实变函数与泛函分析资料报告要点

word实变函数与泛函分析概要第一章 集合 基本要求：1、 理解集合的包含、子集、相等的概念和包含的性质。2、 掌握集合的并集、交集、差集、余集的概念及其运算性质。3、 会求已知集合的并、交、差、余集。4、 了解对等的概念及性质。5、 掌握可数集合的概念和性质。6、 会判断己知集合是否是可数集。7、 理解基数、不可数集合、连续基数的概念。8、了解半序集和Zorn引理。第二章 点集 基本要求：1、 理解n维欧氏空间中的邻域、区间、开区间、闭区间、体积的概念。2、 掌握点、聚点的概念、理解外点、界点、孤立点的概念。掌握聚点的性质。3、 掌握开核、导集、闭区间的概念及其性质。4、 会求己知集合的开集和导集。5、 掌握开核、闭集、完备集的概念及其性质，掌握一批例子。6、 会判断一个集合是非是开（闭）集，完备集。7、 了解Peano曲线概念。主要知识点：一、基本结论：1、 聚点性质2 中T1聚点原则：P0是E的聚点 P0的任一邻域，至少含有一个属于E而异于P0的点存在E中互异的点列Pn，使PnP0 （n） 2、 开集、导集、闭集的性质2 中T2、T3T2：设AB，则AB，。T3：（AB）=AB.3、 开（闭）集性质（3中T1、2、3、4、5）T1：对任何ER，是开集，E和都是闭集。（称为开核，称为闭包的理由也在于此）T2：（开集与闭集的对偶性）设E是开集，则CE是闭集；设E是闭集，则CE是开集。T3：任意多个开集之和仍是开集，有限多个开集之交仍是开集。T4：任意多个闭集之交仍是闭集，有限个闭集之和仍是闭集。T5：（Heine-Borel有限覆盖定理）设F是一个有界闭集， 是一开集族UiiI它覆盖了F（即FUi），则 中一定存在有限多个开集U1，U2Um，它们同样覆盖了F（即F Ui）（iI）4、 开（闭）集类、完备集类。开集类：R，开区间，邻域、P闭集类：R，闭区间，有限集，E、E、P完备集类：R，闭区间、P二、基本方法：1、判断五种点的定义；2、利用性质定理，判断导集、邻域等；3、判断开集、闭集；4、关于开闭集的证明。第三章 测度论 基本要求：1、 理解外测度的概念及其有关性质。2、 掌握要测集的概念及其有关性质。3、 掌握零测度集的概念及性质。4、 熟悉开集、闭集、区间、波雷乐集等可测集，掌握一批可测集的例子。5、 会利用本章知识计算一些集合的测度。6、 掌握“判断集合可测性”的方法，会进行有关可测集的证明。 要点归纳：外测度：定义：ER Ii（开区间） IiE m*（E）=infIi性质：(1) 0m*E+（非负） （2）若AB则m*A m*B（单调性） （3）m* （Ai）m*Ai（次可列可加性）可测集：ER 对任意的TR有：m*（T）= m*（TE）+ m*（TCE）称E为可测集，记为mE 其性质： 1）T1：E可测 AE BCE使m*（AB）= m*A+ m*B 2）T2：E可测CE可测运算性质：设S1、S2可测S1S2可测（T3）； 设S1、S2可测S1S2可测 （T4）； 设S1、S2可测S1-S2可测 （T5）。S1、S2Sn 可测Si可测 （推论3） Si可测（T7）S1、S2Sn 可测，SiSj=Si可测 m(Si)=m(Si)(T6)Si递增,S1S2S3lim(Si)=lim mSi=Ms(T8)Si递降可测, S1S2S3当mS1是可测集，称（x）是E上的可测函数可测任意的R E是可测集任意的R E是可测集 任意的R E是可测集任意的，R E是可测集 （ 在Ei上可测（3） （四则运算） ，g在E上可测+g，g，1/在E上可测。（4） 极限运算 n是可测函数列，则=inf n（x）=supn可测（T5）F=limn G=n可测（5） 与简单函数的关系：在E上可测 总可以表成一列简单函数n的极限函数 =n，而且可以办到1232.opO定理：mE0 存在子集EE 使得n在E上一致收敛 且m（E-E）0 闭子集EE 使得在E上连续 且m（E-E）即在E上a.e有限的可测函数是：“基本上连续”的函数。4可测函数类：连续函数（T2）、简单函数、R上单调函数、零测度集上函数。5三种收敛之间的关系：（ERmE+）一致收敛测度收敛几乎处处收敛 （ Riesz：fnf 则 fnif a.e于E ） Lebesgue：1） mE+；2）fn E 上a.e有限的可测函数列;3)fn fnf(x) 在此mE+条件下,可见测度收敛弱于a.e收敛 补充定理(见复旦3.2 T5) mEa 是可测集（2） 集合分解法，E=EiEiEj= f在Ei 上可测（3） 函数分解法，f可表为若干函数的运算时（4） 几乎处处相等的函数具有相同的可测性（1，T8）（5） 可测函数类2判断三种函数之间的关系第五章 积分论 基本要求：1、 了解可测分划、大（小）和、上（下）积分、有界函数L可积和L积分的概念。2、 掌握有界函数L积分的性质。3、 理解非负函数L积分与L可积的概念。4、 理解一般函数的L积分确定、L积分与L可积的概念。5、 掌握一般函数的L积分的性质。6、 掌握L积分极限定理。7、 弄清L积分与R积分之间的关系。8、 熟练掌握计算L积分的方法。9、 会利用L积分极限定理进行有关问题的证明。10、 了解有界变差函数的概念及其主要性质。11、 了解不定积分、绝对连续函数的概念及它们的主要性质。Lebesgue积分1、 Riemann积分 分割、作和、取确界、求极限。2、 Lebesgue积分定义1：E=Ei,各Ei互不相交，可测，则称Ei为E的一个分划，记作D=Ei定义2：设f是定义在ER（mE）上的有界函数，D=Ei令B=f（x） bi=f（x）大和S（D，f）=BimEi = S（D，f）小和（D，f）=bimEi=（D，f）（D，f）S（D，f）定义3：设f是定义在ER（mE）上的有界函数上积分：f（x）dx=inf S（D，f）下积分：f（x）dx=sup（D，f）若上下积分相等，则称f在E上可积，其积分值叫做L积分值，记（L）Ef（x）dxT1：设 f是定义在ERq（mE）上的有界函数，则f在E上L可积任意的 0S（D，f）-（D，f）T2：f在E上L可积f在E上可测 （*） 对有界函数而言，L可积可测T3：f，g有界，在E上可测，fg，fg，f/g，f可积T4：f在a，b上R可积L可积，且值相等 *L积分的性质：T-1（1）：f在E上L可积，则在E的可测子集上也L可积；反之，E=E1E2 E1E2= E1、E2可测，若f在Ei上L可积，则f在E上可积Efdx= E1fdx+ E2fdx （积分的可加性）（2）f，g 在E上有界可测 E（f+g）dx=Efdx+Egdx （3）任意cR Ecfdx=cEfdx （4）f，g在E上L可积，且fg 则EfdxEgdx 特别地，bfB EfdxbmE，BmE 推论1：（1）当mE=0 Efdx=0 （2）f=c Efdx=cmE（5）f在E上可积，则f可积，且EfdxEfdx T-2 （1）设f在E上L可积 f0 E （2）f在E上L可积，则对任意的可测集A属于E 使Afdx=0 （绝对连续性） 则 Efdx=E g dx 证明思路: E=E1E2 E1E2= E1=EfgE (f- g)dx = E1 +E2 (f- g)dx=0 注:1)在零测度集上随意改变函数值,不影响积分值,甚至在E的一个零测度子集 上无定义亦可. 2)从E中除去或添加有限个或可数个点L积分值不变一般函数的积分一、 非负函数：f, EE二、 定义:f0 EE mE f(x)n=称fn为（E上）截断函数 性质：（1） f(x)n 有界非负， fn （2）单调 f1f2f3 （3）fn=f（x）定义1：设f为非负（于E）可测（mE）称Efdx=Efnd x（若存在含无穷大）为f在E上的L积分当Efnd x为有限时，称f为在E上的非负可积函数注：非负可积一定存在分 L积分 非负可积 三、 一般函数的积分设f在E（mE+）上可测， f f 在E上非负可测，则f可测Ef dx Efdx存在 f= f- fEf dx=Ef dx-Efdx定义 2：设f在E（mE+）上可测，若Ef dx和Efdx不同时为+则称f在E上积分确定当E f dx+时，则称f在E上L可积注：f可测 f的积分确定 f可积有界函数 非负函数 一般函数 mE+L积分的性质：定理1-（1）：若 mE=0，则 E f dx=0 （2）：f在E上可积mEf=+=0 f有限a.e于E同（R）（3）：f在E上积分确定 f在可测子集E1E上积分确定 E=E1E2(4):f在E上积分确定,f=g a.e于E则f,g的积分确定且相等几乎处处相等的函数具有相同的可积性(值相等) 同(R)(5):f,g在E上非负可测E(f+g) dx=Ef dx+Efgdx 同(R)(6): f,g在E上积分确定fg Ef dxEfgdx L可积性质定理2:有界可积函数性质仍成立(5条)(略)积分极限定理 T-1 L控制收敛定理设1）fn是E上一列可测函数 2）fnf（x） f为L可积函数 3）fnf（fnf a.e 于E）则f是E上L可积函数,且E fnd x=E fd xL有界收敛定理设1）是E上一列可测函数, mE+ 2）K（常数） 3）（a.e 于E）则是E上L可积函数,且Edx=EdxT-2(Levi)设是E上一列非负可测函数,则Edx=EdxT-3设是E上一列非负可测函数,则Endx=Edx (逐项积分定理)T-4(积分的可数可加性)f在可测集EE上的积分确定,且E=Ei其中Ei为互不交的可测集, 则 Edx=Eidx有界变差函数 分划:T:a=x0 x1x2=constT-4(Lebesgue)设Va，b,则1) 在a，b上几乎处处存在导数f(x)2) f(x)在a，b上可积3) 若f是增函数,有 f(x)dxf(b)-f(a)不定积分定义1:设在a，b上L可积, La，ba,xdx称为在a，b上的不定积分定义2:设F(x) 是a，b上的有界函数,0 ，0 ai,bi不交,只要( bi- ai) 就有F(bi)-F(ai)0，存在0 使d（x，x）时，d（Tx，Tx）0（），当，时，必有（xn，x）则称xn是中的柯西（Cauchy）点列或基本点列，如果（X，d）中每一个柯西点列都收敛，则称（X，d）是完备的度量空间有理数全体按绝对值距离构成的空间不完备，而l是完备的度量空间度量空间中任一收敛点列是柯西点列；反之，度量空间的柯西点列未必收敛：完备度量空间的子空间，是完备空间的是中的闭子空间，（，上实系数多项式全体作为，的子空间）是不完备的度量空间、等距同构定义：设（X，d），（，）是两个度量空间，如果存在从X到上的保距映照T，则称（X，d）与（，）等距同构，此时T称为上的等距同构映照T：（度量空间完备化定理）设（X，d）是度量空间，那么一定存在完备度量空间（，） 使（X，d）与（，）的某个稠密子空间W等距同构，而且在等距同构下是唯一的。即若（，）也是一个完备的度量空间，且X与的某个稠密子空间等距同构，则（，）与（，）等距同构。T：设X=（X，d）是度量空间，那么存在唯一的完备度量空间=（，），使X为的稠密子空间6、压缩映照定义：X是度量空间，T是X到X的映照，如果存在一个数，0x+yY xYY是X的子空间，X和0是平凡子空间。 线性相关，无关概念M是X的非空子集，M中任意有限个向量线性组合全体记为spanM称为由M成的包定义：X是线性空间，M是X中线性无关子集，若spanM=X，则称M的基数为X的维数，记为dimX，M称为X的一组基，M的基数是有限时，则称为有限维线性空间，如果X只含有零元素，则称X 为0维线性空间。8、线性赋空间定义：设X为实（复）线性空间，如果对每一个向量xX，有一个确定的实数，记为x 与之对应，并且满足：ix0 且x=0 x=0iix=x其中为任意实（复）数iiix+yx+y x，yX则称x为向量x的数，称X按数x成为线性赋空间xn是中的点列，如果存在xX，使xn -x0 （n）则称xn依数收敛于x，记为xnx（n）或 xn= x令d（x，y）=x-y 是由数导出的距离，由此观之线性贱空间实际上是一种特殊的度量空间。 若d由导出，对任意的R，x，yX，有： （a） d（x-y，0）= d（x，y）； （b）d（x，0）=| d（x，0）反之，X是线空间，d是距离，满足（a）和（b），那么一定可以在X上定义数x使d是由数导出的距离， x=d（x，0）x是x的连续函数，事实上，任意x，yX，由数条件2）和3）易证| y-x|y-x，所以，当xn -x0时xnx 完备的线性赋空间称为巴拿赫空间（Banach Spaces）1） Rx=（|i| ） 构成Banach空间2） Ca，b x=sup|x（t）| 构成Banach空间3） :x=sup|i|构成Banach空间4） La，b p=（|（x）|dx）1/p构成Banach空间 p1证明需用到引理1 和2引理1：（Hlder不等式）设p1，1/p+1/q=1， La，b g La，b 那么，g在a，b上L可积且成立：|（x）g（x）|dxpgq引理2：（Minkowsky不等式）设p1，g La，b，那么+g La，b 且成立：+gpp+gpT-2：La，b （p1）是Banach空间5）lx=（|i|）1/p是Banach空间T-3设X是n维线性赋空间，（e1，e2，en）是X的一组基,则存在常数M和M使对一切 x=iei成立Mx(|i| ）Mx推论1:设在有限维线性空间上,定义了数x和x1那么必存在常数M和M 使得 Mxx1Mx定义2:设R是线性空间,x1和x2是R上两个数,如果存在正数c1,c2,使对一切xR,成立: c1x2x1c2x2则称(R, x1)和(R, x2)是拓扑同构的推论2:任何有限维赋线性空间都和欧氏空间拓扑同构,相同维数的有限维赋线性空间彼此拓扑同构.第七章 线性赋空间和线性连续泛函 基本要求：1、 理解线性算子、线性泛函的概念。2、 掌握线性有界算子的概念和有关性质，以及二者这间的关系。3、 了解算子的数的概念，熟悉一些线性有界算子的例子，并知道无界算子是存在的。4、 了解线性有界算子空间的概念和性质。5、 掌握共轭空间的概念和性质，知道一些特殊空间的共轭空间。算子定义：线性赋空间X到Y的映照T被称为算子，如果Y是数域，则被称为泛函线性算子和线性泛函 T1： 设X和Y是两个同为实（或复）的线性空间，()是X的线性子空间，T为到Y中的映照，如果对任意的x，y ，及数，成立： T（x+y）=Tx+Ty （1） T（x）=Tx （2）则称T为到Y中的线性算子，其中称为T的定义域，记为（T），T称为T的值域 记为(T)，当T取值于实（或复）数域时，称T为实（或复）线性泛函几种常见的线性泛函： 1、相似算子Tx=x 当=1时，恒等算子，零算子； 2、P0，1是0，1上的多项式全体，定义微分算子，若t00，1，对xP0，1，定义（x）=x（t0）则是P0，1上的线性泛函。 3、积分算子 xCa，b Tx（t）=x由积分线性性质知T为线性泛函，若令=x则是Ca，b中的线性泛函 4、乘法算子 Tx（t）=tx（t） 5、R中的线性变换是线性算子 线性有界算子 定义：设X和Y是两个线性赋空间，T是X的线性子空间（T）到Y中线性算子，如果存在常数c，使对所有x（T），有：Txcx，则称T是（T）到Y中的线性有界算子，当（T）=X时，称T为X到Y中的线性有界算子，简称为有界算子。否则，称为无界算子。T-1：设T是线必性赋空间X到线性赋空间Y中的线性算子，则T为有界的充要条件是T是X 上的连续算子。T-2：设X是线性赋空间，是X上线性泛函，是X上连续泛函的的零空间（）是X中的闭子空间。定义：T为线性赋空间X的子空间（T）到线性赋空间Y中 线性算子，称Tx=s u p Tx/x 为算子T在（T）上的数 x0,x（T） 引理：T是（T）上线性有界算子，成立T=s u p Tx/x=Tx=s u p Tx/xx（T）,x=1 x（T）,x1 线性算子空间和共轭空间X和Y是两个线性赋空间,以(X(XY)时,是所讨论的数域中的数时,定义(XY)中加法运算如下:对任意的xX,令(A+B)x=Ax+Bx(A)x=Ax则(XY)按照如上加法和数乘运算和算子数构成线性赋空间.T:当Y是Banach空间时,(XY)也是Banach空间一般地,设X是线性赋空间,如果在X中定义了两个向量的乘积,并且满足 xyxy x,yX则称X为赋代数,当X完备时,则称X为Banach代数,由T知,当X完备时,(XY)是Banach代数.共轭空间:设X是线性赋空间,令X表示X上线性连续泛函全体所成的空间,称X为共轭空间.T:任何线性赋空间的共轭空间是Banach空间.定义:设X和Y是两个线性赋空间,T是X 到Y中的线性算子,并且对所有的xX,有 Tx=x 则称T是X 到Y中的保距算子，如果又是映照到上的，则称是同构映照，此时称与同构第八章 积空间和希乐伯特空间 基本要求：1、 掌握积空间，希乐伯特空间的概念，熟悉一些具体例子。2、 理解积与其诱导数之间的关系。3、 理解许瓦兹不等式和平行四边形法则。4、 了解凸集的概念，掌握正交的有关概念。5、 掌握直交补空间的定义与性质。6、 理解投影算子的概念，掌握投影算子的性质。积空间和希尔伯特空间定义：设是复线性空间，如果对中任何两个向量,，有一复数，与之对应，并且满足下列条件:x,y 0 ，=0当且仅当x=0,xX;+,z=，z+,z x y zX,C(复数)，=,x x,y X则称，为x与y的积,X为积空间积引出的数 x=，引理(Schwarz不等式)设X按积，成为积空间,则对于X中任意向量x,y,成立不等式，xy 当且仅当x与y线性相关时取等号.易得出:数不等式x+yx+y积导出的数x构成线性赋空间,若完备,则称Hilbert空间.满足平行四边形法则. x+y+x-y=2（x+y）（积空间数的特征性质）如 La，b l 是Hilbert空间，当p2时 lp不成为积空间Ca，b按数x=x（t） 不成为积空间极化恒等式（积与数关系式）（积可用数表示）x，y=1/4（x+y-x-y+ix+iy-ix-iy）当X 为实积空间时，x，y=1/4（x+y-x-y）由Schwarz不等式，立得xn，ynx，y定义：设X是度量空间，M是X的非空子集，x是X中一点，称d（x，y）为点x到M的距离，记作d（x，M）在线性赋空间中 d（x，M）=x-y设X是线性空间，x，y是X 中的两点，称集合z=x+（1-）y；01 为X中联结点x和y的线段，记为x，y，如果M是X 的子集，对M中任意两点x，y必有x，yM则称M为X中的凸集定理：（极小化定理）设是积空间，是中非空凸集，并且按中由积导出的距离完备，那么，对每一个xX，存在唯一的yM，使 x-y= d（x，M）推论1：设X是积空间，M是X 的完备子空间，则对每个xX，存在唯一的yM，使 x-y= d（x，M） （应用于微方、现代控制论、逼近论）定义：设X是积空间，x，y是X中两向量，如果 x，y=0 则称垂直或正交，记为xy如果X的子集A中每个向量与子集B中每个向量正交，ABxy x+y2=x2+y2引理1：设X是积空间，M是X的线性子空间，xX，若存在yM使x-y= d（x，M），那么x-yM 定义2：直接和：Y和Z是X的子空间，对每一个xX，存在唯一的yY，Zz 使x=y+z，则称x为y和z的直接和。y和z称为一对互补子空间。Z称为Y的代数补子空间。 易知互补子空间必线性无关。定义3：设X 是积空间，M是X 的子集，称集合M=xMxM为M在X 中直交补 M是X 中闭线性子空间定理2：设Y是Hilbert空间的闭子空间，那么成立 X=Y+Y直接和记作：X=YZ x=y+z，y是x在Y中的直交投影。投影算子 Px=y 具有性质：P是X到Y上的线性有界算子，且当Y0时，P=1PX=Y，PY=Y，PY=0P2=P P是投影算子 P=P*=P2设X是积空间，M是X的子集，记（M）=M显然有 MM反之有：引理2：设Y是Hilbert空间X的闭子空间，则成立 Y=Y引理3：设M是Hilbert空间X中非空子集，则M是线性包SpanM在X中稠密的充要条件是M=0定义4：设M是积空间中不含零的子集，若M中向量两两直交，称M为X中直交系，又若M 中向量数为1，则称M为X 中的就直交系。直交系的基本性质：x1+x2+.+xn2=x12+x22+.xn2直交系M是X中线性无关子集定义5:设X是线性赋空间,xi, i=1,2,.是X中一列向量,1, 2,.n是一列数,作形式级数ixi 称Sn=ixi 为n项部分和若存在xX,使Snx 则称级数收敛,并称x为其和,记作x=ixi定义6:设M为积空间X 中就直交系, xX,称数集 x，eeM为向量x关于就直交系M的富里叶系数集,而称x，e为x关于e的Fourier系数引理:设X是积空间,M是X 中就直交系,任取M中有限个向量e1,e2,.en那么:(1) x-x，eiei2=x-x，ei20(2) x-i eix-x，eiei其中i为任意的n个数定理(Bassel不等式)设ek是积空间X 中的有限或可列就直交系,那么对每一个xX,成立不等式x，ei2x2若上式等号成立,则称为Parseval等式引理：设 ek 为Hilbert空间X中可列就直交系，那么成立：（1）iei收敛的充要条件是i2收敛 （2）若x=iei 则i=x，ei i=1,2,.故x=x，eiei(3) 对任意的xX,级数x，eiei收敛推论1: 设 ek 是X中可列就直交系，则对任意的xX ， x，en=0定义:设M是积空间X的就直交系,如果 spanM=X 则称M是X中的完全就直交系.定理:设M是Hilbert空间X中就直交系，M完全的充要条件是M=0定理:M是Hilbert空间X中完全就直交系的充要条件是，对所有xX,Parseval等式成立.满足定理条件的M X中的x可展成x=x，ee称为向量x关于就直交系M的Fourier展开式. 推论2: (Ce定理)M是Hilbert空间X中就直交系,若Parseval等式在某个稠密子集N上成立,则M完全.引理3:设xi是积空间X中有限或可列个线性无关向量,那么必有X中就直交系e1,e2,.,使对任何正整数n,有spane1,e2,.en= spanx1,x2.xn本定理的证明过程称为Gram-Schmidt正交化过程定理4；每个非零Hilbert空间必有完全就直交系。定义5：设X和是两个积空间，若存在X到的映照T，使对任意的x，yX以及数，满足T（x+y）=Tx+TyTx，Ty=x，y 则称X和同构，并称T为X 到上的同构映照定理5：两个Hilbert空间X与同构的充要条件是X与有相同的维数。推论3：任何可分的Hilbert空间必和某个R或l同构定理（Riesz定理）设X是Hilbert空间，f是X上线性连续泛函，那么存在唯一的zX，使对每一个xX 有 f（x）=x，z 并且 f=z对每个yX 令Ty=fy其中fy为X上如下定义的泛函： fy（x）=x，y ， xX显然fy是X上线性连续泛函，由Riesz定理，T是X到X上的映照，X是X上线性连续泛函全体所成的Banach空间，又Ty=y。易看出，对任意的x，yX以及数，成立： T（x+y）= Tx+Ty （）事实上，对任何zX，有T（x+y）（z）=z，x+y=Tx（z）+Ty（z） =（Tx+Ty）（z）所以（）成立.称满足（）的映照T是复共轭线性映照,Ty= fy是X到X上保共轭线性映照,称为复共轭同构映照,若存在H空间X到上的复共轭同构映照,则称X与是复共轭同构,此时将X当成,当X是H空间时,X=X,即X是自共轭的.定理：设X和Y是两个H空间，A(XY)，那么存在唯一的A(XY)，使对任何的xX，yY，成立 Ax，y=x，Ay 且A=A定义：设A是H空间X到H空间Y中的线性有界算子，则上定理中算子A为A的Hilbert共轭算子，简称共轭算子。共轭算子有下列基本性质：（A+B）=A+B（A）= A （A）=AAA=AA=A AA=0等价于A=0 当X=Y时，（AB）=BA定义：T为H空间X到X中的线性有界算子，若T=T，则称T为X上的自伴算子；若TT=TT，则称T为X上正常算子；若T是X到X上的一对一映照，且T=T，则称T是X 上的酉算子。引理：T为复积空间X上线性有界算子，那么T=0对一切xX，成立 Tx，x=0定理：设T为复H空间X上线性有界算子，则T为自伴算子的对一切的xX， Tx，x 是实数。自伴的和与差仍为自伴，下面有：定理：T1和T2是H空间X上两个自伴算子，则T1T2自伴的充要条件是T1T2=T2T1定理：设Tn是H空间X上一列自伴算子，并且Tn=T，那么T仍为X上自伴算子。定理：设U及V是H空间X上两个酉算子，那么（1） U是保算子，即对任何xX，成立 Ux=x；（2） 当X0时，U=1（3） U是酉算子；（4） UV是酉算子；（5） 若Un，n=1，2，是X上一列酉算子，且Un收敛于有界算子A，则A也为酉算子。定理：设T为复H空间上线性有界算子，那么T是酉算子T是映照到上的保算子。定理：设T是复H空间X上线性有界算子，A+iB 为笛卡尔分解，则T为正常算子的AB=BA定理：设T为复H空间X 上线性有界算子，则T为正常算子对xX，成立 Tx=Tx第九章 巴拿赫空间中的基本定理 基本要求：1、 掌握四大定理的条件和结论，了解与其相关的容。2、 能进行简单的证明。 Banach spaces令p（x）=fzx，则p（x）是在整个X上有定义的泛函，且满足（1） p（x）=p（x） xX（2） p（x+y）p（x）+p（y） x，yX称X上满足（1）和（2）的泛函为次线性泛函。定理1：（Hahn-Banach泛函延拓定理）设X是实线性空间，p（x）是X上次线性泛函，若是X 的子空间Z上的实线性泛函，且被p（x）控制，即满足（x）p（x）， xZ，则存在X上的实线性泛函，使当xZ时，有（x）= （x），并且在整个空间X上仍被p（x）控制，（x）p（x）， xX可以证明在全空间上定义的实线性泛函，使是f的延拓，且对一切的xX有（x） p（x）设是满足下列三个条件的实线性泛函g全体：i g的定义域（g）是X的线性子空间。ii g是f的延拓，即Z，且当xZ时，成立g（x）=f（x）iii 在上g被p（x）控制，即对一切x，有gp 。在中规定顺序如下：若g1，g2，而g1，是g2的延拓（即（g1） （g2），并且当x（g2）时，g1（x）=g2（x），就规定 g2g1，容易证明， 按这样规定的顺序成为半序集。定理2：设X是实或复的线性空间，p（x）是X上次线性泛函，（x）是定义在子空间上Z上的实或复的线性泛函，且满足 （x）p（x） xZ 则存在X上线性泛函，它是的延拓，且满足（x）p（x） xX定理3：设f是赋线性空间X的子空间Z上的线性连续泛函，则必存在X上线性连续泛函，它是f的保延拓，即当xZ时，有（x）=f（x） 并且X=fZ定理4：设X是线性赋空间，x0X，x00，则必存在X上的线性有界泛函f（x），使得f=1，并且f（x0）= x0推论1：设X是赋线性空间，xX，若对X 上所有线性连续泛函f，均有 f（x）=0， 则必有 x=0Ca，b的共轭空间定理（Riesz表示定理）Ca，b上每一个线性连续泛函F都可以表示为F（f）=f（t）dg（t）， fCa，b其中g（t）是a，b上囿变函数，并且F=（g）注：定理中得出的g（t）不一定唯一。但如果规定g（t）是正规化的囿变函数，即需要满足g（a）=0且g（t）右连续，那么g（t）可由F唯一地决定。共轭算子定理1：线性有界算子T的共轭算子T也是线性有界算子，并且T=T定义1：设M是度量空间X中的子集，如果M不在X的任何半径不为零的开球中稠密，则称M是X中的无处稠密集或疏朗集。定义2：设X是度量空间，M是X中子集，若M是X 中有限或可列个疏朗集的并集，则称M是第一纲集，不是第一纲的集称为第二纲集。定理1：（Baire纲定理）若X是非空的完备度量空间，则X是第二纲集。注：逆不成立，布尔巴基（Bourbaki）在1955年曾举出反例，一个不完备的度量空间仍是第二纲集。定理2：（一致有界定理或共鸣定理）设X是Banach空间，Y是赋空间，(XY)表示X到Y中的线性有界算子全体，Tn(XY)，n=1，2，.若对每一个xX, Tnx有界,即TnxCx,n=1,2,.,这里Cx是一与x有关的实数,那么, Tn一致有界,即存在与x无关的实数C,使用权对一切自然数n,成立TnC定理3:设是Banach空间X上的一列泛函,如果在X的每一点处有界,则一致有界.定理4:存在一个实值连续函数,它的富氏级数在给定的to处是发散的. (共鸣定理在古典分析上的应用)强收敛 弱收敛 和一致收敛 定义 :设X是赋线性空间, xnX,n=1,2,.,如果存在xX,使xn-x0,则称点列 xn 强收敛于x,如果对任意的fX,都有f(xn)f(x)则称点列弱收敛于x.定义:设X 是线性赋空间,X是X的共轭空间,泛函列fnX(n=1,2,)如果存在fX,使得(1) fn-f0,则称 fn 强收敛 于f(2) 对任意的xX,都有fn(x)-f(x)0,则称 fn 弱*收敛 于f;(3) 若对任意的F(X) ,都有F(fn)F(f)则称 fn 弱收敛 于f .注:弱*收敛 和弱收敛 只在自反的空间中等价定义:设X 和Y是两个线性赋空间,Tn(XY),若存在T(XY)使得(1) Tn-T0,则称算子列Tn一致收敛于T.(2) 对任意的xX, Tnx-Tx0,则称Tn强收敛于T.(3) 对任意的xX和任意的fY,f(Tnx) f(Tx),则称Tn弱收敛 于T.T-1:设Tn是Banach空间X到Banach空间Y中的线性有界算子序列,则Tn强收敛(1)Tn 有界;(2)对X中一稠密子集D中的x, Tn x收敛注:将T-1用于泛函情形,可知Banach空间X上任一列泛函fn,如弱收敛,必定有界;反之,有界泛函 fn若在X的一个稠密子集上收敛,则必弱*收敛.逆算子定理(开映照定理)T-1:设X 和Y都有是Banach空间,如果T是从X到Y上的一对一线性有界算子,则T的逆算子T-1也是线性有界算子.引理:设T是Banach空间X到Banach空间Y上的线性有界算子,则X 中单位球 Bo=B(0,1)=xx1 的像TBo包含一个以零点为心的球.定义: 设X和Y是两个度量空间,f是X到Y中的映照,若f将X 中的开集映成Y中的一开集,则称f是开映照. 定义:设X和Y是两个赋空间,T是X 的子空间(T)到Y中的线性算子,称XY中的集合 G(T)=(x,y) x(T),y=Tx为算子T的图像. 在XY中,定义(x,y)=x+y,易知XY按此数成线性赋空间,如果G(T)是X中的闭集,则称T是闭算子.定理:(闭图像定理)设X和Y是Banach空间,T是(T)X到Y上闭线性算子,如果(T)是闭的,则T是有界算子.注:定理表明,一个闭算子,若无界,其定义域一定不是闭集;若闭算子T的定义域是闭集,那么,T是有界算子.Banach空间上的无界算子,其定义域至多只能在X中稠密,而绝不是整个X.如微分算子的定义域是Ca,b中稠密子集C1a,b,而不能是Ca,b 第十章 线性算子的谱理论要求：了解有关谱的的概念和基本理论，掌握全连续算子的谱分解理论，了解酉算子、共轭算子、正规算子的谱分解理论，并在此基础上具备进一步学习和拓展知识的能力。线性算子的谱理论定义1:设X是赋空间,T(XX),若T-1存在,且是定义在整个X上的有界线性算子,则称T是X上的正则算子.正则算子性质: T正则存在有界算子B(XX),使得 BT=TB=I I为恒等算子 A,B正则 T=AB也是正则算子,且(AB)-1=B-1A-1定义2:设T(XX),是复数,若(T-I)正则,称是算子T的正则点;T的正则点的全体称为T的正则集或豫解集,记为(T); 不是正则点的复数称为T的谱点;全体构成T的谱,记为(T).定义3:(谱的分类)设(T)即T-I不存在有界逆算子,可分三种情况:(1) 如果T-I不是一对一的,此时存在xX,x0,使(T-I)x=0即Tx=x,此时称是算子T的特征值,x称为相应于特征值的特征向量.T的特征值的全体称为T的点谱,记为(T);(2) (T-I)是一对一的,但值域不充满全空间,即(T-I)E (T-I)=E(3) (T-I)是X到X上的一对一算子,但(T-I)-1不是有界的.(T-I)E(2)类谱点称为T的连续谱,记为C(T),(3)类谱点称为T的剩余谱,记作r(T)。由逆算子定理可知,X是Banach空间时,(3)不出现.本节均指Banach空间.举例1:乘法算子：（Tx）（t）=tx（t）设0，1, 在C0，1上定义算子R：（R）x（t）=x（t）/（-t）R是定义在C0，1上，且值域包含在C0，1中的线性有界算子。R（lI-T）x（t）=（lI-t）Rx（t）=x（t）l是T的正