Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 43 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
43
Dung lượng
679,5 KB
Nội dung
Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán tr ng đ i h c s ph m hƠ n i khoa tốn ******** ngơ th lý tốn t d ng khơng gian hilbert khố lu n t t nghi p đ i h c Chuyên ngƠnh: Gi i tích Ng i h ng d n khoa h c ts nguy n v n hùng hƠ n i - 2010 Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn M cl c L ic m n L i cam đoan M đ u N i dung Ch ng 1: Không gian Hilbert 1.1 Không gian Vect 1.2 Không gian nh Chu n 1.3 Tích vơ h ng 1.4 Ph n bù tr c giao 1.5 Không gian Hilbert 1.5.1 nh ngh a 1.5.2 Ví d 6 9 12 12 12 12 Ch ng 2: Tốn t n tính liên t c 2.1 Tốn t n tính 2.2.1 nh ngh a 2.1.2 Ví d 2.2 Tốn t liên t c 2.2.1 Toán t b ch n 2.2.2 Toán t liên h p 2.2.3 Tốn t t liên h p 2.2.4 Ví d Ch ng 3: Toán t xác đ nh d 3.1 nh ngh a 3.2 Ví d 3.3 Tính ch t 3.4 M t s tốn 14 14 15 15 16 16 16 16 17 21 21 21 24 37 40 41 ng K t lu n TƠi li u tham kh o Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn L IC M hồn thành khóa lu n này, tr N c h t em xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y, cô t gi i tích, khoa tốn tr ng i h c s ph m Hà N i giúp đ em su t q trình làm khóa lu n c bi t em xin chân thành c m n th y giáo h ng d n Ti n s Nguy n V n Hùng t o u ki n t t nh t ch b o t n tình cho em đ em có th hồn thành khóa lu n t t nghi p Do th i gian ki n th c có h n nên nh ng v n đ trình bày khóa lu n t t nghi p khơng tránh kh i thi u sót Vì v y em r t mong nh n đ c nh ng ý ki n đóng góp c a th y, giáo b n sinh viên Em xin chân thành c m n! Hà N i tháng n m 2010 Sinh viên Ngơ Th Lý Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn L i cam đoan Khóa lu n k t qu c a b n thân em trình h c t p nghiên c u b c đ i h c Bên c nh đó, em c ng nh n đ c s quan tâm, t o u ki n c a th y cô giáo khoa toán đ c bi t s h ng d n t n tình c a th y Nguy n V n Hùng Vì v y em xin kh ng đ nh k t qu c a đ tài “Tốn t d ng khơng gian Hilbert’’ khơng có s trùng l p v i k t qu c a đ tài khác N u sai em xin hoàn toàn ch u trách nhi m Hà N i tháng n m 2010 Sinh viên Ngô Th Lý Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn M đ u Lí ch n đ tƠi Lí thuy t hàm gi i tích hàm b mơn lý thuy t đ c đ i phát tri n t nh ng n m đ u c a th k 20 Nó có t m quan tr ng, có nh ng ng d ng ngành tốn h c Có th nói gi i tích hàm m t mơn h c có t m quan tr ng đ i v i sinh viên khoa tốn Vì v y vi c h c n m v ng môn h c u r t c n thi t đ i v i sinh viên khoa toán N i dung c a gi i tích hàm r t phong phú, đa d ng v i s m i m khó c a mơn h c làm cho vi c ti p thu nh ng ki n th c c a gi i tích hàm tr thành không d dàng đ i v i sinh viên khoa tốn Do đ n m v ng ki n th c c b n c a gi i tích hàm đ ng th i v i quy t tâm b đ u nghiên c u khoa h c, em ch n đ tài “ Tốn t d c ng khơng gian Hilbert” đ làm khóa lu n t t nghi p M c đích nghiên c u B c đ u làm quen v i vi c nghiên c u khoa h c tìm hi u sâu h n v gi i tích hàm đ c bi t lý thuy t toán t Nhi m v nghiên c u Nghiên c u toán t d Ph ng không gian Hilbert ng pháp nghiên c u C s lí lu n, phân tích, t ng h p đánh giá C u trúc c a khóa lu n Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Ngồi ph n m đ u, k t lu n, tài li u tham kh o, khóa lu n g m ch ng: Ch ng 1: Khơng gian Hilbert Ch ng 2: Tốn t n tính liên t c Ch ng 3: Toán t xác đ nh d ng Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn N i dung Ch ng Không gian Hilbert 1.1 Không gian Vect Cho X t p tùy ý khác r ng tr ng P v i phép tốn “+” “.” Gi s có phép toán X: (i) (ii) +: : X X X x, y x y , x, y X , P , x X PX X , x x Ta g i X v i phép toán (i) (ii) không gian Vect tr ng P n u tiên đ sau đ c th a mãn: T1, x, y X : x y y x T2, x, y, z X :x y z x y z T3, Trong X có đ x x x X T4, x X, x' X đ th a mãn: x x' T5, P ; x, y X ta có: x y x y T6, , P ; x X ta có: x x x T7, , P ; x X ta có: x x T8, x X : 1x x Các ph n t c a X đ tích vơ h c g i Vect , ph n t c a P đ ng Không gian Vect X tr Vect X c g i ng P g i P- khơng gian Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán Khi P ta g i không gian Vect X không gian Vect th c Khi P ta g i không gian Vect X khơng gian Vect ph c Ví d Không gian k không gian vect th c K chi u v i ph n t kí hi u là: x (n ) =( x (n ) ) kj 1 k , n 0,1,2 Th t v y t k x xj k n j 1 (1) x xj n k j 1 , xj 1 , k n k , x' xj n k j 1 k ta có: xjn x'jn x'jn xjn j 1, k Suy ra: x x' x' x Tiên đ đ (2) x xj n k j 1 c th a mãn k , x' x j ' n k , x" x j " n x x x x x x n j ' n j " n j n j ' n j " n j k j 1 k ta có: j 1, k Suy ra: x x' x" x x' x" Tiên đ đ (3) x xj n k j 1 c th a mãn k , xét ph n t 0,0, ,0 k , ta có: xjn xjn , j 1, k Suy ra: x x x k Khoá lu n t t nghi p Tiên đ đ (4) x xj n k j 1 Ngô Th Lý- K32C- Toán c th a mãn k , t n t i ph n t n ta có: xjn xjn , j 1, k Suy ra: x x 0, x k Tiên đ đ (5) x xj n k j 1 c th a mãn k ; , ta có: xjn xjn , j 1, k Suy ra: x x, x k Tiên đ đ (6) x xj n k j 1 c th a mãn k ; , ta có: xjn xjn xjn , j 1, k Suy ra: x x x Tiên đ đ (7) x xj n k j 1 c th a mãn k , x' xj n k xjn x'j n xjn x'j n Suy ra: x x' x x' Tiên đ đ c th a mãn j 1 x x1 , x2 , , xk k k , j 1, k n n Khoá lu n t t nghi p (8) x xj n k j 1 Ngơ Th Lý- K32C- Tốn k ta có: xjn xjn ( ph n t đ n v c a ) j 1, k Suy ra: 1.x x, x k Tiên đ đ c th a mãn V y k không gian n tính th c v i phép tốn “+” “.” xác đ nh nh 1.2 Không gian đ nh chu n Ta g i không gian đ nh chu n X khơng gian n tính tr (P tr ng P ng s th c ho c ph c) v i m t ánh x t X vào t p s th c Kí hi u đ c “chu n” th a mãn tiên đ sau: 1, x X, x 0, x x 2, x X, P , ta có: x x 3, x, y X ta có: x y x y S x đ c g i chu n c a vect x Ta kí hi u không gian đ nh chu n X Các tiên đ 1;2;3 g i h tiên đ chu n Ví d : khơng gian k khơng gian đ nh chu n 1.3 Tích vơ h ng Cho khơng gian n tính X tr ph c ) Ta g i tích vơ h ng P ( P tr ng s th c hay ng không gian X m t ánh x t tích Descarts vào P Kí hi u ( , ) th a mãn tiên đ : T1, x, y X : x, y y, x 10 Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Ta xét tốn t A không gian Hilbert H v i: Ax 2x1 3x2 , x1 x2 Ta ch ng minh A toán t xác đ nh d ng t Bx x1 3x2 , x1 x2 v i m i x x1 , x2 H Ta có: ABx 2Bx1 3Bx2 , Bx1 Bx2 2x1 3x2 3x1 x2 , x1 3x2 x1 x2 x1 , x2 x BAx Ax1 3 Ax2 , Ax1 2 Ax2 2 x1 3x2 3 x1 x2 , x1 3x2 2 x1 x2 x1 , x2 x V y B=A-1 Ta có: A1 x, x x1 3x2 x1 x1 x2 x2 3 2 x1 x1 x2 x22 x , x H 10 Nh v y A-1 c ng toán t xác đ nh d nh lí 3: N u A tốn t d ng ng khơng gian Hilbert, v i m i x,y X: Ax, y Ax, x Ay, y 3.1 Ch ng minh: 29 Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Rõ ràng x, y Ax, y m t d ng song n tính đ i x ng d ng xác đ nh không gian X áp d ng b t đ ng th c Cauchy-Svacso vào d ng x, y đ c: x, y x, x y, y b t đ ng th c (3.1) H qu 1: N u A toán t d ng thì: Ax A Ax, x v i m i x X (3.2) Qu v y b t đ ng th c (3.1) l y y=Ax đ c Ax Ax, x. A Ax, Ax Ax, x A Ax B t đ ng th c t ng đ ng v i (3.2) H qu 2: N u A m t toán t d ng (x n)n m t dãy ph n t X cho (Axn,xn) th Axn Suy t h qu M t tr ng h p đ c bi t c a h qu ho c h qu : n u (Ax,x)=0 Ax=0 nh lý 4: Gi s A m t tốn t d ng khơng gian Hilbert X t: m inf Ax, x xX , x 1 M sup Ax, x xX , x 1 Th thì: a, A M 30 Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn b, m A, M A A m, M Ch ng minh: T đ nh ngh a s m M ta có: m x Ax, x M x a) Gi s Ax, x v i m i x X x Khi đó: Ax x A x A Vì v y M sup Ax, x A xX , x 1 M t khác, theo (3.2) ta có: Ax A Ax, x A M x 2 Do đó: A sup Ax A M 2 xX , x 1 Thành th b) A M A M t Am A m.I , th thì: Am x, x Ax m.x, x Ax, x m x V i m i x X, v y Am m t toán t d ng, h n n a: inf Am x, x inf Ax, x m x X , x 1 x X , x 1 Vì v y t n t i m t dãy xn X v i xn cho: lim Am xn , xn n 31 Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán Theo h qu c a đ nh lí ta có Am xn Thành th ta tìm đ c dãy xn X v i xn cho Am xn x : u ch ng t r ng tốn t t c, b i n u t n t i tốn t ng Am A m.I khơng có tốn t ng c liên t c 1 A m Am xn C xn C v i m i n, v i C m t s d Tóm l i, ta ch ng minh đ V i m i s c liên ta ph i có ng c r ng: m A , 0 ta xem toán t Am A m .I A mI I Am I Rõ ràng Am I m t toán t d ng, dó t liên h p, h n n a v i m i x X ta đ u có: Am x Am x x, Am x x Am x 2 Am x, x x x 2 B t đ ng th c m t m t ch ng t r ng Am 0 , m t khác Am m t t p h p đóng Vì: X Am A m Am Am Nên ta th y r ng Am ánh x không gian X lên không gian X, ta suy r ng t n t i toán t ng c liên t c Am1 A m I 1 , m A v i m i Bây gi ta xem toán t B MI A Th thì: Bx, x Mx Ax, x M x Ax, x V i m i x X, v y B toán t d 32 ng, h n n a: Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn inf Bx, x inf M Ax, x M sup Ax, x xX , x 1 xX , x 1 xX , x 1 Vì v y, theo k t qu v a m i ch ng minh , ta suy r ng: c liên t c B A MI nên ta suy i, Tốn t B khơng có tốn t ng k t qu : M A ii, V i m i s , tốn t B I có tốn t ng c liên t c B I 1 M I A 1 A M I 1 Vì v y: M A v i m i Vì ph A t p trung đ ng th ng th c ,và m A, M A v i m i Nên ta đ c: A m, M Các tính ch t nêu, g i ý r ng toán t liên h p có m t s tính ch t gi ng v i s th c, toán t d ng có m t s tính ch t gi ng v i s th c d c làm n i b t b i nh ng k t qu d ng S t ng t y đ i đây: nh lí 5: N u A,B toán t d d ng giao hoán v i A B m t tốn t ng Ch ng minh: Tr c h t ta đ ý đ n u nh n xét sau đây: 10, Vì AB=BA nên phép quy n p theo k ch ng t r ng AkB=BAk (k nguyên d ng), t suy r ng B giao hốn v i m i đa th c c a A, t c v i m i tốn t có d ng: 33 Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán a I a1 A a A2 a m Am (a1,a2,…,am nh ng h s b ng s ) ng, có chu n C C C c ng 20, N u C m t tốn t d tốn t d ng, có chu n C C Qu v y, C nên theo b t đ ng th c (3.2) ta có v i m i x X C x, x Cx, Cx Cx C Cx, x Cx, x Do C C x, x v i m i x X H n n a, ta có: C C supC C x, x supCx, x C xX , x1 xX , x 1 ch ng minh đ nh lí, ta có th gi thi t r ng A (vì n u khơng s xét ) A t Ao=A A1 A0 A02 A2 A1 A12 (5.1) An 1 An A n Thì rõ ràng có An(n=0,1…) nh ng đa th c c a An=A Do An đ u giao hoán v i B S d ng u nh n xét 20, b ng quy n p theo n, ta suy m i An m t tốn t d ng, có chu n An C ng n+1 đ ng th c đ u tiên c a (5.1) ta đ n A Ak2 An 1 5.2 k 0 34 c: Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Do ta có v i m i x X: Ax, x Ak2 x, x An1x, x Ak2 x, x n n k 0 n k 0 k 0 Ak x (Vì An+1 0) B t đ ng th c cho m i n, v y chu i: Ak x h i t v i m i x X k 0 Tt suy r ng lim Ak x , t c là: k lim Ak x v i m i x X k K t h p k t qu v i đ ng th c (5.2) ta đ c: n Ax lim Ak2 x v i m i x X n k 0 Do đó: ABx, x lim A Bx, x lim BAk x, Ak x n n n k 0 n k k 0 nh lí 6: Gi th A m t toán t d t i m t tốn t d ng khơng gian Hilbert X Khi t n ng nh t B cho B2=A H n n a, n u T m t tốn t n tính liên t c tùy ý giao hốn v i A, T c ng giao hoán v i B Chú ý: Toán t B th d ng A th ng đ ng đ c g i c n (d ng) b c hai c a tốn t c kí hi u A1/2, Ch ng minh: C ng nh phép ch ng minh đ nh lí 5, A Do đó: 35 ta có th gi thi t Khoá lu n t t nghi p Ax, x Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Ax x A x x x, x 2 V y A I C=I-A m t toán t d ng th y b n ch t qua trình tìm tốn t B=A1/2, ta t m gi thi t r ng B t n t i t S=I-B, B=I-S, đó: A=B2=(I-S)2=I-2S+S2 V y toán t S nghi m c a ph S I A S C S 2 2 c bi t c a ph b ng ph ng trình tốn t : 6.1 ng trình (6.1) g i ý cho gi ph ng trình y ng pháp l p Nh v y, ta s đ t: S0 I 1 C S02 2 1 S2 C S12 2 1 Sn 1 C Sn2 2 S1 Vì C nêu rõ ràng toán t Sn (n=1,2,…) đ u d ng Phép quy n p theo n ch ng t r ng Sn nh ng đa th c c a C=I-A, v y Sn đa th c c a A c bi t t suy r ng S n giao hoán v i Ta ch ng t r ng: I S0 S1 S2 Sn 6.2 36 Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán T c ch ng t r ng Sn Sn1 n 0,1,2 nh ng toán t d ng Qu v y, n=0 ta có: 1 A 1 S0 S1 I C I I I A 2 2 Gi thi t ta ch ng minh đ c Sn-1-Sn Khi đó: 1 1 1 Sn Sn 1 C Sn21 C Sn2 Sn21 Sn2 2 2 2 Sn 1 Sn Sn 1 Sn (Vì Sn giao hốn v i nên ta có đ ng th c cu i cùng) Nh ng Sn-1-Sn , Sn-1+Sn toán t giao hoán v i nhau, v y theo đ nh lí : Sn Sn1 T dãy b t đ ng th c (6.2), suy r ng dãy (Sn) h i t đ n gi n đ n toán t d ng S 2 L y x X tùy ý Trong đ ng th c: Sn1 x Cx Sn2 x Cho n đ Sx c: 1 Cx S x ( x X tùy ý) 2 V y S nghi m c a ph ng trình (6.1) B=I-S tốn t ph i tìm Ta ki m nghi m r ng toán t B th a mãn t t c u ki n l i c a đ nh lí Gi th T m t tốn t n tính liên t c, giao hốn v i A Vì Sn nh ng đa th c A, v y T giao hoán v i t t c Sn 37 Khoá lu n t t nghi p Ngô Th Lý- K32C- Toán T c TSn x S T x v i m i x X cho n đ c TSx=STx v i m i x X V y T giao hoán v i S, giao hốn v i B=I-S Bây gi ta gi s B1 m t toán t d ng th a mãn u ki n B12=A Th B1A=B1.B12=A.B1 V y B1 giao hốn v i A Do giao hốn v i tốn t B tìm đ c V i m i x X , ta có: A Ax B B12 x B B1 B B1 x B B1 y Trong y Bx B1 x Vì v y : B B1 y, y By, y B1 y, y Vì B B1 nh ng toán t d ng nên ta suy r ng: By, y B1 y, y Do theo h qu c a đ nh lý 3: By B1 y Thành th v i m i x X , ta có: BB B1 x B1 B B1 x Do đó: B B1 x B B1 B B1 x, x T c là: Bx B1 x v i m i x X V y B1=B 3.4 M t s bƠi toán Bài 1: 38 Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Gi s H không gian Hilbert, AL(H) m t toán t t liên h p Ta g i A m t toán t d ng n u Ax, x v i m i x X Ch ng minh r ng phép chi u tr c giao lên m t không gian n tính đóng c a khơng gian Hilbert m t toán t d ng Bài làm: G i L m t khơng gian n tính đóng c a không gian Hilbert H P phép chi u tr c giao không gian H lên không gian L Tr c h t ta ch ng minh P m t toán t t liên h p Ta bi t r ng v i m i x H , x Px x Px Trong Px L x Px L V i m i x, y H , ta có: Px, x Px, Py y Py Px, Py Px, y Py Px, Py T ng t , ta có: x, Py Px, Py Do Px, y x, Py Vì Px=x, v i m i x L nên ta có P2=P Do Px, x P x, x Px, Px , v i m i x H V y P m t toán t d ng Bài 2: 39 Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán Gi s H m t khơng gian Hilbert, AL(H) m t tốn t t liên h p compac khác không Ch ng minh r ng A m t toán t d m i giá tr riêng khác không c a A đ u nh ng s d ng ch ng Bài làm: G i en h th ng tr c chu n đ y đ ph n t riêng c a toán t A, n dãy giá tr riêng t ng ng.Khi đó, v i m i n 1 n 1 x H , ta có x x0 x, en en , Ax0 Ax n x, en en t y x, en en , ta đ c x x0 y n 1 Ax, x Ax, x0 y Ax, x0 Ax, y Ax, y Vì Ax, x0 x, Ax0 Do , , , Ax x x e e n n n x, ek ek k 1 n1 n x, en n 1 N u n v i m i n Ax, x , v i m i x H Do A m t tốn t d ng o l i, n u A toán t d ng v i m i n, ta có Aen , en n en , en n Vì n v i m i n nên n v i m i n Bài 3: 40 Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Gi s H m t không gian Hilbert Al(H) m t toán t t liên h p Ch ng minh r ng n u Ax, x v i m i x c a H Ax, x v i m t x H A m t tốn t d ng Bài làm: Vì A m t toán t t liên h p nên Ax, x m t s th c v i m i x H D ch ng minh đ Vì hàm s c r ng H \ 0 m t tâp liên thông c a H th c x Ax, x liên t c t p liên thông H \ 0 Ax0 , x0 nên n u Ax1 , x1 v i m t ph n t x c a H theo đ nh lý Bolzano-Cauchy t n t i nh t m t ph n t Ay, y i u mâu thu n v i gi thi t V y Ax, x v i m i x 41 y H \ 0 cho Khoá lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn K t lu n Qua trình tìm hi u, nghiên c u khóa lu n, tơi b c đ u làm quen v i cách th c làm vi c khoa h c, hi u qu Qua c ng c ng c thêm ki n th c gi i tích hàm, đ ng th i th y đ tốn h c c s phong phú, lí thú c a c bi t khóa lu n nghiên c u m t cách khái quát m t s v n đ c a lí thuy t tốn t khơng gian Hilbert Hi v ng tài li u s góp m t chút cho b n sinh viên quan tâm đ n gi i tích hàm nói riêng tốn h c nói chung M c dù có nhi u c g ng, song nhi u h n ch v th i gian ki n th c nên khóa lu n khơng tránh kh i nh ng thi u sót Em mong đ đóng góp c a th y, giáo b n đ c Hà N i, tháng n m 2010 Sinh viên Ngô Th Lý 42 cs Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Toán TƠi li u tham kh o Phan c Chính (1978), Gi i tích hàm (tâp 1), NXB H THCN Nguy n Minh Ch ng (ch biên), Nguy n V n Kh i, Khu t V n Ninh, Nguy n V n Tu n, Nguy n T ng (2001), Gi i tích s , NXBGD Nguy n Ph Hy (2006), Gi i tích hàm, NXB khoa h c k thu t Nguy n Ph Hy, Hoàng Ng c Tu n, Nguy n V n Tuyên, (2007), Bài t p gi i tích hàm, NXB khoa h c k thu t Nguy n V n Khuê, Lê M u H i, C s lí thuy t hàm gi i tích hàm, NXBGD Nguy n Xuân Liêm (1997), Gi i tích hàm, NXBGD Nguy n Xuân Liêm (1997), Bài tâp gi i tích hàm, NXBGD Phan H ng Tr ng (2001), i s n tính, HSPHN2 Hoàng T y, (2003), Hàm th c gi i tích hàm, NXB HQGHN 43 ... ch n A toán t liên t c 2.2.2 Toán t liên h p Cho tốn t n tính b ch n A ánh x không gian Hilbert X vào khơng gian Hilbert Y Tốn t B ánh x khơng gian Hilbert Y vào không gian Hilbert X g i toán t... lên m t khơng gian n tính đóng c a khơng gian Hilbert m t tốn t d ng Bài làm: G i L m t không gian n tính đóng c a khơng gian Hilbert H P phép chi u tr c giao không gian H lên không gian L Tr c... ng Không gian Vect X tr Vect X c g i ng P g i P- khơng gian Khố lu n t t nghi p Ngơ Th Lý- K32C- Tốn Khi P ta g i không gian Vect X không gian Vect th c Khi P ta g i không gian Vect X không