเขตพหุนามอย่างสมบูรณ์คือตัวดำเนินการหดตัว T [ 2 ]กล่าวคือตัวดำเนินการที่เป็นจริง

ในปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี

ตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (TVS) สองปริภูมิ เรียกว่าตัวดำเนินการเชิงเส้นแบบมีขอบเขตหรือเรียกสั้น ๆ ว่ามีขอบเขตถ้าเมื่อใดก็ตามที่มีขอบเขตในแล้วจะมีขอบเขตใน เซตย่อยของ TVS เรียกว่า มีขอบเขต (หรือกล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือมีขอบเขตแบบฟอน นอยมันน์ ) ถ้าทุกย่านใกล้เคียงของจุดกำเนิดดูด ซับเซตย่อย นั้น ในปริภูมิที่มีบรรทัดฐาน (และแม้แต่ในปริภูมิกึ่งบรรทัดฐาน ) เซตย่อยจะมีขอบเขตแบบฟอน นอยมันน์ ก็ต่อเมื่อมีขอบเขตตามบรรทัดฐาน ดังนั้น สำหรับปริภูมิที่มีบรรทัดฐาน แนวคิดของเซตที่มีขอบเขตแบบฟอน นอยมันน์ จึงเหมือนกับแนวคิดปกติของเซตย่อยที่มีขอบเขตตามบรรทัดฐาน

ความต่อเนื่องและขอบเขต

ตัวดำเนินการเชิงเส้น ต่อเนื่องตามลำดับทุก ตัว ระหว่าง TVS เป็นตัวดำเนินการที่มีขอบเขต[ 3 ] ซึ่งหมายความว่าตัวดำเนินการเชิงเส้นต่อเนื่องทุกตัวระหว่าง TVS ที่สามารถวัดได้จะมีขอบเขต อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว ตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตระหว่าง TVS สองตัวไม่จำเป็นต้องต่อเนื่อง

การกำหนดสูตรนี้ทำให้สามารถนิยามตัวดำเนินการที่มีขอบเขตระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีทั่วไปได้ว่าเป็นตัวดำเนินการที่แปลงเซตที่มีขอบเขตไปยังเซตที่มีขอบเขต ในบริบทนี้ ยังคงเป็นความจริงที่ว่าแผนที่ต่อเนื่องทุกแผนที่นั้นมีขอบเขต อย่างไรก็ตาม ข้อความกลับกันนั้นไม่เป็นจริง ตัวดำเนินการที่มีขอบเขตไม่จำเป็นต้องต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังหมายความว่าความเป็นขอบเขตไม่เทียบเท่ากับความต่อเนื่องแบบลิปชิตซ์ในบริบทนี้อีกต่อไป

ถ้าโดเมนเป็นปริภูมิบอร์โนโลจิคัล (ตัวอย่างเช่นTVS ที่เป็นพсевдометризапрометрил , ปริภูมิเฟรเชต์ , ปริภูมิที่มีบรรทัดฐาน ) แล้วตัวดำเนินการเชิงเส้นใดๆ ที่ส่งไปยังปริภูมิเว้าเฉพาะที่อื่นๆ จะมีขอบเขตก็ต่อเมื่อมันต่อเนื่อง สำหรับปริภูมิเว้าเฉพาะที่(LF spaces)จะมีข้อความกลับที่อ่อนกว่า กล่าวคือ แผนที่เชิงเส้นที่มีขอบเขตใดๆ จากปริภูมิเว้าเฉพาะที่ จะ มีความต่อเนื่อง ตาม ลำดับ

ถ้าเป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีสองปริภูมิ และถ้ามีบริเวณใกล้เคียงจุดกำเนิดในที่ เป็นเซตย่อยที่มีขอบเขตของแล้วจะมีความต่อเนื่อง[ 4 ] ข้อเท็จจริงนี้มักสรุปได้ว่า ตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตในบริเวณใกล้เคียงจุดกำเนิดบางบริเวณนั้น จำเป็นต้องมีความต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟังก์ชันเชิงเส้นใดๆ ที่มีขอบเขตในบริเวณใกล้เคียงจุดกำเนิดบางบริเวณนั้น จะมีความต่อเนื่อง (แม้ว่าโดเมนของมันจะไม่ใช่ปริภูมิบรรทัดฐานก็ตาม)

พื้นที่ทางกำเนิดวิทยา

พื้นที่บอร์โนโลจิคัลคือพื้นที่นูนเฉพาะที่ซึ่งตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตไปยังพื้นที่นูนเฉพาะที่อื่นจะต้องต่อเนื่อง กล่าวคือ TVS นูนเฉพาะที่ถือเป็นพื้นที่บอร์โนโลจิคัลก็ต่อเมื่อสำหรับ TVS นูนเฉพาะที่ทุกตัว ตัวดำเนินการเชิงเส้นจะต่อเนื่องก็ต่อเมื่อมีขอบเขต[ 5 ]

พื้นที่ที่มีบรรทัดฐานทุกแห่งล้วนมีลักษณะทางกำเนิดวิทยา

ลักษณะเฉพาะของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขต

ให้เป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (ไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ) ข้อความต่อไปนี้เทียบเท่ากัน:

  1. มีขอบเขต (เฉพาะที่) [ 5 ]
  2. (นิยาม): แมปเซตย่อยที่มีขอบเขตของโดเมนไปยังเซตย่อยที่มีขอบเขตของโคโดเมน[ 5 ]
  3. แมปเซตย่อยที่มีขอบเขตของโดเมนไปยังเซตย่อยที่มีขอบเขตของภาพ [ 5 ]
  4. แมปทุกลำดับว่างไปยังลำดับที่มีขอบเขต[ 5 ]
    • ลำดับศูนย์คือ ลำดับที่ลู่เข้าสู่จุดกำเนิด ตามคำนิยาม
    • ดังนั้น แผนที่เชิงเส้นใดๆ ที่มีความต่อเนื่องตามลำดับที่จุดกำเนิด ย่อมเป็นแผนที่เชิงเส้นที่มีขอบเขตอย่างแน่นอน
  5. แมปทุกลำดับศูนย์ลู่เข้าของ Mackey ไปยังเซตย่อยที่มีขอบเขตของ[หมายเหตุ 1 ]
    • ลำดับจะเรียกว่าลู่เข้าแบบแม็กกี้ไปยังจุดกำเนิดในถ้ามีลำดับลู่ออกของจำนวนจริงบวกอยู่ โดยที่เป็นเซตย่อยที่มีขอบเขตของ

ถ้าและเป็นฟังก์ชันนูนเฉพาะที่แล้ว อาจเพิ่มสิ่งต่อไปนี้ลงในรายการนี้ได้:

  1. แมปดิสก์ ที่มีขอบเขต ไปยังดิสก์ที่มีขอบเขต[ 6 ]
  2. แผนที่ดิสก์ที่กินสัตว์เกิดใหม่ ลง ในดิสก์ที่กินสัตว์เกิดใหม่ใน[ 6 ]

ถ้าเป็นปริภูมิบอร์โนโลจิคัลและมีความนูนเฉพาะที่แล้ว สิ่งต่อไปนี้อาจถูกเพิ่มเข้าไปในรายการนี้ได้:

  1. มีความต่อเนื่องตามลำดับที่ จุดใด จุดหนึ่ง (หรือเทียบเท่ากับทุกจุด) ของโดเมน[ 7 ]
    • แผนที่ เชิงเส้น ต่อเนื่องตามลำดับระหว่าง TVS สองตัวจะมีขอบเขตเสมอ[ 3 ]แต่ในทางกลับกันต้องมีสมมติฐานเพิ่มเติมเพื่อให้เป็นจริง (เช่น โดเมนเป็นแบบ bornological และโคโดเมนเป็นแบบนูนเฉพาะที่)
    • ถ้าโดเมนเป็นปริภูมิแบบลำดับ ด้วย แล้วจะต่อเนื่องแบบลำดับก็ต่อเมื่อ เป็นปริภูมิแบบต่อเนื่อง
  2. มีความต่อเนื่องตามลำดับที่จุดกำเนิด

ตัวอย่าง

  • ตัวดำเนินการเชิงเส้นใดๆ ระหว่างปริภูมิบรรทัดฐานที่มีมิติจำกัดสองปริภูมิจะมีขอบเขต และตัวดำเนินการดังกล่าวอาจมองได้ว่าเป็นการคูณด้วยเมทริกซ์คง ที่บางตัว
  • ตัวดำเนินการเชิงเส้นใดๆ ที่กำหนดบนปริภูมิบรรทัดฐานมิติจำกัดจะมีขอบเขตจำกัด
  • ในปริภูมิ ของลำดับจำนวนจริงที่ในที่สุดมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อพิจารณาด้วยนอร์ม ตัวดำเนินการเชิงเส้นสำหรับจำนวนจริงที่ส่งคืนผลรวมของลำดับจะมีขอบเขต โดยมีนอร์มของตัวดำเนินการเท่ากับ 1 แต่ถ้าพิจารณาปริภูมิเดียวกันด้วยนอร์ม ตัวดำเนินการเดียวกันนั้นจะไม่ถูกจำกัดขอบเขต
  • การแปลงอินทิกรัลจำนวนมากเป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขต ตัวอย่างเช่น ถ้า เป็นฟังก์ชันต่อเนื่อง ตัวดำเนินการที่กำหนดบนปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่อง บน ซึ่งมีบรรทัดฐานสม่ำเสมอและมีค่าอยู่ในปริภูมิที่กำหนดโดยสูตร จะมีขอบเขต ตัวดำเนินการนี้แท้จริงแล้วเป็นตัวดำเนินการกระชับ ตัวดำเนินการกระชับเป็นกลุ่มสำคัญของตัวดำเนินการที่มีขอบเขต
  • ตัวดำเนินการลาปลาส ( โดเมน ของมัน คือปริภูมิโซโบเลฟและมันรับค่าในปริภูมิของฟังก์ชันที่หาปริพันธ์กำลังสองได้ ) มีขอบเขตจำกัด
  • ตัวดำเนินการเลื่อนด้านเดียวบนปริภูมิ Lp ของ ลำดับจำนวนจริงทั้งหมด ที่มี นั้น มีขอบเขต สามารถเห็นได้ง่ายๆ ว่าค่าบรรทัดฐานของตัวดำเนินการนี้คือ

ตัวดำเนินการเชิงเส้นที่ไม่จำกัดขอบเขต

ให้เป็นปริมาณของพหุนามตรีโกณมิติ ทั้งหมด บน ที่มีนอร์ม

ตัวดำเนินการที่แปลงพหุนามไปเป็นอนุพันธ์ ของมันนั้น ไม่มีขอบเขตจำกัด อันที่จริง สำหรับเราจะได้ในขณะที่ดังนั้นจึงไม่มีขอบเขตจำกัด

คุณสมบัติของปริภูมิของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขต

ปริภูมิของตัวดำเนินการเชิงเส้นแบบมีขอบเขตทั้งหมดจากไปยัง จะถูกแทนด้วย

  • เป็นปริภูมิเวกเตอร์ที่มีบรรทัดฐาน
  • ถ้าเป็นเซตบานาค แล้ว ก็เป็นเซตบานาคด้วยโดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิคู่ขนานเป็นเซตบานาค
  • สำหรับเคอร์เนลใดๆ ของคือปริภูมิย่อยเชิงเส้นปิดของ
  • ถ้าเป็นเซตบานาค และไม่ใช่เซตว่าง แล้ว ก็เป็นเซตบานาค เช่นกัน

ดูเพิ่มเติม

บรรณานุกรม

  • "ตัวดำเนินการที่มีขอบเขต" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , EMS Press , 2001 [1994]
  • Kreyszig, Erwin: การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันเบื้องต้นพร้อมการประยุกต์ใช้ , Wiley, 1989
  • นาริซี, ลอว์เรนซ์; เบคเกนสไตน์, เอ็ดเวิร์ด (2011). ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีคณิตศาสตร์บริสุทธิ์และประยุกต์ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). โบคา ราตัน, ฟลอริดา: สำนักพิมพ์ CRC. ISBN 978-1584888666. OCLC  144216834 .
  • วิลานสกี, อัลเบิร์ต (2013). วิธีการสมัยใหม่ในปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี . ไมเนโอลา, นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์โดเวอร์ อิงค์. ISBN 978-0-486-49353-4. OCLC  849801114 .
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bounded_operator&oldid=1360621606 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ตัวดำเนินการที่มีขอบเขต

ในทฤษฎีการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันและทฤษฎีตัวดำเนินการ ตัว ดำเนินการเชิงเส้น แบบมีขอบเขตเป็นชนิดพิเศษของการแปลงเชิงเส้นที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในมิติอนันต์ในมิติจำกัด

ในปริภูมิเวกเตอร์แบบมีบรรทัดฐาน

ตัวดำเนินการที่มีขอบเขตทุกตัวมี ความต่อเนื่องแบบลิปชิตซ์ ที่ 0. {\displaystyle 0.}

ความเท่าเทียมกันของขอบเขตและความต่อเนื่อง

ตัวดำเนินการเชิงเส้นระหว่างปริภูมิบรรทัดฐานจะมีขอบเขตก็ต่อเมื่อมัน ต่อเนื่อง เท่านั้น

ขอบเขตสัมพัทธ์

เมื่อกำหนด ตัวดำเนินการเชิงเส้นสองตัว ที่ กำหนดไว้บางส่วน เรากล่าวว่ามีขอบเขตสัมพัทธ์โดย(หรือมีขอบเขต -) ก็ต่อเมื่อและมีอยู่โดยที่ค่าต่ำสุดของทั้งหมดดังกล่าวคือขอบเขตสัมพัทธ์ของ[ 1 ] A : D ( A ) ⊂ X → Y , B : D ( B ) ⊂ X → Y {\displaystyle A:D(A)\subset X\to...