11.2

Компактные операторы в конкретных пространствах

[19/26%]
Показать
LaTeX
Задача 11.30

При каких λ∈l∞\lambda \in l_{\infty } оператор Ax=(λ1x1,…,λnxn,…)A x = \left(\lambda_{1} x_{1}, \ldots , \lambda_{n} x_{n}, \ldots \right) является компактным оператором в lp(1⩽p<∞)l_{p}(1 \leqslant p < \infty )? При каких условиях на последовательность λ\lambda этот оператор является ядерным?

?
Задача 11.31

При каких a∈L∞[a,b]a \in L_{\infty }[a, b] оператор (Ax)(t)=a(t)x(t)(A x)(t) = a(t) x(t) является компактным оператором в Lp[0,1],p∈[1,∞]L_{p}[0,1], p \in [1, \infty ]? При каких a∈C[0,1]a \in C[0,1] оператор (Ax)(t)=a(t)x(t)(A x)(t) = a(t) x(t) компактен в C[0,1]C[0,1]?

?
Задача 11.32

Доказать, что любой ограниченный оператор, действующий из рефлексивного пространства в пространство l1l_{1}, является компактным. В частности, если A∈B(lp,l1),1<p<∞A \in \mathcal{B}\left(l_{p}, l_{1}\right), 1 < p < \infty, то A∈K(lp,l1)A \in \mathcal{K}\left(l_{p}, l_{1}\right).

?
Задача 11.33

Доказать, что любой ограниченный оператор, действующий из пространства c0c_{0} в рефлексивное пространство, является компактным.

?
Задача 11.34

Пусть A∈B(L2[0,1])A \in \mathcal{B}\left(L_{2}[0,1]\right) и Im⁡A⊂C[0,1]\operatorname {Im} A \subset C[0,1]. Доказать, что A∈K(L2[0,1])A \in \mathcal{K}\left(L_{2}[0,1]\right) (ср. с задачей 9.18).

?
Задача 11.35

Доказать, что операторы правого и левого сдвига в любом из пространств lp,p∈[1,∞],cl_{p}, p \in [1, \infty ], c или c0c_{0} не компактны.

?
Задача 11.36

Доказать, что если K∈C([a,b]2)K \in C\left([a, b]^{2}\right), то интегральный оператор A:Lp[a,b]→Lr[a,b],(Ax)(t)=∫abK(t,s)x(s)dsA: L_{p}[a, b] \rightarrow L_{r}[a, b],(A x)(t) = \int_{a}^{b} K(t, s) x(s) d s, компактен при любых p,r∈[1,∞)p, r \in [1, \infty ).

?
Задача 11.37

Доказать, что если K∈Lq([a,b]2)K \in L_{q}\left([a, b]^{2}\right), то интегральный оператор A:Lp[a,b]→Lq[a,b],1p+1q=1,q<∞,(Ax)(t)=∫abK(t,s)x(s)dsA: L_{p}[a, b] \rightarrow L_{q}[a, b], \frac{1}{p}+\frac{1}{q} = 1, q < \infty ,(A x)(t) = \int_{a}^{b} K(t, s) x(s) d s, является компактным.

?
Задача 11.38

Доказать, что если функция K(t,s)K(t, s) непрерывна на квадрате [a,b]2[a, b]^{2} за исключением конечного числа непрерывных кривых вида s=sk(t),k=1,…,n,t∈[a,b]s = s_{k}(t), k = 1, \ldots , n, t \in [a, b], то интегральный оператор A:C[a,b]→C[a,b],(Ax)(t)=∫abK(t,s)x(s)dsA: C[a, b] \rightarrow C[a, b],(A x)(t) = \int_{a}^{b} K(t, s) x(s) d s, является компактным.

?
Задача 11.39

Доказать, что не является компактным оператор дифференцирования Ax=x′A x = x^{\prime }, действующий:

?
(а)

из C1[0,1]C^{1}[0,1] в C[0,1]C[0,1];

(б)

из W21[0,1]W_{2}^{1}[0,1] в L2[0,1]L_{2}[0,1].

Задача 11.40

Доказать, что оператор сдвига (Ax)(t)=x(t−a)(A x)(t) = x(t-a) не компактен в пространствах:

?
(а)

Lp(R),p∈[1,∞]L_{p}(\mathbb {R}), p \in [1, \infty ];

(б)

C0(R)C_{0}(\mathbb {R});

(в)

BC(R)B C(\mathbb {R}).

Задача 11.41

С помощью задачи 11.21 доказать, что оператор Харди

(Ax)(t)=1t∫0tx(s)ds (A x)(t) = \frac{1}{t} \int _{0}^{t} x(s) d s

в пространстве Lp[0,1],p∈(1,∞)L_{p}[0,1], p \in (1, \infty ), не компактен.

?
Задача 11.42
?
(а)

Доказать, что любой интегральный оператор (Tx)(t)=∫01K(t,s)x(s)ds(T x)(t) = \int_{0}^{1} K(t, s) x(s) d s в пространстве L1[0,1]L_{1}[0,1] с измеримым ядром, удовлетворяющим условию sup⁡s∈[0,1]∫01∣K(t,s)∣dt<∞\sup_{s \in [0,1]} \int_{0}^{1}\left|K(t, s)\right| d t < \infty, компактен.

(б)
  • Доказать, что всякий компактный оператор TT в пространстве L1[0,1]L_{1}[0,1] может быть записан в таком виде.
Задача 11.43

Привести пример некомпактного ограниченного оператора AA в пространстве Lp[0,1],p∈(1,∞)L_{p}[0,1], p \in (1, \infty ), и последовательности {xn}1∞⊂Lp[0,1]\left\{ x_{n}\right\}_{1}^{\infty } \subset L_{p}[0,1] со свойствами

  1. xn⇀0x_{n} \rightharpoonup 0;

  2. ∥xn∥Lp=1\left\| x_{n}\right\|_{L_{p}} = 1 для всех n∈Nn \in \mathbb {N};

  3. ∥Axn∥Lp→0\left\| A x_{n}\right\|_{L_{p}} \rightarrow 0 (ср. с задачей 11.22).

?
Задача 11.44

Пусть XX — одно из пространств: lp,p∈(1,∞)l_{p}, p \in (1, \infty ), с или c0c_{0}. Пусть A∈K(X)A \in \mathcal{K}(X), а {en=(0,0,…,0,1,0,0,…)}n=1∞\left\{ e_{n} = (0,0, \ldots , 0,1,0,0, \ldots )\right\}_{n = 1}^{\infty }. Доказать, что Aen→0A e_{n} \rightarrow 0. Привести пример такого компактного оператора AA в пространстве l1l_{1}, что Aen↛0A e_{n} \nrightarrow 0. ↓\downarrow

?
Задача 11.45

Доказать, что оператор AA вида

Ax=(x1,x1+x22,x1+x2+x33,…) A x = \left(x_{1}, \frac{x_{1}+x_{2}}{2}, \frac{x_{1}+x_{2}+x_{3}}{3}, \ldots \right)

в пространствах lp,p∈(1,∞)l_{p}, p \in (1, \infty ), с и c0c_{0} ограничен, не компактен, но ∥Aen∥→0\left\| A e_{n}\right\| \rightarrow 0.

?
Задача 11.46

Является ли компактным в пространстве C[−1,1]C[-1,1] оператор (Ax)(t)=12(x(t)+x(−t))(A x)(t) = \frac{1}{2}(x(t)+x(-t))?

?
Задача 11.47

Пусть φ(t)\varphi (t) — непрерывное отображение отрезка [0,1][0,1] в себя. Доказать, что оператор композиции A∈B(C[0,1]),(Ax)(t)=x(φ(t))A \in \mathcal{B}(C[0,1]),(A x)(t) = x(\varphi (t)) является компактным в C[0,1]C[0,1] тогда и только тогда, когда φ(t)≡\varphi (t) \equiv const.

?
Задача 11.48

(Теорема И. К. Даугавета, 1963). Доказать, что для всякого компактного оператора AA в C[0,1]C[0,1] имеет место равенство ∥A+λI∥=∥A∥+∣λ∣(λ∈C)\left\| A+\lambda I\right\| = \left\| A\right\| +\left|\lambda \right|(\lambda \in \mathbb {C}).

?