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习题 5.5

设 定义为 求证:

(1) 若 , 则 ;

(2) 若 , 则 , 此时求出相应的特征空间.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

解. 设 为左平移算子,即 容易验证 是线性算子且 (取 可得 ,而对任意 有 )。


(1) 设 ,证明 (预解集)。

第一步:证明 是单射。
若 ,则 对一切 成立,即 。递推得 。若 ,则 (因 ),与 矛盾。故 ,从而 。因此 为单射。

第二步:证明 是满射且其逆有界。
对任意 ,定义序列 如下: 由于 ,该级数绝对收敛: 故 且 。直接验证 : 因此 , 是满射。由构造知 有界且 从而 。

(注:亦可利用 Neumann 级数:因 ,级数 按范数收敛,给出 。)


(2) 设 ,证明 (点谱)并求特征空间。

考虑特征方程 ,即 从而 对一切 成立。递推得 取 ,则序列 。当 时, 故 且非零。因此 是特征值,。

特征空间由所有形如 的向量组成,即 特别地,当 时,,特征空间为 。

综上所述,结论得证。