Toán tử (K,u0)-lõm chính quy

Một phần của tài liệu Sự phụ thuộc liên tục của véctơ riêng dương vào giá trị riêng của toán tử (K,Uo)- Lõm chính quy (Trang 46)

2 TOÁN TỬ(K,u0)-LÕM CHÍNH QUY

2.2 Toán tử (K,u0)-lõm chính quy

2.2.1 Định nghĩa

Định nghĩa 2.9. Giả sử E là không gian Banach thực nửa sắp thứ tự nhờ nón K⊂E, A là toán tử phi tuyến ánh xạ không gian E vào không gian E,

θ là kí hiệu phần tử không của không gian E, u0 là phần tử nào đó thuộc K\{θ}.

Toán tử A gọi là (K,u0) – lõm chính quy nếu: 1) A dương và đơn điệu trên nón K;

2) ∀x∈K\{θ}, ∀t∈(0,1): Atx > tAx;

3) ∀x, y∈K(u0) và ∀t∈(0,1) mà x-ty>θ, ∃δ = δ(x, y, t) sao cho Ax- tAy≥ δu0.

2.2.2 Một số tính chất đơn giản về toán tử (K,u0)-lõm chínhquy quy

Định lý 2.6. Nếu A là toán tử (K,u0)-lõm chính quy thì ∀α ∈ R∗+, αA cũng là toán tử (K,u0)-lõm chính quy.

Chứng minh.

*) Do A là (K, u0)-lõm chính quy, suy ra:

(+) A là toán tử dương nên (∀x ∈ K) Ax≥ θ ⇒ αAx ≥ α.θ = θ

⇒ αA là toán tử dương .

(+) Do A đơn điệu nên (∀x, y ∈ K : x ≤ y) Ax ≤ Ay ⇒ αAx ≤

αAy (α >0)

*) (∀x ∈ K\ {θ})(∀t ∈ (0,1)) Atx > tAx ⇒ αAtx > αtAx =

tαAx (α > 0).

*) (∀x, y ∈ K(u0)) (∀t ∈ (0,1) : x−ty > θ) (∃δ0 = δ0(x, y, t)) đều có

Ax−tAy ≥ δ0u0.

Suy ra vớiα > 0cóαx−αty > θ, ∃δ = αδ0đểα(Ax−tAy) ≥ α(δ0u0)

⇔ αAx−tαAy ≥ δu0.

Vậy, nếu A là toán tử (K, u0)-lõm chính quy, thì ∀α ∈ R∗+, αA là

(K, u0)-lõm chính quy

Định lý 2.7. Nếu A là toán tử (K,u0)-lõm chính quy thì ∀n∈ N∗, An là toán tử (K,u0)-lõm chính quy.

Chứng minh.

Hiển nhiên, định lý đúng với n=1.

Giả sử định lý đúng với n=k ≥ 1, nghĩa là toán tử Ak là lõm chính quy. Với n=k+1 ta xét toán tử Ak.+1 Ta có: AkK ⊂ K ⇒ Ak+1K=Ak(AK)⊂AkK⊂K. +) ∀x, y ∈ K mà x ≤ y ⇒ Akx ≤ Aky ⇒ Ak+1x = A(Akx) ≤ A(Aky) =Ak+1y +) (∀x ∈ K\{θ})(∀t ∈ (0,1))Aktx > tAkx ⇒ Akx > Aktx > θ ⇒ Akx∈ K\{θ} Ak+1tx = A(Aktx) ≥At(Akx) > tA(Akx) =tAk+1x. +) (∀x, y ∈ K(u0))(∀t ∈ (0,1)) mà x-ty>θ, ∃δ = δ(x, y, t) > 0 sao cho Akx−tAky ≥ δu0,∃η = (Akx, Aky, t) > 0 Ak+1tx= A(Aktx) ≥ At(Akx) ≥(1 +η)tA(Akx) = (1 +η)tAk+1x

Theo nguyên lý quy nạp, toán tử An là lõm chính quy ∀n∈N∗.

Định lý 2.8. Nếu A là toán tử (K,u0)-lõm chính quy thì toán tử A không có quá một điểm bất động trong K(u0).

Chứng minh. Giả sử tồn tại x, y ∈K(u0), x6=y sao cho Ax = x, Ay = y. Vì x-y 6= θ nên phải có một trong hai phần tử x-y hoặc y-x không thuộc nón K. Không mất tính tổng quát, giả sử x-y ∈/K, từ tính u0-đo được của toán tử A trên nón K, ∃α,β>0 sao cho αu0 ≤ Ax = x, Ay= y ≤ βu0 nên

x ≥ αu0 = α β(βu0) ≥ α βy. Số α β<1, vì nếu α β ≥ 1 thì x≥y ⇒x-y ∈ K, mâu thuẫn với giả thiết x-y ∈/ K.

Tiếp theo, ta chứng minh từ x≥ty ⇒ t<1. Thật vậy, do x-y ∈/ K nên t6=1, giả sử t>1, đặt λ = β−α β −αt ta có λ ∈ (0,1) vì α < β và t>1, ta có (1−λ)α β +λt = 1. Do đó: x−y = (1−λ) x− α βy + λ(x−ty) ∈ K

(Điều này có được là do:1−λ > 0,(x−α

βy) ∈ K ⇒ (1−λ) x− α βy ∈ K λ >0,(x-ty)∈K ⇒λ(x-ty)∈K).

Từ đó mâu thuẫn với giả thiết x-y ∈/ K. Vì vậy, x ≥ ty (t<1). Theo bổ đề 2.1, ta ký hiệu t0 là số lớn nhất sao cho x-t0y ≥θ.

Khi đó, x−t0y 6= θ vì nếu x−t0y = θ thì x = t0y = t0Ay < At0y = Ax, điều này mâu thuẫn với Ax = x. Do đó, x−t0y > θ. Từ tính (K,u0) –lõm của toán tử A, (∃δ>0) x-t0y=Ax-t0Ay≥ δu0.

Từ đó và từ y ≤ βu0 suy ra: x− t0 + δ β y = x−t0y − δ ββu0 = (x−t0y)−δu0 ≥ θ.

Mâu thuẫn với tính chất của t0, với t0 + δ

β > t0.

Mâu thuẫn nhận được chứng tỏ toán tử A không thể có hơn một điểm bất động khác không trong K(u0).

Định lý 2.9. Giả sử toán tử A: E→E thỏa mãn các điều kiện: 1)A là toán tử (K,u0)-lõm chính quy.

2)∃x0,y0 ∈K(u0) sao cho x0 ≤Ax0, Ay0 ≤y0. Khi đó x0 ≤y0.

Chứng minh. Từ giả thiết, ∃α>0, ∃β>0 sao cho: αu0 ≤x0, y0 ≤ βu0.

Giả sử không xảy ra bất đẳng thức x0 ≤y0. Theo bổ đề 2.1, gọi t0 là số lớn nhất sao cho y0-tx0 ≥ θ. Số t0 ∈(0,1), vì nếu t0 ≥1 thì y0 ≥t0x0 ≥x0 mâu thuẫn với điều kiện giả sử, còn hiển nhiên t0>0, ta có

y0-t0x0 ≥ Ay0-t0Ax0 ≥ Ay0-At0x0 ≥ θ ⇒ y0-t0x0 ≥θ.

Theo tính chất của toán tử A,∃δ>0 sao cho y0-t0x0 ≥ Ay0-t0Ax0 ≥ δu0

⇒y0-t0x0 ≥δu0 ≥ δβ−1x0 ⇒ y0-(t0+δβ−1)x0 ≥ θ, mâu thuẫn với tính chất cực đại của t0, vì t0 +δβ−1>t0.

Mâu thuẫn đó chứng tỏ x0 ≤ y0.

Định lý 2.10. Nếu ∀x∈K\{θ} mà Ax=λx, λ ∈R thì λ>0. Chứng minh. Theo tính chất của toán tử A,

λx=Ax=A2−1.2x > 2−1.Ax ≥ θ ⇒λ>0(do x>θ).

Định lý 2.11. Mỗi toán tử (K,u0)-lõm chính quy chỉ có không quá một véctơ riêng ứng với một giá trị riêng trên K(u0).

Chứng minh. Giả sử ∃x∈K(u0), ∃y∈K(u0), x6=y sao cho Ax = λx, Ay =

λy ⇒λ>0.

Do đó toán tử A1=λ−1A có cùng tính chất như toán tử A nhưng lại có 2 điểm bất động trong K(u0), mâu thuẫn với định lý 2.8.

Một phần của tài liệu Sự phụ thuộc liên tục của véctơ riêng dương vào giá trị riêng của toán tử (K,Uo)- Lõm chính quy (Trang 46)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(58 trang)