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习题 3.28

设 为复 Hilbert 空间, 称为正规算子, 如果 . 求证 为正规算子当且仅当任取 , 有 成立.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明:

() 设 为正规算子,即 。对任意 ,有

因为 ,故 ,从而 。

() 设对任意 ,,则对任意 有

于是对任意 ,

注意到 是自伴算子:因为 ,,所以 。在复 Hilbert 空间中,若自伴算子 满足 对所有 成立,则 。下面给出论证:

对任意 ,考虑极化恒等式

由 得

从而 对任意 成立,故 。因此 ,即 为正规算子。

综上,命题得证。