Articulo de referencia

Cálculo funcional continuo

En matemáticas , particularmente en teoría de operadores y teoría de álgebra C* , el cálculo funcional continuo es un cálculo funcional que permite la aplicación de una función ...

En matemáticas , particularmente en teoría de operadores y teoría de álgebra C* , el cálculo funcional continuo es un cálculo funcional que permite la aplicación de una función continua a elementos normales de un álgebra C*.

En teoría avanzada, las aplicaciones de este cálculo funcional son tan naturales que a menudo ni siquiera se mencionan. No es exagerado decir que el cálculo funcional continuo marca la diferencia entre las C*-álgebras y las álgebras de Banach generales , en las que solo existe un cálculo funcional holomorfo .

Motivación

Si se quiere extender el cálculo funcional natural para polinomios en el espectro de un elemento de un álgebra de Banach a un cálculo funcional para funciones continuas en el espectro, parece obvio aproximar una función continua por polinomios según el teorema de Stone-Weierstrass , insertar el elemento en estos polinomios y mostrar que esta secuencia de elementos converge a . Las funciones continuas en se aproximan por polinomios en y , es decir, por polinomios de la forma . Aquí, denota la conjugación compleja , que es una involución en los números complejos . [1] Para poder insertar en lugar de en este tipo de polinomio, se consideran *-álgebras de Banach , es decir, álgebras de Banach que también tienen una involución *, y se inserta en lugar de . Para obtener un homomorfismo , es necesaria una restricción a los elementos normales, es decir, elementos con , ya que el anillo polinomial es conmutativo . Si es una sucesión de polinomios que converge uniformemente a una función continua , debe asegurarse la convergencia de la sucesión en a un elemento . Un análisis detallado de este problema de convergencia muestra que es necesario recurrir a las C*-álgebras. Estas consideraciones conducen al llamado cálculo funcional continuo. σ ( a ) {\displaystyle \sigma(a)} a {\estilo de visualización a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} do ( σ ( a ) ) {\displaystyle C(\sigma (a))} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} σ ( a ) do {\displaystyle \sigma (a)\subconjunto \mathbb {C} } el {\estilo de visualización z} el ¯ {\displaystyle {\overline {z}}} pag ( el , el ¯ ) = a , yo = 0 norte do a , yo el a el ¯ yo ( do a , yo do ) {\textstyle p(z,{\overline {z}})=\sum _{k,l=0}^{N}c_{k,l}z^{k}{\overline {z}}^{l}\;\left(c_{k,l}\in \mathbb {C} \right)} el ¯ {\displaystyle {\overline {z}}} a {\estilo de visualización a} el {\estilo de visualización z} a {\displaystyle a^{*}} el ¯ {\displaystyle {\overline {z}}} do [ el , el ¯ ] A {\displaystyle {\mathbb {C} }[z,{\overline {z}}]\rightarrow {\mathcal {A}}} a a = a a {\displaystyle a^{*}a=aa^{*}} do [ el , el ¯ ] {\displaystyle \mathbb {C} [z,{\overline {z}}]} ( pag norte ( el , el ¯ ) ) norte {\displaystyle (p_{n}(z,{\overline {z}}))_{n}} σ ( a ) {\displaystyle \sigma(a)} F {\estilo de visualización f} ( pag norte ( a , a ) ) norte {\displaystyle (p_{n}(a,a^{*}))_{n}} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} F ( a ) {\estilo de visualización f(a)}

Teorema

cálculo funcional continuo  —  Sea un elemento normal del C*-álgebra con elemento unidad y sea el C*-álgebra conmutativa de funciones continuas en , el espectro de . Entonces existe exactamente un *-homomorfismo con para y para la identidad . [2] a {\estilo de visualización a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} mi {\estilo de visualización e} do ( σ ( a ) ) {\displaystyle C(\sigma (a))} σ ( a ) {\displaystyle \sigma(a)} a {\estilo de visualización a} Φ a : do ( σ ( a ) ) A {\displaystyle \Phi _{a}\colon C(\sigma (a))\rightarrow {\mathcal {A}}} Φ a ( 1 ) = mi {\displaystyle \Phi _{a}({\boldsymbol {1}})=e} 1 ( el ) = 1 {\displaystyle {\boldsymbol {1}}(z)=1} Φ a ( Identificación σ ( a ) ) = a {\displaystyle \Phi _{a}(\operatorname {Id} _{\sigma (a)})=a}

La aplicación se denomina cálculo funcional continuo del elemento normal . Generalmente se establece de manera sugestiva . [3] Φ a {\displaystyle \Phi_{a}} a {\estilo de visualización a} F ( a ) := Φ a ( F ) {\displaystyle f(a):=\Phi _{a}(f)}

Debido a la propiedad de *-homomorfismo, las siguientes reglas de cálculo se aplican a todas las funciones y escalares : [4] F , gramo do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f,g\en C(\sigma (a))} la , micras do {\displaystyle \lambda ,\mu \in \mathbb {C} }

Por lo tanto, podemos imaginarnos insertando los elementos normales en funciones continuas; las operaciones algebraicas obvias se comportan como se espera.

El requisito de un elemento unitario no es una restricción significativa. Si es necesario, se puede añadir un elemento unitario , obteniéndose la C*-álgebra ampliada . Entonces, si y con , se sigue que y . [5] A 1 {\displaystyle {\mathcal {A}}_{1}} a A {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}} F do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\en C(\sigma (a))} F ( 0 ) = 0 {\displaystyle f(0)=0} 0 σ ( a ) {\displaystyle 0\en \sigma (a)} F ( a ) A A 1 {\displaystyle f(a)\en {\mathcal {A}}\subconjunto {\mathcal {A}}_{1}}

La existencia y unicidad del cálculo funcional continuo se demuestran por separado:

  • Existencia: Puesto que el espectro de en la subálgebra C* generada por y es el mismo que en , basta con mostrar el enunciado para . [6] La construcción real es casi inmediata a partir de la representación de Gelfand : basta con suponer que es el álgebra C* de funciones continuas en algún espacio compacto y definir . [7] a {\estilo de visualización a} do ( a , mi ) Estilo de visualización C*(a,e) a {\estilo de visualización a} mi {\estilo de visualización e} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} A = do ( a , mi ) {\displaystyle {\mathcal {A}}=C^{*}(a,e)} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} incógnita {\estilo de visualización X} Φ a ( F ) = F incógnita {\displaystyle \Phi_{a}(f)=f\circ x}
  • Unicidad: Como y son fijos, ya está definido de forma única para todos los polinomios , ya que es un *-homomorfismo. Estos forman una subálgebra densa de por el teorema de Stone-Weierstrass. Por lo tanto, es único. [7] Φ a ( 1 ) {\displaystyle \Phi _{a}({\boldsymbol {1}})} Φ a ( Identificación σ ( a ) ) {\displaystyle \Phi _{a}(\operatorname {Id} _{\sigma (a)})} Φ a {\displaystyle \Phi_{a}} pag ( el , el ¯ ) = a , yo = 0 norte do a , yo el a el ¯ yo ( do a , yo do ) {\textstyle p(z,{\overline {z}})=\sum _{k,l=0}^{N}c_{k,l}z^{k}{\overline {z}}^{l}\;\left(c_{k,l}\in \mathbb {C} \right)} Φ a {\displaystyle \Phi_{a}} do ( σ ( a ) ) {\displaystyle C(\sigma (a))} Φ a {\displaystyle \Phi_{a}}

En el análisis funcional, el cálculo funcional continuo para un operador normal es a menudo de interés, es decir, el caso donde es el C*-álgebra de operadores acotados en un espacio de Hilbert . En la literatura, el cálculo funcional continuo a menudo solo se demuestra para operadores autoadjuntos en este contexto. En este caso, la prueba no necesita la representación de Gelfand. [8] yo {\estilo de visualización T} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} B ( yo ) {\displaystyle {\mathcal {B}}(H)} yo {\estilo de visualización H}

Otras propiedades del cálculo funcional continuo

El cálculo funcional continuo es un isomorfismo isométrico en la subálgebra C* generada por y , es decir: [7] Φ a {\displaystyle \Phi_{a}} do ( a , mi ) Estilo de visualización C*(a,e) a {\estilo de visualización a} mi {\estilo de visualización e}

  • " Φ a ( F ) " = " F " σ ( a ) {\displaystyle \left\|\Phi _{a}(f)\right\|=\left\|f\right\|_{\sigma (a)}} para todos ; es por lo tanto continua. F do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\en C(\sigma (a))} Φ a {\displaystyle \Phi_{a}}
  • Φ a ( do ( σ ( a ) ) ) = do ( a , mi ) A {\displaystyle \Phi _{a}\left(C(\sigma (a))\right)=C^{*}(a,e)\subseteq {\mathcal {A}}}

Dado que es un elemento normal de , la subálgebra C* generada por y es conmutativa. En particular, es normal y todos los elementos de un cálculo funcional conmutan. [9] a {\estilo de visualización a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} a {\estilo de visualización a} mi {\estilo de visualización e} F ( a ) {\estilo de visualización f(a)}

El cálculo funcional holomórfico se extiende mediante el cálculo funcional continuo de forma inequívoca . [10] Por lo tanto, para polinomios el cálculo funcional continuo corresponde al cálculo funcional natural para polinomios: para todos con . [3] pag ( el , el ¯ ) {\displaystyle p(z,{\overline {z}})} Φ a ( pag ( el , el ¯ ) ) = pag ( a , a ) = a , yo = 0 norte do a , yo a a ( a ) yo {\textstyle \Phi _{a}(p(z,{\overline {z}}))=p(a,a^{*})=\sum _{k,l=0}^{N}c_ {k,l}a^{k}(a^{*})^{l}} pag ( el , el ¯ ) = a , yo = 0 norte do a , yo el a el ¯ yo {\textstyle p(z,{\overline {z}})=\sum _{k,l=0}^{N}c_{k,l}z^{k}{\overline {z}}^{ l}} do a , yo do {\displaystyle c_{k,l}\in \mathbb {C} }

Para una secuencia de funciones que converge uniformemente a una función , converge a . [11] Para una serie de potencias , que converge de manera absolutamente uniforme a , por lo tanto se cumple. [12] F norte do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f_{n}\en C(\sigma (a))} σ ( a ) {\displaystyle \sigma(a)} F do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\en C(\sigma (a))} F norte ( a ) Estilo de visualización f_{n}(a) F ( a ) {\estilo de visualización f(a)} F ( el ) = norte = 0 do norte el norte {\textstyle f(z)=\sum _ {n=0}^{\infty }c_ {n}z^{n}} σ ( a ) {\displaystyle \sigma(a)} F ( a ) = norte = 0 do norte a norte {\textstyle f(a)=\sum _ {n=0}^{\infty }c_ {n}a^{n}}

Si y , entonces se cumple para su composición . [5] Si son dos elementos normales con y es la función inversa de en ambos y , entonces , ya que . [13] F do ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\in {\mathcal {C}}(\sigma (a))} gramo do ( σ ( F ( a ) ) ) {\displaystyle g\in {\mathcal {C}}(\sigma (f(a)))} ( gramo F ) ( a ) = gramo ( F ( a ) ) {\displaystyle (g\circ f)(a)=g(f(a))} a , b A norte {\displaystyle a,b\in {\mathcal {A}}_{N}} f ( a ) = f ( b ) {\displaystyle f(a)=f(b)} g {\displaystyle g} f {\displaystyle f} σ ( a ) {\displaystyle \sigma (a)} σ ( b ) {\displaystyle \sigma (b)} a = b {\displaystyle a=b} a = ( f g ) ( a ) = f ( g ( a ) ) = f ( g ( b ) ) = ( f g ) ( b ) = b {\displaystyle a=(f\circ g)(a)=f(g(a))=f(g(b))=(f\circ g)(b)=b}

El teorema de mapeo espectral se aplica: para todo . [7] σ ( f ( a ) ) = f ( σ ( a ) ) {\displaystyle \sigma (f(a))=f(\sigma (a))} f C ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\in C(\sigma (a))}

Si se cumple para , entonces también se cumple para todos los , es decir, si conmuta con , entonces también con los elementos correspondientes del cálculo funcional continuo . [14] a b = b a {\displaystyle ab=ba} b A {\displaystyle b\in {\mathcal {A}}} f ( a ) b = b f ( a ) {\displaystyle f(a)b=bf(a)} f C ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\in C(\sigma (a))} b {\displaystyle b} a {\displaystyle a} f ( a ) {\displaystyle f(a)}

Sea un *-homomorfismo unital entre C*-álgebras y . Entonces conmuta con el cálculo funcional continuo. Se cumple lo siguiente: para todo . En particular, el cálculo funcional continuo conmuta con la representación de Gelfand . [4] Ψ : A B {\displaystyle \Psi \colon {\mathcal {A}}\rightarrow {\mathcal {B}}} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} B {\displaystyle {\mathcal {B}}} Ψ {\displaystyle \Psi } Ψ ( f ( a ) ) = f ( Ψ ( a ) ) {\displaystyle \Psi (f(a))=f(\Psi (a))} f C ( σ ( a ) ) {\displaystyle f\in C(\sigma (a))}

Con el teorema de mapeo espectral, las funciones con ciertas propiedades pueden relacionarse directamente con ciertas propiedades de elementos de C*-álgebras: [15]

  • f ( a ) {\displaystyle f(a)} es invertible si y sólo si no tiene cero en . [16] Entonces se cumple. [17] f {\displaystyle f} σ ( a ) {\displaystyle \sigma (a)} f ( a ) 1 = 1 f ( a ) {\textstyle f(a)^{-1}={\tfrac {1}{f}}(a)}
  • f ( a ) {\displaystyle f(a)} es autoadjunto si y sólo si tiene un valor real , es decir . f {\displaystyle f} f ( σ ( a ) ) R {\displaystyle f(\sigma (a))\subseteq \mathbb {R} }
  • f ( a ) {\displaystyle f(a)} es positivo ( ) si y sólo si , es decir . f ( a ) 0 {\displaystyle f(a)\geq 0} f 0 {\displaystyle f\geq 0} f ( σ ( a ) ) [ 0 , ) {\displaystyle f(\sigma (a))\subseteq [0,\infty )}
  • f ( a ) {\displaystyle f(a)} es unitario si todos los valores de se encuentran en el grupo del círculo , es decir . f {\displaystyle f} f ( σ ( a ) ) T = { λ C λ = 1 } {\displaystyle f(\sigma (a))\subseteq \mathbb {T} =\{\lambda \in \mathbb {C} \mid \left\|\lambda \right\|=1\}}
  • f ( a ) {\displaystyle f(a)} es una proyección si solo toma los valores y , es decir . f {\displaystyle f} 0 {\displaystyle 0} 1 {\displaystyle 1} f ( σ ( a ) ) { 0 , 1 } {\displaystyle f(\sigma (a))\subseteq \{0,1\}}

Estos se basan en afirmaciones sobre el espectro de ciertos elementos, que se muestran en la sección Aplicaciones.

En el caso especial que es el C*-álgebra de operadores acotados para un espacio de Hilbert , los vectores propios para el valor propio de un operador normal son también vectores propios para el valor propio del operador . Si , entonces también se cumple para todo . [18] A {\displaystyle {\mathcal {A}}} B ( H ) {\displaystyle {\mathcal {B}}(H)} H {\displaystyle H} v H {\displaystyle v\in H} λ σ ( T ) {\displaystyle \lambda \in \sigma (T)} T B ( H ) {\displaystyle T\in {\mathcal {B}}(H)} f ( λ ) σ ( f ( T ) ) {\displaystyle f(\lambda )\in \sigma (f(T))} f ( T ) {\displaystyle f(T)} T v = λ v {\displaystyle Tv=\lambda v} f ( T ) v = f ( λ ) v {\displaystyle f(T)v=f(\lambda )v} f σ ( T ) {\displaystyle f\in \sigma (T)}

Aplicaciones

Las siguientes aplicaciones son ejemplos típicos y muy simples de las numerosas aplicaciones del cálculo funcional continuo:

Espectro

Sea un álgebra C* y un elemento normal. Entonces se aplica lo siguiente al espectro : [15] A {\displaystyle {\mathcal {A}}} a A N {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}_{N}} σ ( a ) {\displaystyle \sigma (a)}

  • a {\displaystyle a} es autoadjunto si y sólo si . σ ( a ) R {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \mathbb {R} }
  • a {\displaystyle a} es unitario si y sólo si . σ ( a ) T = { λ C λ = 1 } {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \mathbb {T} =\{\lambda \in \mathbb {C} \mid \left\|\lambda \right\|=1\}}
  • a {\displaystyle a} es una proyección si y sólo si . σ ( a ) { 0 , 1 } {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \{0,1\}}

Demostración. [3] El cálculo funcional continuo para el elemento normal es un *-homomorfismo con y por lo tanto es autoadjunto/unitario/una proyección si es también autoadjunto/unitario/una proyección. Exactamente entonces es autoadjunto si se cumple para todo , es decir, si es real. Exactamente entonces es unitario si se cumple para todo , por lo tanto . Exactamente entonces es una proyección si y solo si , es decir, para todo , es decir, Φ a {\displaystyle \Phi _{a}} a A {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}} Φ a ( Id ) = a {\displaystyle \Phi _{a}(\operatorname {Id} )=a} a {\displaystyle a} Id C ( σ ( a ) ) {\displaystyle \operatorname {Id} \in C(\sigma (a))} Id {\displaystyle \operatorname {Id} } z = Id ( z ) = Id ¯ ( z ) = z ¯ {\displaystyle z={\text{Id}}(z)={\overline {\text{Id}}}(z)={\overline {z}}} z σ ( a ) {\displaystyle z\in \sigma (a)} σ ( a ) {\displaystyle \sigma (a)} Id {\displaystyle {\text{Id}}} 1 = Id ( z ) Id ¯ ( z ) = z z ¯ = | z | 2 {\displaystyle 1={\text{Id}}(z){\overline {\operatorname {Id} }}(z)=z{\overline {z}}=|z|^{2}} z σ ( a ) {\displaystyle z\in \sigma (a)} σ ( a ) { λ C   |   λ = 1 } {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \{\lambda \in \mathbb {C} \ |\ \left\|\lambda \right\|=1\}} Id {\displaystyle {\text{Id}}} ( Id ( z ) ) 2 = Id ( z ) = Id ( z ) ¯ {\displaystyle (\operatorname {Id} (z))^{2}=\operatorname {Id} }(z)={\overline {\operatorname {Id} (z)}} z 2 = z = z ¯ {\displaystyle z^{2}=z={\overline {z}}} z σ ( a ) {\displaystyle z\in \sigma (a)} σ ( a ) { 0 , 1 } {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \{0,1\}}

Raíces

Sea un elemento positivo de un C*-álgebra . Entonces para cada existe un elemento positivo determinado de manera única con , es decir, una raíz -ésima única . [19] a {\displaystyle a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} n N {\displaystyle n\in \mathbb {N} } b A + {\displaystyle b\in {\mathcal {A}}_{+}} b n = a {\displaystyle b^{n}=a} n {\displaystyle n}

Demostración. Para cada , la función raíz es una función continua en . Si se define utilizando el cálculo funcional continuo, entonces se deduce de las propiedades del cálculo. Del teorema de mapeo espectral se deduce , es decir, es positivo. [19] Si es otro elemento positivo con , entonces se cumple, ya que la función raíz en los números reales positivos es una función inversa a la función . [13] n N {\displaystyle n\in \mathbb {N} } f n : R 0 + R 0 + , x x n {\displaystyle f_{n}\colon \mathbb {R} _{0}^{+}\to \mathbb {R} _{0}^{+},x\mapsto {\sqrt[{n}]{x}}} σ ( a ) R 0 + {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \mathbb {R} _{0}^{+}} b : = f n ( a ) {\displaystyle b\;\colon =f_{n}(a)} b n = ( f n ( a ) ) n = ( f n n ) ( a ) = Id σ ( a ) ( a ) = a {\displaystyle b^{n}=(f_{n}(a))^{n}=(f_{n}^{n})(a)=\operatorname {Id} _{\sigma (a)}(a)=a} σ ( b ) = σ ( f n ( a ) ) = f n ( σ ( a ) ) [ 0 , ) {\displaystyle \sigma (b)=\sigma (f_{n}(a))=f_{n}(\sigma (a))\subseteq [0,\infty )} b {\displaystyle b} c A + {\displaystyle c\in {\mathcal {A}}_{+}} c n = a = b n {\displaystyle c^{n}=a=b^{n}} c = f n ( c n ) = f n ( b n ) = b {\displaystyle c=f_{n}(c^{n})=f_{n}(b^{n})=b} z z n {\displaystyle z\mapsto z^{n}}

Si es un elemento autoadjunto, entonces al menos para cada impar hay un elemento autoadjunto determinado de forma única con . [20] a A s a {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}_{sa}} n N {\displaystyle n\in \mathbb {N} } b A s a {\displaystyle b\in {\mathcal {A}}_{sa}} b n = a {\displaystyle b^{n}=a}

De manera similar, para un elemento positivo de un C*-álgebra , cada uno define un elemento positivo determinado de manera única de , tal que se cumple para todo . Si es invertible, esto también se puede extender a valores negativos de . [19] a {\displaystyle a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} α 0 {\displaystyle \alpha \geq 0} a α {\displaystyle a^{\alpha }} C ( a ) {\displaystyle C^{*}(a)} a α a β = a α + β {\displaystyle a^{\alpha }a^{\beta }=a^{\alpha +\beta }} α , β 0 {\displaystyle \alpha ,\beta \geq 0} a {\displaystyle a} α {\displaystyle \alpha }

Valor absoluto

Si , entonces el elemento es positivo, de modo que el valor absoluto puede definirse mediante el cálculo funcional continuo , ya que es continuo en los números reales positivos. [21] a A {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}} a a {\displaystyle a^{*}a} | a | = a a {\displaystyle |a|={\sqrt {a^{*}a}}}

Sea un elemento autoadjunto de un C*-álgebra , entonces existen elementos positivos , tales que con se cumple. Los elementos y también se denominan partes positiva y negativa . [22] Además, se cumple. [23] a {\displaystyle a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} a + , a A + {\displaystyle a_{+},a_{-}\in {\mathcal {A}}_{+}} a = a + a {\displaystyle a=a_{+}-a_{-}} a + a = a a + = 0 {\displaystyle a_{+}a_{-}=a_{-}a_{+}=0} a + {\displaystyle a_{+}} a {\displaystyle a_{-}} | a | = a + + a {\displaystyle |a|=a_{+}+a_{-}}

Demostración. Las funciones y son funciones continuas en con y . Supongamos que y . De acuerdo con el teorema de mapeo espectral, y son elementos positivos para los cuales y se cumple. [22] Además, , tal que se cumple. [23] f + ( z ) = max ( z , 0 ) {\displaystyle f_{+}(z)=\max(z,0)} f ( z ) = min ( z , 0 ) {\displaystyle f_{-}(z)=-\min(z,0)} σ ( a ) R {\displaystyle \sigma (a)\subseteq \mathbb {R} } Id ( z ) = z = f + ( z ) f ( z ) {\displaystyle \operatorname {Id} (z)=z=f_{+}(z)-f_{-}(z)} f + ( z ) f ( z ) = f ( z ) f + ( z ) = 0 {\displaystyle f_{+}(z)f_{-}(z)=f_{-}(z)f_{+}(z)=0} a + = f + ( a ) {\displaystyle a_{+}=f_{+}(a)} a = f ( a ) {\displaystyle a_{-}=f_{-}(a)} a + {\displaystyle a_{+}} a {\displaystyle a_{-}} a = Id ( a ) = ( f + f ) ( a ) = f + ( a ) f ( a ) = a + a {\displaystyle a=\operatorname {Id} (a)=(f_{+}-f_{-})(a)=f_{+}(a)-f_{-}(a)=a_{+}-a_{-}} a + a = f + ( a ) f ( a ) = ( f + f ) ( a ) = 0 = ( f f + ) ( a ) = f ( a ) f + ( a ) = a a + {\displaystyle a_{+}a_{-}=f_{+}(a)f_{-}(a)=(f_{+}f_{-})(a)=0=(f_{-}f_{+})(a)=f_{-}(a)f_{+}(a)=a_{-}a_{+}} f + ( z ) + f ( z ) = | z | = z z = z 2 {\textstyle f_{+}(z)+f_{-}(z)=|z|={\sqrt {z^{*}z}}={\sqrt {z^{2}}}} a + + a = f + ( a ) + f ( a ) = | a | = a a = a 2 {\textstyle a_{+}+a_{-}=f_{+}(a)+f_{-}(a)=|a|={\sqrt {a^{*}a}}={\sqrt {a^{2}}}}

Elementos unitarios

Si es un elemento autoadjunto de un C*-álgebra con elemento unidad , entonces es unitario, donde denota la unidad imaginaria . Por el contrario, si es un elemento unitario, con la restricción de que el espectro es un subconjunto propio del círculo unidad, es decir , existe un elemento autoadjunto con . [24] a {\displaystyle a} A {\displaystyle {\mathcal {A}}} e {\displaystyle e} u = e i a {\displaystyle u=\mathrm {e} ^{\mathrm {i} a}} i {\displaystyle \mathrm {i} } u A U {\displaystyle u\in {\mathcal {A}}_{U}} σ ( u ) T {\displaystyle \sigma (u)\subsetneq \mathbb {T} } a A s a {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}_{sa}} u = e i a {\displaystyle u=\mathrm {e} ^{\mathrm {i} a}}

Demostración. [24] Es con , ya que es autoadjunto, se sigue que , ie es una función en el espectro de . Como , utilizando el cálculo funcional se sigue, ie es unitario. Como para el otro enunciado hay un , tal que la función es una función continua de valor real en el espectro para , tal que es un elemento autoadjunto que satisface . u = f ( a ) {\displaystyle u=f(a)} f : R C ,   x e i x {\displaystyle f\colon \mathbb {R} \to \mathbb {C} ,\ x\mapsto \mathrm {e} ^{\mathrm {i} x}} a {\displaystyle a} σ ( a ) R {\displaystyle \sigma (a)\subset \mathbb {R} } f {\displaystyle f} a {\displaystyle a} f f ¯ = f ¯ f = 1 {\displaystyle f\cdot {\overline {f}}={\overline {f}}\cdot f=1} u u = u u = e {\displaystyle uu^{*}=u^{*}u=e} u {\displaystyle u} z 0 T {\displaystyle z_{0}\in \mathbb {T} } σ ( u ) { e i z z 0 z z 0 + 2 π } {\displaystyle \sigma (u)\subseteq \{\mathrm {e} ^{\mathrm {i} z}\mid z_{0}\leq z\leq z_{0}+2\pi \}} f ( e i z ) = z {\displaystyle f(\mathrm {e} ^{\mathrm {i} z})=z} σ ( u ) {\displaystyle \sigma (u)} z 0 z z 0 + 2 π {\displaystyle z_{0}\leq z\leq z_{0}+2\pi } a = f ( u ) {\displaystyle a=f(u)} e i a = e i f ( u ) = u {\displaystyle \mathrm {e} ^{\mathrm {i} a}=\mathrm {e} ^{\mathrm {i} f(u)}=u}

Teorema de descomposición espectral

Sea una C*-álgebra unital y un elemento normal. Sea el espectro formado por subconjuntos cerrados disjuntos por pares para todos los , es decir . Entonces existen proyecciones que tienen las siguientes propiedades para todos los : [25] A {\displaystyle {\mathcal {A}}} a A N {\displaystyle a\in {\mathcal {A}}_{N}} n {\displaystyle n} σ k C {\displaystyle \sigma _{k}\subset \mathbb {C} } 1 k n {\displaystyle 1\leq k\leq n} σ ( a ) = σ 1 σ n {\displaystyle \sigma (a)=\sigma _{1}\sqcup \cdots \sqcup \sigma _{n}} p 1 , , p n A {\displaystyle p_{1},\ldots ,p_{n}\in {\mathcal {A}}} 1 j , k n {\displaystyle 1\leq j,k\leq n}

  • Para el espectro, se mantiene. σ ( p k ) = σ k {\displaystyle \sigma (p_{k})=\sigma _{k}}
  • Las proyecciones conmutan con , es decir . a {\displaystyle a} p k a = a p k {\displaystyle p_{k}a=ap_{k}}
  • Las proyecciones son ortogonales , es decir . p j p k = δ j k p k {\displaystyle p_{j}p_{k}=\delta _{jk}p_{k}}
  • La suma de las proyecciones es el elemento unitario, es decir . k = 1 n p k = e {\textstyle \sum _{k=1}^{n}p_{k}=e}

En particular, hay una descomposición para la cual se cumple para todo . a = k = 1 n a k {\textstyle a=\sum _{k=1}^{n}a_{k}} σ ( a k ) = σ k {\displaystyle \sigma (a_{k})=\sigma _{k}} 1 k n {\displaystyle 1\leq k\leq n}

Demostración. [25] Como todas son cerradas, las funciones características son continuas en . Ahora sea definida usando la funcional continua. Como las son disjuntas por pares, y se cumple y por lo tanto satisfacen las propiedades reclamadas, como se puede ver a partir de las propiedades de la ecuación funcional continua. Para el último enunciado, sea . σ k {\displaystyle \sigma _{k}} χ σ k {\displaystyle \chi _{\sigma _{k}}} σ ( a ) {\displaystyle \sigma (a)} p k := χ σ k ( a ) {\displaystyle p_{k}:=\chi _{\sigma _{k}}(a)} σ k {\displaystyle \sigma _{k}} χ σ j χ σ k = δ j k χ σ k {\displaystyle \chi _{\sigma _{j}}\chi _{\sigma _{k}}=\delta _{jk}\chi _{\sigma _{k}}} k = 1 n χ σ k = χ k = 1 n σ k = χ σ ( a ) = 1 {\textstyle \sum _{k=1}^{n}\chi _{\sigma _{k}}=\chi _{\cup _{k=1}^{n}\sigma _{k}}=\chi _{\sigma (a)}={\textbf {1}}} p k {\displaystyle p_{k}} a k = a p k = Id ( a ) χ σ k ( a ) = ( Id χ σ k ) ( a ) {\displaystyle a_{k}=ap_{k}=\operatorname {Id} (a)\cdot \chi _{\sigma _{k}}(a)=(\operatorname {Id} \cdot \chi _{\sigma _{k}})(a)}

Notas

  1. ^ Dixmier 1977, pág. 3.
  2. ^ Dixmier 1977, págs. 12-13.
  3. ^ abc Kadison y Ringrose 1983, pág. 272.
  4. ^ desde Dixmier 1977, pág. 5,13.
  5. ^ desde Dixmier 1977, pág. 14.
  6. ^ Dixmier 1977, pág. 11.
  7. ^ abcd Dixmier 1977, pág. 13.
  8. ^ Reed y Simon 1980, págs. 222-223.
  9. ^ Dixmier 1977, págs. 5, 13.
  10. ^ Kaniuth 2009, pág. 147.
  11. ^ Blackadar 2006, pág. 62.
  12. ^ Deitmar y Echterhoff 2014, pág. 55.
  13. ^ desde Kadison y Ringrose 1983, pág. 275.
  14. ^ Kadison y Ringrose 1983, pág. 239.
  15. ^ desde Kadison y Ringrose 1983, pág. 271.
  16. ^ Kaballo 2014, pág. 332.
  17. ^ Schmüdgen 2012, pág. 93.
  18. ^ Reed y Simon 1980, pág. 222.
  19. ^ abc Kadison y Ringrose 1983, págs.
  20. ^ Blackadar 2006, pág. 63.
  21. ^ Blackadar 2006, págs. 64-65.
  22. ^ desde Kadison y Ringrose 1983, pág. 246.
  23. ^ desde Dixmier 1977, pág. 15.
  24. ^ ab Kadison y Ringrose 1983, págs.
  25. ^Ab Kaballo 2014, pág. 375.

Referencias

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