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Para operadores lineales acotados con estas características, ¿es la norma del operador de su diferencia mayor que 1?

Dejemos que $X$ sea un espacio lineal normado, y sea $T$ , $S$ ser dos diferentes operadores lineales acotados en $X$ tal que $T^2=T$ , $S^2=S$ , $TS=ST$ . Demostrar que $\lVert T-S\rVert \geq 1$ .

Esta era una pregunta de un examen preliminar que hice ayer. Hablando con algunos compañeros después, resultó que ninguno de nosotros la resolvió.

He conseguido demostrar que $\lVert T \rVert \geq 1$ y lo mismo para $S$ , ya que: $$\lVert T^2 \rVert\leq \lVert T\rVert^2 \implies \lVert T \rVert\leq \lVert T\rVert^2 \implies \lVert T \rVert\geq 1$$ Pero esto no pareció ayudarme. Después de eso, mi estrategia fue probar un reductio , suponiendo que $\lVert T-S\rVert <1$ y luego multiplicar ambos lados por $\lVert T-S\rVert$ o $\lVert T+S\rVert$ . Nada de esto parece llevarme a ninguna parte. Cualquier consejo sería apreciado.

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H. H. Rugh Puntos 1963

Supongamos que $\|T-S\|<1$ . Dejemos que $Tv=0$ y establecer $w=Sv$ . Entonces $$ S w = S^2 v = Sv = w \ \ \mbox{and} \ \ T w = T S v=STv =0$$ así que $|w| = |(S-T)w|\leq \|S-T\| \; |w|$ que implica $w=0$ . Así, $S$ y $T$ tienen los mismos núcleos. Del mismo modo, $1-S$ y $1-T$ tienen los mismos núcleos por lo que $S$ y $T$ también tienen las mismas imágenes. De ello se desprende que $S=T$ .

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