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2022-1

设 为复 Hilbert 空间,。我们称 为正规算子,若等式 成立。求证:

  1. 若任给 ,都有 ,则
  2. 为正规的当且仅当任取 ,都有
  3. 举例说明当 为实 Hilbert 空间时,第一问的结论一般不成立。

提示:对于第一问,当 时,可以考虑 和 两个向量。

解答

1. 若任给 ,都有 ,则

取 ,则有

又有

联立上面两式,得

由 选取的任意性,得 。

2. 为正规的当且仅当任取 ,都有

充分性

由 为正规算子,得 ,故

故 。

必要性

由 ,得

故 ,即 为正规算子。

3. 举例说明当 为实 Hilbert 空间时,第一问的结论一般不成立。

考虑 和旋转 矩阵 ,则对于 ,有

但 。