Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

数学物理学报, 2019, 39(3): 417-422 doi:

论文

广义Kato分解与Weyl型定理

陈俐宏,, 苏维钢,

Generalized Kato Decomposition and Weyl Type Theorems

Chen Lihong,, Su Weigang,

通讯作者: 苏维钢, E-mail: wgsu@fjnu.edu.cn

收稿日期: 2018-03-13  

基金资助: 国家自然科学基金.  11171066
福建省自然科学基金.  2013J01003

Received: 2018-03-13  

Fund supported: the NSFC.  11171066
the Natural Science Foundation of Fujian Province.  2013J01003

作者简介 About authors

陈俐宏,chenlh2016@163.com , E-mail:chenlh2016@163.com

摘要

该文利用算子的广义Kato分解特征,从广义Kato谱的角度探讨了有界线性算子满足Browder定理和Weyl定理的充要条件.

关键词: 广义Kato分解 ; Browder定理 ; Weyl定理

Abstract

Using the character of generalized Kato decomposition, this paper discusses the sufficient and necessary conditions for which Browder's theorem and Weyl's theorem hold from the angle of generalized Kato spectrum for a bounded linear operator.

Keywords: Generalized Kato decomposition ; Browder's theorem ; Weyl's theorem

PDF (252KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

陈俐宏, 苏维钢. 广义Kato分解与Weyl型定理. 数学物理学报[J], 2019, 39(3): 417-422 doi:

Chen Lihong, Su Weigang. Generalized Kato Decomposition and Weyl Type Theorems. Acta Mathematica Scientia[J], 2019, 39(3): 417-422 doi:

1 预备知识

本文中,设X是无限维复Banach空间, L(X)表示从XX的有界线性算子的全体.对于TL(X), T表示T的共轭算子, α(T)表示零空间N(T)的维数, β(T)表示值域R(T)的亏维. p(T)q(T)分别表示T的升指数和降指数,即

p(T)=inf{nN:N(Tn)=N(Tn+1)}, q(T)=inf{nN:R(Tn)=R(Tn+1)}

(若下确界不存在,记p(T)=, q(T)=).T的升指数和降指数都是有限的,那么它们相等(见文献[1,定理1.19]).称T是Fredholm算子(上半Fredholm算子),若α(T)β(T)都有限(R(T)闭且α(T)<). T的Fredholm指标定义为ind(T)=α(T)β(T).指标为0的Fredholm算子称为Weyl算子.若T是Fredholm算子且p(T)=q(T)<,则称T是Browder算子.若p(T)=q(T)<,则称T为Drazin可逆.若λIT不可逆但Drazin可逆,则称λCT的极点,记Π(T)T的所有极点组成的集合.同时,用Π0(T)表示T的所有有限秩的极点,即

Π0(T)={λΠ(T):α(λIT)<}.

此外,定义

E(T)={λisoσ(T):0<α(λIT)},\E0(T)={λE(T):α(λIT)<},

显然Π0(T)E0(T).定义σ(T)表示T的谱集, T的本性谱σf(T), Weyl谱σw(T), Browder谱σb(T)分别定义为:

σf(T)={λC:λIT 不是Fredholm算子},

σw(T)={λC:λIT 不是Weyl算子},

σb(T)={λC:λIT 不是Browder算子}.

ρf(T)=Cσf(T),ρw(T)=Cσw(T),ρb(T)=Cσb(T)为这些谱子集相对应的预解集.

Dunford在文献[2]和[3]中引入了单值扩张性的概念(简称SVEP),它作为研究算子的谱的有力工具极大地丰富了算子谱结构的经典研究.称Tλ0C处有SVEP,如果对λ0的任何开邻域U,满足式子(λIT)f(λ)=0(λU)的唯一解析函数f:UXU上的零函数.称T有SVEP,若T在任意的λC处都有SVEP.显然, TTλisoσ(T)处都有SVEP.

近年来,许多学者对Weyl型定理从不同角度进行了研究, Coburn在文献[4]中称T满足Weyl定理,若σ(T)σw(T)=E0(T), Harte和Lee在文献[5]中称T满足Browder定理,若σ(T)σw(T)=Π0(T).本文利用算子的广义Kato分解特征,从广义Kato谱的角度继续探讨了有界线性算子满足Browder定理和Weyl定理的充要条件.

2 广义Kato分解与Weyl型定理

TL(X),称T为半正则算子,如果对任意的nN, R(Tn)闭且N(Tn)R(T).T有广义Kato分解(简记为GKD),如果存在T的不变子空间(M,N)使得T=MN,使得T|M半正则且T|N拟幂零.称T是Kato型算子,如果T有GKD(M, N)使得T|N是幂零的.称T是广义Drazin可逆的,如果存在SL(X)使得ST=TS,STS=S,TST=T+U,其中U是拟幂零的. Drazin可逆的算子必定是广义Drazin可逆的算子.记T的广义Kato谱和广义Drazin谱分别为:

σgk(T)={λC:λIT 没有广义Kato分解},

σgd(T)={λC:λIT 不是广义Drazin可逆的}.

ρgk(T)=Cσgk(T).由文献[6,定理4.2]知λσgd(T)当且仅当λaccσ(T), ρgd(T)ρgk(T).下面先引入有关σgk(T)σgd(T)的一个重要引理:

引理2.1  设TL(X),则σgd(T)=σgk(T)intσ(T).

  对任意的λσgd(T),则λaccσ(T).λσ(T),则λintσ(T)λIT有广义Kato分解,即λσgk(T)intσ(T).λσ(T),显然λisoσ(T),则λintσ(T)TT都在λ处有SVEP,由文献[7,定理3.1.11]可知, λIT有广义Kato分解,即λσgk(T)intσ(T).所以σgk(T)intσ(T)σgd(T).

反之,对任意的λσgk(T)intσ(T),则λσgk(T)λρ(T)σ(T).λσgk(T)λρ(T),显然λσgd(T).λσgk(T)λσ(T),由文献[7,推论3.1.12]可知, λisoσ(T),即λaccσ(T),则λσgd(T).所以, σgd(T)σgk(T)intσ(T).

下面利用σgk(T)σgd(T)刻画Browder定理和Weyl定理.

定理2.1  T满足Browder定理当且仅当σgd(T)σgk(T)intσw(T).

  )T满足Browder定理,即有σb(T)=σw(T).λ0σgk(T)intσw(T),有λ0σgk(T)λ0ρw(T)σw(T).

λ0σgk(T)λ0ρw(T),则λ0σw(T)=σb(T),即λ0IT是Browder算子,从而λ0IT是Drazin可逆算子,所以λ0σgd(T).

λ0σgk(T)λ0σw(T),因σb(T)=σw(T),有λ0σb(T),则对ε>0,都存在λ1满足0<|λ1λ0|<ε,使得λ1IT是Browder算子,即λ1IT是Fredholm算子且p(λ1IT)=q(λ1IT)<.下面分情况讨论.若p(λ1IT)=q(λ1IT)=0,则λ1IT可逆,所以λ0σ(T).0<p(λ1IT)=q(λ1IT)<,即λ1T的极点.因λ1IT是Fredholm算子,由文献[1,定义1.76]知,存在dN使得λ1IT是对nd有拓扑一致降指数的算子.于是,由文献[8,推论4.8]知,对任意满足(ε|λ1λ0|)>ε1>0ε1,都存在λ2满足0<|λ2λ1|<ε1,使得λ2IT可逆.因

0<|λ2λ0|<|λ2λ1|+|λ1λ0|<ε1+εε1<ε,

所以λ0σ(T).又因λ0σgk(T),由引理2.1可知, λ0σgd(T).因此

σgd(T)σgk(T)intσw(T).

)显然σw(T)σb(T),下证: σb(T)σw(T).λ0σw(T),即λ0IT是Weyl算子,则λ0σgk(T)intσw(T),从而λ0σgd(T),即有λ0accσ(T).λ0σ(T),显然λ0σb(T).λ0σ(T),则λ0isoσ(T).由文献[1,定理2.66]可知, λ0IT是Browder算子,即λσb(T).所以σb(T)σw(T).因此, T满足Browder定理.

定理2.2   T满足Weyl定理当且仅当σgd(T)σgk(T)intσw(T)σf(T)E0(T)=.

   )T满足Weyl定理,则T满足Browder定理,由定理2.1知, σgd(T)σgk(T)intσw(T).又由于E0(T)=σ(T)σw(T)ρf(T),所以, σf(T)E0(T)=.

)由定理2.1可知,当σgd(T)σgk(T)intσw(T)时, T满足Browder定理,即

σ(T)σw(T)=Π0(T)E0(T).

下面证明: E0(T)σ(T)σw(T).对任意的λE0(T),由于σf(T)E0(T)=,则λIT是Fredholm算子.因λisoσ(T),由文献[1,定理2.66]可知, λIT是Browder算子,所以λσ(T)σb(T)σ(T)σw(T).因此, σ(T)σw(T)=E0(T),即T满足Weyl定理.

在定理2.1和定理2.2中,若σgk(T)=,能否得到T满足Browder定理或者Weyl定理?

定理2.3  设TL(X), T满足Browder定理,如果T满足下列条件之一:

(1)σgk(T)=;

(2)任意的λσ(T)都是孤立的;

(3)任意的λσ(T)都是孤立的;

(4)σ(T)是一个有限集;

(5)σgd(T)=.

  由文献[7,定理3.2.17]知,条件(1)(2)(3)(4)(5)等价.若σgd(T)=,显然σgd(T)σgk(T)intσw(T),所以由定理2.1知, T满足Browder定理.

然而,当σgk(T)=时, T不一定满足Weyl定理.例如:设T(x1,x2,x3,)=(13x2,14x3,),(xn)l2(N),则σ(T)=σw(T)={0}E0(T)={0},由文献[7,定理3.2.17]可知σgk(T)=,但是σ(T)σw(T)=E0(T),即T不满足Weyl定理.

定理2.3的逆命题也不一定成立.例如:设TL(l2(N))是单边右移位算子,则σ(T)=σw(T)=D(0,1),其中D(0,1)C中的单位闭圆盘,且Π0(T)=.所以σ(T)σw(T)==Π0(T),即T满足Browder定理.但是, σ(T)=D(0,1)不是有限集,即(4)不成立,又由文献[7,定理3.2.17]可知, (1)(2)(3)(5)也不成立.

下面给出T满足Browder定理与σgk(T)=的等价条件.

定理2.4  σgk(T)=当且仅当T满足Browder定理且σb(T)σgd(T)=.

  )σgk(T)=,由定理2.3可知, T满足Browder定理.又由文献[7,定理3.2.17]可知, σgd(T)=,即有σb(T)σgd(T)=.

)由于T满足Browder定理,则Π0(T)=σ(T)σw(T)ρgk(T).σb(T)σgd(T)=,则σb(T)ρgd(T).又因ρgd(T)ρgk(T),所以σb(T)ρgk(T).显然ρ(T)ρgk(T).又由Π0(T)=σ(T)σb(T),所以

C=ρ(T)σ(T)=ρ(T)[σ(T)σb(T)]σb(T)=ρ(T)Π0(T)σb(T)ρgk(T),

因此, ρgk(T)=C,即σgk(T)=.

下面进一步利用σgk(T)来得到T满足Browder定理和Weyl定理的充要条件.

定理2.5  设TL(X),则下列叙述等价:

(1)T满足Browder定理;

(2)σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭};

(3)σb(T)[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭}.

  (1)(2)T满足Browder定理,即有σb(T)=σw(T).显然[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭}σw(T)=σb(T).

反之,设λ0[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭},则λ0ρw(T)σw(T), α(λ0IT)<R(λ0IT)闭,从而λ0IT是上半Fredholm算子.下面对λ0σgk(T)accσ(T)分两种情形讨论:

情形1    λ0σgk(T), λ0ρw(T)σw(T)λ0IT是上半Fredholm算子.

λ0ρw(T),因σw(T)=σb(T),则λ0σb(T).

λ0σw(T),因σb(T)=σw(T),由定理2.1的证明过程可知, λ0σ(T).

λ0σgk(T),由文献[7,推论3.1.12]知, λ0isoσ(T).又因λ0IT是上半Fredholm算子,由文献[1,定理2.66]可知, λ0IT是Browder算子,即λ0σb(T).

情形2   λ0accσ(T), λ0ρw(T)σw(T)λ0IT是上半Fredholm算子.

λ0σ(T),显然λ0σb(T).λ0σ(T),则λ0isoσ(T),由情形1的证明过程可知, λ0σb(T).

由情形1和情形2知, σb(T)[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭}.

(2)(3)显然成立.

(3)(1)显然σw(T)σb(T),又因σb(T)[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λC:R(λIT)不闭}σw(T),即有σb(T)σw(T).因此, σw(T)=σb(T),即T满足Browder定理.

定理2.6  设TL(X),则下列叙述等价:

(1)T满足Weyl定理;

(2)σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λσ(T):α(λIT)=α(λIT)=0};

(3)σb(T)[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=α(λIT)=0}.

  (1)(2)T满足Weyl定理,则T满足Browder定理,即有σb(T)=σw(T).于是,显然[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λσ(T):α(λIT)=α(λIT)=0}σw(T)=σb(T).

λ0[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λσ(T):α(λIT)=α(λIT)=0},若λ0σ(T),则λ0σb(T).不妨设λ0{λC:0<α(λIT)<}.分两种情形讨论:

情形1  λ0σgk(T), λ0ρw(T)σw(T)0<α(λ0IT)<.

λ0ρw(T),因σw(T)=σb(T),则λ0σb(T).

λ0σw(T),因σb(T)=σw(T),由定理2.1的证明过程可知, λ0σ(T).λ0σgk(T),由文献[7,推论3.1.12]可知, λ0isoσ(T).又因0<α(λ0IT)<,则λ0E0(T).由于T满足Weyl定理,所以λ0σw(T)=σb(T).

情形2  λ0accσ(T), λ0ρw(T)σw(T)0<α(λ0IT)<.

λ0σ(T),显然λ0σb(T).λ0σ(T),则λ0isoσ(T),由情形1的证明过程可知, λ0σb(T).

由情形1和情形2知, σb(T)[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λσ(T):α(λIT)=α(λIT)=0}.

(2)(3)显然成立.

(3)(1)由于{[σ(T)σw(T)]E0(T)}{[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=α(λIT)=0}}=,则{[σ(T)σw(T)]E0(T)}σb(T)=,从而[σ(T)σw(T)]σb(T)=E0(T)σb(T)=,所以σw(T)=σb(T)E0(T)σ(T)/σw(T).又因σ(T)/σw(T)=σ(T)σb(T)=Π0(T)E0(T),所以σ(T)/σw(T)=E0(T),即T满足Weyl定理.

TL(X),称T是isoloid算子,若isoσ(T)E(T).

推论2.1  Tisoloid算子且满足Weyl定理当且仅当σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}.

   )Tisoloid算子且满足Weyl定理,由定理2.6知, σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λσ(T):α(λIT)=α(λIT)=0}=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}{λσ(T):α(λIT)=0}.下面证明: {λσ(T):α(λIT)=0}[σgk(T)accσ(T)]intσw(T).

λ0[σgk(T)accσ(T)]intσw(T),由λ0intσw(T),有λ0ρw(T)σw(T).λ0ρw(T),显然λ0{λσ(T):α(λIT)=0}.λ0σw(T),因T满足Weyl定理,则T满足Browder定理,即有σb(T)=σw(T).由定理2.1的证明过程可知, λ0σ(T).又由λ0σgk(T)accσ(T),下面分两种情形讨论:

情形1  当λ0accσ(T)时,若λ0σ(T),则λ0{λσ(T):α(λIT)=0}.λ0σ(T),有λ0isoσ(T),因T是isoloid算子,则α(λ0IT)>0,所以λ0{λσ(T):α(λIT)=0}.

情形2  若λ0σgk(T),因λ0σ(T),由文献[7,推论3.1.12]可知, λ0isoσ(T).同情形1的证明过程可知, λ0{λσ(T):α(λIT)=0}.

因此

{λσ(T):α(λIT)=0}[σgk(T)accσ(T)]intσw(T).

所以

σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}.

)σb(T)=[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=},由定理2.6可知, T满足Weyl定理,下面证明T是isoloid算子.

对任意的λisoσ(T),若α(λIT)=0,则λ[σgk(T)accσ(T)]intσw(T){λC:α(λIT)=}=σb(T).又因T满足Weyl定理,则T满足Browder定理,即有λσb(T)=σw(T),所以λIT是Weyl算子.又由于α(λIT)=0,则λIT可逆,这与λisoσ(T)矛盾.因此, α(λIT)>0,即T是isoloid算子.

参考文献

Aiena P. Semi-Fredholm Operators, Perturbation Theory and Localized SVEP. Merida: Venezuela, 2007

[本文引用: 6]

Dounford N .

Spectral theory. Ⅱ. Resolutions of the identity

Pacific Journal of Mathematics, 1952, 2 (4): 559- 614

DOI:10.2140/pjm      [本文引用: 1]

Dounford N .

Spectral operators

Pacific Journal of Mathematics, 1954, 4 (3): 321- 354

DOI:10.2140/pjm      [本文引用: 1]

Coburn L A .

Weyl's theorem for nonnormal operators

Michigan Mathematical Journal, 1966, 13 (3): 285- 288

DOI:10.1307/mmj/1031732778      [本文引用: 1]

Harte R , Lee W Y .

Another note on Weyl's theorem

Transactions of the American Mathematical Society, 1997, 349 (5): 2115- 2124

DOI:10.1090/S0002-9947-97-01881-3      [本文引用: 1]

Koliha J J .

A generalized Drazin inverse

Glasgow Mathematcial Journal, 1996, 38 (3): 367- 381

DOI:10.1017/S0017089500031803      [本文引用: 1]

江樵芬.两类算子与局部谱理论[D].福州:福建师范大学, 2010

[本文引用: 8]

Jiang Q F. Two Classes of Operators and Local Spectral Theory[D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2010

[本文引用: 8]

Grabiner S .

Uniform ascent and descent of bounded operators

Journal of the Mathematical Society of Japan, 1982, 34 (2): 172- 175

URL     [本文引用: 1]

/