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习题 3.26

设 为 Hilbert 空间, . 求证: 为 的闭线性子空间, 为单射, 且 .

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明:

设 为 Hilbert 空间,,。以下分三步进行论证。


1. 证明 对一切 成立,从而 是单射。

对任意 ,计算 由于 是自伴算子,,且它为实数,故 。于是 开方得 。特别地,若 ,则 ,从而 ,故 是单射。


2. 证明 是 的闭线性子空间。

首先, 为线性算子,故 是 的线性子空间。下证其闭性。

设 收敛于某 ,则存在 使得 。由于 是 Cauchy 列,由 及 得 故 也是 Cauchy 列。 完备,存在 使 。由 的连续性, 因而 。所以 是闭集。


3. 证明 。

为单射,故存在逆算子 ,且对任意 ,有唯一的 满足 。由 得 即 是有界线性算子,且 。因此 。


综上,命题得证。