自伴算子

更新时间:2022-08-25 14:41

在数学里,作用于一个有限维的内积空间,一个自伴算子(self-adjoint operator)等于自己的伴随算子;等价地说,表达自伴算子的矩阵是埃尔米特矩阵。埃尔米特矩阵等于自己的共轭转置。根据有限维的谱定理,必定存在着一个正交归一基,可以表达自伴算子为一个实值的对角矩阵。

概念

在数学里,作用于一个有限维的内积空间,一个自伴算子(self-adjoint operator)等于自己的伴随算子;等价地说,表达自伴算子的矩阵是埃尔米特矩阵。埃尔米特矩阵等于自己的共轭转置。根据有限维的谱定理,必定存在着一个正交归一基,可以表达自伴算子为一个实值的对角矩阵。

基本原理

定义:设 是 空间 上的稠定线性算子,如果 ⊂ ,则称 为对称算子;如果 ,则称 为自伴算子。

例子:设 为 上的 平方可积函数空间,即 ,在 上定义算子 如下:

={ 在 绝对连续, },

则 。定义算子

显然有 ⊂ ⊂ 。下面来证明

根据这个结果可知 ⊂ ⊂ ,故是对称算子,是对称算子的自伴扩张,但作为扩张的满足⊃,从而并非对称的。

下面证明。注意到,,其中有

因此,⊂,即⊂,⊂,⊂。

其次,设,,,对于,有

当或时,因包含非零常数,故由上式可得。当时,。这样,总有

因而

当时,因,故。又因,故。这样,,即⊂。

对,当时,,故而

因而,是由常值函数组成的一维子空间。这样,

当时,因,故,即,所以,即⊂。

当时,由得是绝对连续函数,,从而,这样⊂。证毕。

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