予備知識と表記法 以下では、X 、Y 、Z を位相ベクトル空間 (TVS) とし、L : X → Y を線形演算子とする (特に断りのない限り、連続性の仮定はしない)。
2つの局所凸 TVS X とY の射影テンソル積は 、次のように表される。X ⊗ π Y {\displaystyle X\otimes _{\pi }Y} この空間の完成は、X ⊗ ^ π Y {\displaystyle X{\widehat {\otimes }}_{\pi }Y} 。L : X → Y は、線形かつ連続で、かつ位相準同型 または準同型である。 L : X → 私は L {\displaystyle L:X\to \operatorname {Im} L} はオープンマップ で、私は L {\displaystyle \operatorname {Im} L} L の像は、 Y によって誘導される部分空間トポロジー を持つ。 Sが X の部分空間である場合、商写像X → X / S と正準単射S → X はどちらも準同型写像である。X → Z の連続線形写像の集合(または連続双線形写像)X × Y → Z {\displaystyle X\times Y\to Z} ) は L( X , Z ) (または B( X , Y ; Z ))と表記され、Z が基礎となるスカラー場である場合は、代わりに L( X ) (または B( X , Y )) と書くことができます。任意の線形マップL : X → Y {\displaystyle L:X\to Y} 以下のように標準的に分解できる。X → X / カー L → L 0 私は L → Y {\displaystyle X\to X/\ker L\;\xrightarrow {L_{0}} \;\operatorname {Im} L\to Y} どこL 0 ( x + カー L ) := L ( x ) {\displaystyle L_{0}\left(x+\ker L\right):=L(x)} L に関連付けられた正準全単射 と呼ばれる全単射 を定義します。 X * またはX ′ {\displaystyle X'} は、 X の連続双対空間を表すものとする。 説明の明瞭性を高めるために、要素を記述する一般的な慣習を使用します。X ′ {\displaystyle X'} 記号の後にプライム記号が続く(例:x ′ {\displaystyle x'} 要素を表すX ′ {\displaystyle X'} そして、例えば導関数ではなく、変数x とx ′ {\displaystyle x'} (必ずしも何らかの関係がある必要はありません)。 X # {\displaystyle X^{\#}} は、 X の代数的双対空間 (連続であるか否かを問わず、X 上のすべての線形汎関数のベクトル空間)を表します。ヒルベルト空間からそれ自身への線形写像L : H → H は 、以下の条件を満たす場合に正であると呼ばれる。 ⟨ L ( x ) 、 x ⟩ ≥ 0 {\displaystyle \langle L(x),x\rangle \geq 0} すべてのx ∈ H {\displaystyle x\in H} この場合、L の平方根 と呼ばれる一意の正の写像r : H → Hが存在し、 L = r ∘ r {\displaystyle L=r\circ r} [ もしL : H 1 → H 2 {\displaystyle L:H_{1}\to H_{2}} はヒルベルト空間間の任意の連続線形写像である。L * ∘ L {\displaystyle L^{*}\circ L} は常に正です。ここで、R : H → H をその正の平方根とします。これはL の絶対値 と呼ばれます。U : H 1 → H 2 {\displaystyle U:H_{1}\to H_{2}} 最初に私は R {\displaystyle \operatorname {Im} R} 設定することでU ( x ) = L ( x ) {\displaystyle U(x)=L(x)} のためにx = R ( x 1 ) ∈ 私は R {\displaystyle x=R\left(x_{1}\right)\in \operatorname {Im} R} 拡張U {\displaystyle U} 継続的に私は R ¯ {\displaystyle {\overline {\operatorname {Im} R}}} そして、U を定義するカー R {\displaystyle \ker R} 設定することでU ( x ) = 0 {\displaystyle U(x)=0} のためにx ∈ カー R {\displaystyle x\in \ker R} そしてこのマップを線形に拡張して、H 1 {\displaystyle H_{1}} 地図U | 私は R : 私は R → 私は L {\displaystyle U{\big \vert }_{\operatorname {Im} R}:\operatorname {Im} R\to \operatorname {Im} L} は全射等長写像であり、L = U ∘ R {\displaystyle L=U\circ R} 。 線形マップΛ : X → Y {\displaystyle \Lambda :X\to Y} X の原点の近傍 U が存在し 、Λ ( U ) {\displaystyle \Lambda (U)} Y においてプレコンパクト である。 ヒルベルト空間では、L : H → H のような正のコンパクト線形作用素は、 20 世紀初頭にフレドホルムと F. リースによって発見された単純なスペクトル分解を持ちます。
正の数の数列があり、減少し、有限であるか、または0に収束します。r 1 > r 2 > ⋯ > r k > ⋯ {\displaystyle r_{1}>r_{2}>\cdots >r_{k}>\cdots } そして、非ゼロの有限次元部分空間の列V 私 {\displaystyle V_{i}} H の(i = 1, 2,… \displaystyle \ldots } )以下の特性を持つ:(1)部分空間V 私 {\displaystyle V_{i}} はペアごとに直交している。(2) すべてのi およびすべてのx ∈ V 私 {\displaystyle x\in V_{i}} 、L ( x ) = r 私 x {\displaystyle L(x)=r_{i}x} (3)によって張られる部分空間の直交⋃ 私 V 私 {\textstyle \bigcup _{i}V_{i}} L の核に等しい。
トポロジーの表記法 σ ( X , X ′)はX 上の最も粗いトポロジー を表し、 X ′のすべてのマップをX σ ( X 、 X ′ ) {\displaystyle X_{\sigma \left(X,X'\right)}} または X σ {\displaystyle X_{\sigma }} これは、このトポロジーを備えた X を表します。σ ( X ′, X ) はX* 上の弱*位相 を表しX σ ( X ′ 、 X ) {\displaystyle X_{\sigma \left(X',X\right)}} または X σ ′ {\displaystyle X'_{\sigma }} X ′はこのトポロジーを備えていること を表す。 すべてのx 0 ∈ X {\displaystyle x_{0}\in X} マップを誘導するX ′ → R {\displaystyle X'\to \mathbb {R} } 定義されるλ ↦ λ ( x 0 ) {\displaystyle \lambda \mapsto \lambda (x_{0})} σ (X′, X) は X′ 上の最も粗いトポロジーであり、そのようなマップはすべて連続になります。 b(X, X′)は X 上の有界収束の位相 を表し、X b ( X 、 X ′ ) {\displaystyle X_{b\left(X,X'\right)}} またはX b {\displaystyle X_{b}} これは、このトポロジーを備えた X を表します。b(X′, X)は X′ 上の有界収束の位相 、またはX′ 上の強双対位相 を表し、X b ( X ′ 、 X ) {\displaystyle X_{b\left(X',X\right)}} またはX b ′ {\displaystyle X'_{b}} X ′はこのトポロジーを備えていること を表す。 通常通り、X * が位相ベクトル空間とみなされるが、どのような位相が与えられているかが明確でない場合、位相は b( X ′, X ) であると仮定される。
Bi( X , Y )の双対空間の部分空間としての正準テンソル積X とY をベクトル空間とし(位相は不要)、Bi( X , Y )を、上で定義されたすべての双線形写像 の空間とする。X × Y {\displaystyle X\times Y} そして、その根底にあるスカラー場へと入っていく。
すべての( x 、 y ) ∈ X × Y {\displaystyle (x,y)\in X\times Y} 、 させてχ ( x 、 y ) \displaystyle \chi _{(x,y)}} Bi( X , Y )上の標準線形形式を次のように定義する。 χ ( x 、 y ) ( u ) := u ( x 、 y ) {\displaystyle \chi _{(x,y)}(u):=u(x,y)} すべてのu ∈ Bi( X , Y )に対して。これは正準写像を誘導する。χ : X × Y → B 私 ( X 、 Y ) # {\displaystyle \chi :X\times Y\to \mathrm {Bi} (X,Y)^{\#}} 定義されるχ ( x 、 y ) := χ ( x 、 y ) {\displaystyle \chi (x,y):=\chi _{(x,y)}} 、 どこB 私 ( X 、 Y ) # {\displaystyle \mathrm {Bi} (X,Y)^{\#}} はBi( X , Y ) の 代数的双対 を表します。 𝜒 の値域をX ⊗ Yとすると、 X ⊗ Y と𝜒 はX とY のテンソル積 を形成することが示されます(ここでx ⊗ y := 𝜒 ( x , y ))。 これにより、 X とY の標準的なテンソル積が得られます。
Z が他のベクトル空間である場合、 u ↦ u ∘ 𝜒 で与えられる写像 Li( X ⊗ Y ; Z ) → Bi( X , Y ; Z )はベクトル空間の同型写像です。特に、これによりX ⊗ Y の代数的双対を X × Y 上の双線形形式の空間と同一視することができます。 さらに、X とY が 局所凸位相ベクトル空間 (TVS) であり、X ⊗ Yに π 位相が与えられている場合、すべての局所凸 TVS Z に対して、この写像はベクトル空間の同型写像に制限されます。L ( X ⊗ π Y ; Z ) → B ( X 、 Y ; Z ) {\displaystyle L(X\otimes _{\pi }Y;Z)\to B(X,Y;Z)} 連続 線形写像の空間から連続 双線形写像の空間へ。 特に、X ⊗ Yの連続双対は、 X × Y 上の連続双線形形式の空間 B( X , Y ) と正準的に同一視できます。さらに、この同一視の下では、B( X , Y ) の等連続部分集合は、 ( X ⊗ π Y ) ′ {\displaystyle (X\otimes _{\pi }Y)'} [
ヒルベルト空間間の核演算子 ヒルベルト空間 の核自己同型写像は、 トレースクラス 作用素と呼ばれる。
X とY をヒルベルト空間とし、N : X → Yを 連続線形写像とする。N = U R {\displaystyle N=UR} ここで、R : X → X は、N * N {\displaystyle N^{*}N} また、U : X → Y は、U | 私は R : 私は R → 私は N {\displaystyle U{\big \vert }_{\operatorname {Im} R}:\operatorname {Im} R\to \operatorname {Im} N} は全射等長写像である。したがって、N が核写像であるのは、R が核写像である場合かつその場合に限る。ゆえに、ヒルベルト空間間の核写像を研究するには、正の自己共役作用素 R に注意を限定すれば十分である。
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