Дипломная работа: Некоторые линейные операторы

Рассмотрим пространство непрерывных на отрезке функций, и оператор А, заданный формулой:

Ах(t) = g(t) x(t).

g(t) - функция, непрерывная на [a, b]; a,bR.

Проверим является ли оператора А линейным, то есть, по определению 1, должны выполняться аксиомы аддитивности и однородности.

1) Аксиома аддитивности: A(f+g) = A(f) + A(g).

A(f+g) = (g(t)+f(t))x(t) = g(t)x(t)+f(t)x(t) = A(f) + A(g).

2) Аксиома однородности: A(k*f) = k*A(f).

A(k*f) = A(k*x(t)) = k*g(t)x(t) = kA(x(t)) = k*A(f).

По средствам арифметических операции над функциями, аксиомы аддитивность и однородность выполняются. Оператор А является линейным по определению.

3) Проверим, является ли А непрерывным, для этого воспользуемся определением непрерывности:

p (f_n (x), f₀ (x)) 0 p (A f_n (x), Af₀ (x)) 0.

Оператор А, действует в пространстве C_{[ ]} , в котором расстояние между функциями определяется следующим образом:

p (f_n (x), f₀ (x)) = | f_n (x) - f₀ (x)|.

Решение:

p (A x_n (t), Ax₀ (t)) = |Ax_n (t) - Ax₀ (t)| = |x_n (t)g(t) - x₀ (t)g(t)| |g(t)| |x_n (t) - x₀ (t)| = |g(t)|p (x_n (t), x₀ (t)) 0.

Итак, p (A x_n (t), Ax₀ (t)) 0. Следовательно по определению 2 оператор А является непрерывным, а по теореме 3 он ограничен.

4) Оператор А ограниченный, следовательно у него можно найти норму.

По определению 5: ||A||=|A(f)|.

Решение.

||A||=|A(f)|=|g(t)x(t)|.

|g(t)x(t)| |g(t) x(t)| = |g(t)| |x(t)| |x(t)| |g(t)|.

||A||= |x(t)| |g(t)| = ||x(t)|| |g(t)| |g(t)|.

Норма оператора А: ||A|| = |g(t)|.

5) Обратимость оператора А, его спектр и резольвента.

Возьмем произвольное число и составим оператор :

(А- l I ) x (t) = (g(t) –l ) х(t).

Чтобы найти обратный оператор, нужно решить уравнение относительно функции . Это возможно, если для любого :

.

Если число не является значение функции g(t), то знаменатель не обращается в 0, и функция непрерывна на данном отрезке, а, значит, ограничена: существует такое число С, что на всем отрезке . Отсюда следует, что оператор является ограниченным.

Если же , то оператор не существует. Следовательно, спектр оператора состоит из всех l = g(t).

Резольвента оператора имеет вид .

Отметим, что точки спектра , , не являются собственными числами. Не существует такой непрерывной функции , для которой , или . Поэтому весь спектр данного оператора является непрерывным.

Вывод:

Оператор A, заданный формулой: Ах(t) = g(t)x(t), где g(t) - функция, непрерывная на [a, b], a,bR: