千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2017年8月実施 専門 B7
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)
Description
H=L2([0,1];C) に内積 ⟨f,g⟩=∫01f(x)g(x)dx を入れ、
(Tf)(x)=∫0xf(y)dy
と定める。(1) T の連続性を示せ。(2) n≥1 に対して
(Tn+1f)(x)=n!1∫0x(x−y)nf(y)dy
を示せ。(3) ∥Tn+1∥≤1/n! を示せ。(4) 非零固有値がないことを示せ。(5) 共役作用素 T∗ に対して (Tf+T∗f)(x)=∫01f(y)dy を示せ。
题目描述
在复 Hilbert 空间 L2([0,1]) 上定义积分算子 Tf(x)=∫0xf(y)dy。(1) 证明连续。(2) 证明给定迭代积分公式。(3) 证明算子范数上界。(4) 证明无非零特征值。(5) 求证它与伴随算子之和为全区间积分得到的常函数。
Kai
(1) Cauchy–Schwarz の不等式から ∣Tf(x)∣≤x∥f∥2。したがって ∥Tf∥22≤∥f∥22/2 であり、T は有界、ゆえに連続である。
(2) n=0 の式は定義そのもの。帰納法と Fubini の定理によって
Tn+2f(x)=n!1∫0x∫0u(u−y)nf(y)dydu=(n+1)!1∫0x(x−y)n+1f(y)dy.
ここで f∈L1([0,1]) で核は有界なので積分順序を交換できる。
(3) 0≤x−y≤1 と ∥f∥1≤∥f∥2 より、各 x で ∣Tn+1f(x)∣≤∥f∥2/n!。両辺の二乗を積分すればよい。
(4) Tf=λf, f=0 とすると
∣λ∣n+1∥f∥2=∥Tn+1f∥2≤n!∥f∥2.
(n+1) 乗根をとって n→∞ とすれば ∣λ∣=0。
(5) Fubini の定理で
⟨Tf,g⟩=∫01f(y)∫y1g(x)dxdy
だから (T∗g)(y)=∫y1g(x)dx。従って Tf(x)+T∗f(x)=∫01f(y)dy(ほとんど至る所)。