Operador nuclear

En matemáticas, los operadores nucleares son una clase importante de operadores lineales introducidos por Alexander Grothendieck en su tesis doctoral. Están íntimamente ligados al producto tensorial proyectivo de dos espacios vectoriales topológicos (EVT).

Preliminares y notación

Sean X,Y y Z tres espacios vectoriales topológicos (EVT) y L : X → Y sea un operador lineal (sin suposición de continuidad a menos que se indique lo contrario).

Notación para topologías

Producto tensorial canónico como subespacio del dual de Bi(X, Y)

Sean X e Y espacios vectoriales (aún no se necesita topología) y sea Bi(X, Y) el espacio de todos los operadores bilineales definidos en y sobre el cuerpo escalar subyacente.

Para cada , sea la forma lineal canónica en Bi(X, Y) definida por para cada u ∈ Bi(X, Y ). Esto induce un aplicación canónico definida por , donde denota el espacio dual de Bi(X, Y). Si se denota el intervalo del rango de 𝜒 por X ⊗ Y, entonces se puede demostrar que X ⊗ Y junto con 𝜒 forma un producto tensorial de X e Y (donde x ⊗ y := 𝜒(x, y)), que es un producto tensorial canónico de X e Y.

Si Z es cualquier otro espacio vectorial, entonces la aplicación Li(X ⊗ Y; Z) → Bi(X, Y; Z) dada por u ↦ u ∘ 𝜒 es un isomorfismo de espacios vectoriales. En particular, esto permite identificar el espacio dual de X ⊗ Y con el espacio de formas bilineales en X × Y. Además, si X e Y son espacios vectoriales topológicos localmente convexos (EVT) y si a X ⊗ Y se le da la topología 𝜋, entonces para cada EVT localmente convexo Z, este aplicación se restringe a un isomorfismo de espacios vectoriales desde el espacio de aplicaciones lineales "continuas" al espacio de aplicaciones bilineales "continuas". En particular, el dual continuo de X ⊗ Y puede identificarse canónicamente con el espacio B(X, Y) de formas bilineales continuas en X × Y. Además, bajo esta identificación, los subconjuntos equicontinuos de B(X, Y) son los mismos que los subconjuntos equicontinuos de .

Operadores nucleares entre espacios de Banach

Existe un espacio vectorial canónico que incorpora definido haciendo corresponder a la aplicación

Suponiendo que X e Y son espacios de Banach, entonces la aplicación tiene la norma (para ver que la norma es , obsérvese que es ). Por tanto, tiene una extensión continua a una aplicación , donde se sabe que esta aplicación no es necesariamente inyectiva. El rango de este aplicación se denota por y sus elementos se denominan operadores nucleares. es un EVT-isomorfo a y la norma en este espacio cociente, cuando se transfiere a elementos de a través dla aplicación inducida , se denomina norma de la traza y se denota por . Explícitamente, si es un operador nuclear, entonces .

Caracterización

Supóngase que X e Y son espacios de Banach y que es un operador lineal continuo.

Propiedades

Sean X e Y espacios de Banach y sea un operador lineal continuo.

Operadores nucleares entre espacios de Hilbert

Los automorfismos nucleares de un espacio de Hilbert se denominan operadores de clase de traza.

Sean X e Y espacios de Hilbert y sea N : X → Y una aplicación lineal continua. Supóngase que donde R : X → X es la raíz cuadrada de y U : X → Y es tal que es una isometría sobreyectiva. Entonces, N es una aplicación nuclear si y solo si R es una aplicación nuclear. Por lo tanto, para estudiar aplicaciones nucleares entre espacios de Hilbert basta con restringir la atención a los operadores autoadjuntos positivos R.

Caracterizaciones

Sean X e Y espacios de Hilbert y sea N : X → Y una aplicación lineal continua cuyo valor absoluto es R : ' 'X → X. Son equivalentes los enunciados siguientes:

  1. N : X → Y es nuclear.
  2. R : X → X es nuclear.
  3. R : X → X es compacto y es finito, en cuyo caso .
    • Aquí, es la traza de R y se define de la siguiente manera: dado que R es un operador positivo compacto continuo, existe una sucesión (que puede ser finita) de números positivos con los correspondientes espacios vectoriales no triviales de dimensión finita y mutuamente ortogonales tales que el ortogonal (en H) de es igual a (y por lo tanto, también a ) y para todo k, para todos los . La traza se define como .
  4. es nuclear, en cuyo caso .
  5. Hay dos secuencias ortogonales en X y en Y, y una sucesión en tal que para todo , .
  6. N : X → Y es una aplicación integral.

Operadores nucleares entre espacios localmente convexos

Supóngase que U es un entorno cerrado equilibrado convexo del origen en X y que B es un espacio normado auxiliar acotado equilibrado convexo en Y, siendo X e Y espacios localmente convexos. Sea y la proyección canónica. Se puede definir el espacio de Banach auxiliar con la aplicación canónica cuya imagen, , es densa en así como el espacio auxiliar normado por y con un aplicación canónica , siendo la inyección canónica (continua). Dada cualquier aplicación lineal continua , se obtiene mediante composición la aplicación lineal continua . Por tanto, se tiene una inyección y de ahora en adelante se usará esta aplicación para identificar como un subespacio de .

Definición: Sean X e Y espacios localmente convexos de Hausdorff. La unión de todos los rangos como U sobre todos los entornos equilibrados convexos cerrados del origen en X y los rangos B sobre todos los espacios normados auxiliares acotados en Y, se denota por y sus elementos se denominan aplicaciones nucleares de X en Y.

Cuando X e Y son espacios de Banach, entonces esta nueva definición de aplicación nuclear es consistente con la original dada para el caso especial, en el que X e Y son espacios de Banach.

Condiciones suficientes para la nuclearidad

Caracterizaciones

Sean X e Y espacios localmente convexos de Hausdorff y sea un operador lineal continuo.

Propiedades

A continuación se muestra un tipo de teorema de Hahn–Banach empleado para ampliar aplicaciones nucleares:

Sean X e Y espacios localmente convexos de Hausdorff y sea un operador lineal continuo.

Véase también

Referencias

  1. ↑ V.I. Bogachev, O.G. Smolyanov (2017). Topological Vector Spaces and Their Applications. Springer. pp. 134 de 456. ISBN 9783319571171. Consultado el 10 de febrero de 2024.
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  4. 1 2 Trèves, 2006, p. 490.
  5. ↑ Schaefer y Wolff, 1999, p. 92.
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  7. 1 2 3 Schaefer y Wolff, 1999, p. 98.
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  11. ↑ Trèves, 2006, pp. 483-484.
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  15. ↑ Trèves, 2006, pp. 479-481.
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  17. 1 2 Trèves, 2006, p. 485.

Bibliografía

Enlaces externos