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双线性形式

设V是域F上的(n+1)维向量空间,如果函数σ:V×V→F,满足条件: σ(ax1+bx2,y)=aσ(x1,y)+bσ(x2,y),a、b∈F,x1、x2、y∈V, σ(x,ay1+by2)=aσ(x,y1)+bσ(x,y2),a、b∈F,x、y1、y2∈V,则σ称为定义在V上的双线性形式。

基本介绍

设H是Hilbert空间,是自伴算子,令则满足:

(i);

(ii);

(iii)。

(i)和(ii)实际是说,关于第一个变元x是线性的,从(iii)知关于第二个变元y是共轭线性的,即

我们可以利用上述性质给出一个更一般的概念。

定义1设H是Hilbert空间,如果二元映射满足:

(i)

(ii)

则称为H上的双线性形式。

如果条件(ii)代以更强的:

(iii),则称为H上共轭的双线性形式。

如果一个双线性形式满足:

(iv) 存在,使则称为有界双线性形式。

若双线性形式满足:

(v)对任意,则称为自伴双线性形式。

如果共轭双线性形式满足:

(vi)对所有的,则称为正定的双线性形式。

注: 双线性形式关于后一个变量实际上是共轭线性的,故而有的书上又称双线性形式为一次半线性形式。

条件(vi)实际上只是半正定性,因为并不能推出,有时候我们仿照内积的记号,记双线性形式为。

根据定义,对有界算子是有界的双线性形式,如果T还是自伴算子或正算子,则还是自伴或正定的。

相关定理

除了Hilbert空间上的有界线性算子诱导的双线性形式之外,还有没有其他的双线性形式?下面我们就来讨论这个问题。

定理1

如果是H上的有界双线性形式,则存在唯一的有界算子T,使

推论

如果是H上的有界共轭(正定)双线性形式,则存在唯一的自伴(正)算子T,使

定义4 Hilbert空间H上的实函数如果满足:

(i)

(ii)

(iii) 存在,使,

则称为H上的有界实二次形式。

由此可见,对有界的共轭双线性形式,是H上的有界实二次形式,那么H上的任一有界实二次形式是否都是由某个共轭双线性形式诱导的呢?下面的定理回答了这个问题。

定理2

设是Hilbert空间H上的有界实二次形式,则存在唯一的有界共轭双线性形式,使

结论

如果是H上有界实二次形式,则存在有界自伴算子T,使。

定理3

如果是H上的正定双线性形式,则有

特别地,如果T是正算子,则有

上式称为广义Schwarz不等式。

参考资料