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习题 5.1

固定, 考虑 上的算子 , 求 .

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

我们考虑复值连续函数空间 ,赋予上确界范数 。算子 定义为 ,其中 是固定的函数。下面求 的谱

定理

证明:记 。因为 连续且 紧,所以 中的紧集(从而是闭集)。

  1. ,则 (预解集)
    由于 ,对任意 。定义函数 。由于 是连续正函数,在紧集 上有正的最小值,故 连续且有界。定义乘法算子 。容易验证 是有界线性算子,并且

    。因此

  2. ,则
    存在 使得 。考虑常值函数 。假设存在 满足 ,即

    则在 处有 ,矛盾。因此方程无解,说明 不在 的值域中,从而 不是满射,故
    (注:即使 为常数 ,此时 ,上述论证同样成立:当 时,,显然不可逆。)

综合 1 和 2 即得

结论:乘法算子 的谱恰为连续函数 的值域。