स्व-सहायक संचालिका: Difference between revisions

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{{Short description|Linear operator equal to its own adjoint}}
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गणित में, आंतरिक उत्पाद के साथ एक अनंत-आयामी [[जटिल वेक्टर स्थान]] ''वी'' पर एक स्व-सहायक संचालिका <math>\langle\cdot,\cdot\rangle</math> (समकक्ष, परिमित-आयामी मामले में एक हर्मिटियन ऑपरेटर) एक रैखिक मानचित्र '''' (''वी'' से स्वयं तक) है जो एक ऑपरेटर का अपना सहायक है। यदि ''V'' किसी दिए गए [[ऑर्थोनॉर्मल आधार]] के साथ परिमित-आयामी है, तो यह इस शर्त के बराबर है कि '''' का [[मैट्रिक्स (गणित)|आव्युह (गणित)]] एक [[हर्मिटियन मैट्रिक्स|हर्मिटियन आव्युह]] है, अर्थात , इसके संयुग्म स्थानान्तरण '''' के बराबर है। '{{sup|∗}}. परिमित-आयामी [[वर्णक्रमीय प्रमेय]] के अनुसार, वी का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार है जैसे कि इस आधार के सापेक्ष का आव्युह [[वास्तविक संख्या]]ओं में प्रविष्टियों के साथ एक [[विकर्ण मैट्रिक्स|विकर्ण आव्युह]] है। यह आलेख मनमाने आयाम के [[हिल्बर्ट स्थान]]ों पर ऑपरेटरों के लिए इस [[अवधारणा]] के सामान्यीकरण को प्रयुक्त करने से संबंधित है।
गणित में आंतरिक उत्पाद के साथ एक अनंत-आयामी [[जटिल वेक्टर स्थान|जटिल सदिश स्थान]] V पर एक स्व-सहायक संचालिका <math>\langle\cdot,\cdot\rangle</math> (समकक्ष परिमित-आयामी स्थितियों में एक हर्मिटियन संचालक ) एक रैखिक मानचित्र ''A'' (V से स्वयं तक) है जो एक संचालक का अपना सहायक है। यदि V किसी दिए गए [[ऑर्थोनॉर्मल आधार]] के साथ परिमित-आयामी है तो यह इस नियम के समान है कि ''A'' का [[मैट्रिक्स (गणित)|आव्युह (गणित)]] एक [[हर्मिटियन मैट्रिक्स|हर्मिटियन आव्युह]] है अर्थात इसके संयुग्म स्थानान्तरण ''A'' के समान होती है। परिमित-आयामी [[वर्णक्रमीय प्रमेय]] के अनुसार V का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार है जैसे कि इस आधार के सापेक्ष ''A'' का आव्युह [[वास्तविक संख्या]]ओं में प्रविष्टियों के साथ एक [[विकर्ण मैट्रिक्स|विकर्ण आव्युह]] है। यह आलेख इच्छानुसार आयाम के [[हिल्बर्ट स्थान]] पर संचालक के लिए इस [[अवधारणा]] के सामान्यीकरण को प्रयुक्त करने से संबंधित होती है।


स्व-सहायक ऑपरेटरों का उपयोग [[कार्यात्मक विश्लेषण]] और [[क्वांटम यांत्रिकी]] में किया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में उनका महत्व डिराक-वॉन न्यूमैन सिद्धांतों में निहित है | क्वांटम यांत्रिकी के डिराक-वॉन न्यूमैन सूत्रीकरण में, जिसमें भौतिक अवलोकन जैसे स्थिति (वेक्टर), [[गति]], कोणीय गति और [[स्पिन (भौतिकी)]] को स्व-सहायक ऑपरेटरों द्वारा दर्शाया जाता है। हिल्बर्ट स्थान पर. [[हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी)]] ऑपरेटर का विशेष महत्व है <math>\hat{H}</math> द्वारा परिभाषित
स्व-सहायक संचालक का उपयोग कार्यात्मक विश्लेषण और क्वांटम यांत्रिकी में किया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में उनका महत्व क्वांटम यांत्रिकी के डिराक-वॉन न्यूमैन सूत्रीकरण में निहित है, जिसमें स्थिति, गति, कोणीय गति और स्पिन जैसे भौतिक अवलोकनों को हिल्बर्ट अंतरिक्ष पर स्व-सहायक संचालक ों द्वारा दर्शाया जाता है। विशेष महत्व का हेमिल्टनियन संचालक <math>\hat{H}</math> द्वारा परिभाषित है
:<math>\hat{H} \psi = -\frac{\hbar^2}{2m} \nabla^2 \psi + V \psi,</math>
:<math>\hat{H} \psi = -\frac{\hbar^2}{2m} \nabla^2 \psi + V \psi,</math>
जो एक अवलोकन योग्य के रूप में वास्तविक [[अदिश क्षमता]] V में द्रव्यमान m के एक कण की कुल [[ऊर्जा (भौतिकी)]] से मेल खाता है। विभेदक ऑपरेटर असीमित ऑपरेटरों का एक महत्वपूर्ण वर्ग हैं।
जो एक अवलोकन योग्य के रूप में वास्तविक [[अदिश क्षमता]] ''V'' में द्रव्यमान ''m'' के एक कण की कुल [[ऊर्जा (भौतिकी)]] से मेल खाता है। विभेदक संचालक असीमित संचालक का एक महत्वपूर्ण वर्ग होता हैं।


अनंत-आयामी हिल्बर्ट रिक्त स्थान पर स्व-सहायक ऑपरेटरों की संरचना अनिवार्य रूप से परिमित-आयामी मामले से मिलती जुलती है। कहने का तात्पर्य यह है कि, ऑपरेटर स्वयं-सहायक होते हैं यदि और केवल तभी जब वे वास्तविक-मूल्यवान गुणन ऑपरेटरों के समकक्ष एकात्मक ऑपरेटर हों। उपयुक्त संशोधनों के साथ, इस परिणाम को अनंत-आयामी स्थानों पर संभवतः असीमित ऑपरेटरों तक बढ़ाया जा सकता है। चूंकि हर स्थान परिभाषित स्व-सहायक ऑपरेटर आवश्यक रूप से बाध्य है, इसलिए किसी को असीमित मामले में डोमेन मुद्दे पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है। इसे नीचे और अधिक विस्तार से बताया गया है।
अनंत-आयामी हिल्बर्ट रिक्त स्थान पर स्व-सहायक संचालक की संरचना अनिवार्य रूप से परिमित-आयामी स्थितियों से मिलती जुलती है। जिसमे कहने का तात्पर्य यह है कि संचालक स्वयं-सहायक होते हैं यदि और केवल तभी जब वे वास्तविक-मूल्यवान गुणन संचालक के समकक्ष एकात्मक संचालक हों। उपयुक्त संशोधनों के साथ इस परिणाम को अनंत-आयामी स्थानों पर संभवतः असीमित संचालक तक बढ़ाया जा सकता है। चूंकि हर स्थान परिभाषित स्व-सहायक संचालक आवश्यक रूप से बाध्य होता है इसलिए किसी को असीमित स्थितियों में डोमेन उद्देश्य पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है। इसे नीचे और अधिक विस्तार से बताया गया है।


== परिभाषाएँ ==
== परिभाषाएँ ==
होने देना <math>A</math> सघन डोमेन वाला एक अनबाउंड ऑपरेटर (अर्थात् आवश्यक रूप से बाउंड नहीं) ऑपरेटर बनें <math>\operatorname{Dom}A \subseteq H.</math> यह स्थिति तब स्वतः ही धारण हो जाती है <math>H</math> चूँकि [[ यूक्लिडियन स्थान ]]|परिमित-आयामी है <math>\operatorname{Dom}A = H</math> परिमित-आयामी स्थान पर प्रत्येक रैखिक ऑपरेटर के लिए।


आंतरिक उत्पाद चलो <math>\langle \cdot, \cdot\rangle</math> दूसरे तर्क पर [[संयुग्म-रैखिक]] बनें। यह केवल जटिल हिल्बर्ट स्थानों पर प्रयुक्त होता है। परिभाषा के अनुसार, '[[सहायक संचालिका]]' <math>A^*</math> उपस्थान पर कार्य करता है <math>\operatorname{Dom} A^* \subseteq H</math> तत्वों से मिलकर बना है <math>y</math> जिसके लिए एक है <math>z \in H</math> ऐसा है कि <math> \langle Ax,y \rangle = \langle x,z \rangle, </math> हरएक के लिए <math>x \in \operatorname{Dom} A.</math> समुच्चय िंग <math>A^*y = z</math> रैखिक ऑपरेटर को परिभाषित करता है <math>A^*.</math>
 
एक (मनमाना) ऑपरेटर के फ़ंक्शन का ग्राफ़ <math>A</math> समुच्चय  है <math>G(A) = \{(x,Ax) \mid x \in \operatorname{Dom}A\}.</math> एक ऑपरेटर <math>B</math> विस्तार करने के लिए कहा गया है <math>A</math> यदि  <math>G(A) \subseteq G(B).</math> इस प्रकार लिखा गया है <math>A \subseteq B.</math>
मान लीजिए कि <math>A</math> एक घने डोमेन के साथ एक अनबाउंडेड (अर्थात् आवश्यक रूप से बाउंड नहीं) संचालक है <math>\operatorname{Dom}A \subseteq H.</math> यह स्थिति स्वचालित रूप से तब प्रयुक्त होती है जब <math>H</math> एक परिमित-आयामी स्थान पर प्रत्येक रैखिक संचालक के लिए <math>\operatorname{Dom}A = H</math> से परिमित-आयामी होता है।
सघन रूप से परिभाषित ऑपरेटर <math>A</math> सममित यदि कहा जाता है
 
दूसरे तर्क पर आंतरिक उत्पाद <math>\langle \cdot, \cdot\rangle</math> को संयुग्म-रैखिक होने दें। यह केवल जटिल हिल्बर्ट स्थानों पर प्रयुक्त होता है। परिभाषा के अनुसार, सहायक संचालिका <math>A^*</math> तत्वों <math>y</math> से युक्त उप-स्थान <math>\operatorname{Dom} A^* \subseteq H</math> पर कार्य करता है जिसके लिए एक <math>z \in H</math> है जैसे कि प्रत्येक <math> \langle Ax,y \rangle = \langle x,z \rangle, </math> सेटिंग के लिए <math>x \in \operatorname{Dom} A.</math> <math>A^*y = z</math> रैखिक संचालिका <math>A^*.</math> को परिभाषित करता है .
 
एक (इच्छानुसार) संचालक <math>A</math> का ग्राफ़ सेट है। कहा जाता है कि एक संचालक <math>B</math>, <math>A</math> का विस्तार करता है। यदि <math>G(A) = \{(x,Ax) \mid x \in \operatorname{Dom}A\}.</math> इसे <math>A \subseteq B.</math> के रूप में लिखा जाता है।
 
सघन रूप से परिभाषित संचालक <math>A</math> सममित यदि कहा जाता है


: <math> \langle Ax , y \rangle =  \lang x , Ay \rangle, </math>
: <math> \langle Ax , y \rangle =  \lang x , Ay \rangle, </math>
सभी के लिए <math>x,y\in \operatorname{Dom}A.</math> जैसा कि नीचे दिया गया है, <math>A</math> सममित है यदि और केवल यदि <math>G(A) \subseteq G(A^*).</math>
सभी के लिए <math>x,y\in \operatorname{Dom}A.</math> जैसा कि नीचे दिया गया है, <math>A</math> सममित है यदि और केवल यदि <math>G(A) \subseteq G(A^*).</math>
असीमित सघन रूप से परिभाषित ऑपरेटर <math>A</math> यदि स्व-सहायक कहा जाता है <math>G(A)= G(A^*).</math> स्पष्ट रूप से, <math>\operatorname{Dom}A = \operatorname{Dom}A^*</math> और <math>A = A^*.</math> प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, एक सममित ऑपरेटर <math>A</math> जिसके लिए <math>\operatorname{Dom}A = \operatorname{Dom}A^*</math> स्वयं-संयुक्त है. भौतिकी में, हर्मिटियन शब्द सममिति के साथ-साथ स्वयं-सहायक संचालकों को समान रूप से संदर्भित करता है। दोनों के बीच के सूक्ष्म अंतर को सामान्यतः  नजरअंदाज कर दिया जाता है।


उपसमुच्चय <math>\rho(A) \subseteq \Complex</math> यदि प्रत्येक के लिए इसे रिसॉल्वेंट समुच्चय  (या नियमित समुच्चय ) कहा जाता है <math> \lambda \in \rho(A), </math> (आवश्यक रूप से बाध्य नहीं) ऑपरेटर <math>A - \lambda I</math> एक परिबद्ध सर्वत्र-परिभाषित व्युत्क्रम है। पूरक <math>\sigma(A) = \Complex \setminus \rho(A)</math> [[स्पेक्ट्रम (कार्यात्मक विश्लेषण)]] कहा जाता है। सीमित आयामों में, <math>\sigma(A)</math> इसमें विशेष रूप से [[eigenvalue]]s ​​​​सम्मिलित  हैं।
असीमित सघन रूप से परिभाषित संचालक <math>A</math> यदि स्व-सहायक कहा जाता है <math>G(A)= G(A^*).</math> स्पष्ट रूप से, <math>\operatorname{Dom}A = \operatorname{Dom}A^*</math> और <math>A = A^*.</math> प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, एक सममित संचालक <math>A</math> जिसके लिए <math>\operatorname{Dom}A = \operatorname{Dom}A^*</math> स्वयं-संयुक्त है. भौतिकी में हर्मिटियन शब्द सममिति के साथ-साथ स्वयं-सहायक संचालकों को समान रूप से संदर्भित करता है। दोनों के बीच के सूक्ष्म अंतर को सामान्यतः अनदेखा कर दिया जाता है।
 
एक उपसमुच्चय <math>\rho(A) \subseteq \Complex</math> को रिसॉल्वेंट सेट (या नियमित सेट) कहा जाता है यदि प्रत्येक <math> \lambda \in \rho(A), </math> (आवश्यक रूप से बाध्य नहीं) संचालक <math>A - \lambda I</math> के लिए हर जगह परिभाषित व्युत्क्रम होता है। पूरक <math>\sigma(A) = \Complex \setminus \rho(A)</math> को स्पेक्ट्रम कहा जाता है। परिमित आयामों में, <math>\sigma(A)</math> में विशेष रूप से ईगेनवैल्यू ​​होते हैं।


==बाउंडेड सेल्फ-एडजॉइंट ऑपरेटर्स==
==बाउंडेड सेल्फ-एडजॉइंट संचालक==
एक बाउंडेड ऑपरेटर ए स्व-सहायक है यदि
एक बाउंडेड संचालक A स्व-सहायक है यदि
:<math>\langle Ax, y\rangle = \langle x, Ay\rangle</math>
:<math>\langle Ax, y\rangle = \langle x, Ay\rangle</math>
सभी के लिए <math>x</math> और <math>y</math> एच में। यदि सममित है और <math>\mathrm{Dom}(A)=H</math>, फिर, हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय द्वारा, आवश्यक रूप से परिबद्ध है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Corollary 9.9</ref>
सभी के लिए <math>x</math> और <math>y</math> H में यदि A सममित है और <math>\mathrm{Dom}(A)=H</math>, फिर, हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय द्वारा, A आवश्यक रूप से परिबद्ध है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Corollary 9.9</ref>
हिल्बर्ट स्पेस पर प्रत्येक परिबद्ध रैखिक ऑपरेटर T : H → H को H के रूप में लिखा जा सकता है <math>T = A + i B</math> जहां A : H → H और B : H → H परिबद्ध स्व-सहायक संकारक हैं।{{sfn | Griffel | 2002 | p=238}}
 
हिल्बर्ट स्पेस पर प्रत्येक परिबद्ध रैखिक संचालक T : H → H को H के रूप में लिखा जा सकता है जो <math>T = A + i B</math> जहां A : H → H और B : H → H परिबद्ध स्व-सहायक संकारक हैं।{{sfn | Griffel | 2002 | p=238}}


=== परिबद्ध स्व-सहायक संचालकों के गुण ===
=== परिबद्ध स्व-सहायक संचालकों के गुण ===


मान लीजिए H एक हिल्बर्ट स्थान है और मान लीजिए <math>A : H \to H</math> एक परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक संचालिका पर परिभाषित किया गया हो <math>\operatorname{D}\left( A \right) = H</math>.  
मान लीजिए H एक हिल्बर्ट स्थान है और मान लीजिए <math>A : H \to H</math> , <math>\operatorname{D}\left( A \right) = H</math>एक परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक संचालिका पर परिभाषित किया गया हो .  
* <math>\left\langle h, A h \right\rangle</math> सभी के लिए वास्तविक है <math>h \in H</math>.{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* <math>\left\langle h, A h \right\rangle</math> सभी <math>h \in H</math> के लिए वास्तविक है .{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* <math>\left\| A \right\| = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| = 1 \right\}</math>{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}} यदि <math>\operatorname{dim} H \neq 0.</math> * यदि A की छवि, द्वारा निरूपित की जाती है <math>\operatorname{Im} A</math>, तब H में सघन है <math>A : H \to \operatorname{Im} A</math> उलटा है.
* <math>\left\| A \right\| = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| = 1 \right\}</math>{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}} यदि <math>\operatorname{dim} H \neq 0.</math> * यदि A की छवि, द्वारा निरूपित की जाती है जो <math>\operatorname{Im} A</math>, तब H में सघन है <math>A : H \to \operatorname{Im} A</math> विपरीत है.
* A के eigenvalues ​​​​वास्तविक हैं और विभिन्न eigenvalues ​​​​से संबंधित eigenvectors ऑर्थोगोनल हैं।{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* A के ईगेनवैल्यू ​​​​वास्तविक हैं और विभिन्न ईगेनवैल्यू ​​​​से संबंधित ईगेनवक्टर ऑर्थोगोनल हैं।{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* यदि <math>\lambda</math> तब A का एक eigenvalue है <math>| \lambda | \leq \| A \|</math>; विशेष रूप से, <math>| \lambda | \leq \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>.{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* यदि <math>\lambda</math> तब A का एक ईगेनवैल्यू है <math>| \lambda | \leq \| A \|</math>; विशेष रूप से, <math>| \lambda | \leq \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>.{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
** सामान्यतः , कोई स्वदेशी मूल्य उपस्थित नहीं हो सकता है <math>\lambda</math> ऐसा है कि <math>| \lambda | = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>, किन्तु यदि इसके अतिरिक्त A सघन है तो आवश्यक रूप से एक eigenvalue उपस्थित है <math>\lambda</math>, दोनों में से किसी एक के बराबर <math>\| A \|</math> या <math>- \| A \|</math>,{{sfn | Griffel | 2002 | pp=240-245}} ऐसा है कि <math>| \lambda | = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>,{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
** सामान्यतः कोई स्वदेशी मूल्य उपस्थित नहीं हो सकता है <math>\lambda</math> ऐसा है कि <math>| \lambda | = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>, किन्तु यदि इसके अतिरिक्त A सघन है तो आवश्यक रूप से एक ईगेनवैल्यू उपस्थित है जो <math>\lambda</math>, दोनों में से किसी एक के समान <math>\| A \|</math> या <math>- \| A \|</math>,{{sfn | Griffel | 2002 | pp=240-245}} ऐसा है कि <math>| \lambda | = \sup \left\{ |\langle h, A h \rangle| : \| h \| \leq 1 \right\}</math>,{{sfn | Griffel | 2002 | pp=224-230}}
* यदि परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक ऑपरेटरों का अनुक्रम अभिसरण है तो सीमा स्व-सहायक है।{{sfn | Griffel | 2002 | p=238}}
* यदि परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक संचालक का अनुक्रम अभिसरण है तो सीमा स्व-सहायक है।{{sfn | Griffel | 2002 | p=238}}
*वहाँ एक संख्या उपस्थित है <math>\lambda</math>, दोनों में से किसी एक के बराबर <math>\| A \|</math> या <math>- \| A \|</math>, और एक क्रम <math>\left( x_i \right)_{i=1}^{\infty} \subseteq H</math> ऐसा है कि <math>\lim_{i \to \infty} A x_i - \lambda x_i = 0</math> और <math>\| x_i \| = 1</math> सबके लिए मैं{{sfn | Griffel | 2002 | pp=240-245}}
*वहाँ एक संख्या <math>\lambda</math> मौजूद है, जो <math>\| A \|</math> या <math>- \| A \|</math>, के समान है और एक क्रम <math>\left( x_i \right)_{i=1}^{\infty} \subseteq H</math> ऐसा कि सभी i के लिए <math>\lim_{i \to \infty} A x_i - \lambda x_i = 0</math> और<math>\| x_i \| = 1</math>{{sfn | Griffel | 2002 | pp=240-245}}


==सममित ऑपरेटर ==
==सममित संचालक ==
नोट: सममित ऑपरेटरों को ऊपर परिभाषित किया गया है।
नोट: सममित संचालक को ऊपर परिभाषित किया गया है।


===A सममित है ⇔ A⊆A{{sup|*}}===
===A सममित है ⇔ A⊆A{{sup|*}}===
एक असीमित, सघन रूप से परिभाषित ऑपरेटर <math>A</math> सममित है यदि और केवल यदि <math>A \subseteq A^*.</math> दरअसल, यदि-भाग सीधे सहायक ऑपरेटर की परिभाषा से अनुसरण करता है। केवल-यदि-भाग के लिए, यह मानते हुए <math>A</math> सममित है, समावेशन <math>\operatorname{Dom}(A) \subseteq \operatorname{Dom}(A^*)</math> से अनुसरण करता है
एक असीमित, सघन रूप से परिभाषित संचालक <math>A</math> सममित है यदि और केवल यदि <math>A \subseteq A^*.</math> वास्तव में, यदि-भाग सीधे सहायक संचालक की परिभाषा से अनुसरण करता है। केवल-यदि-भाग के लिए, यह मानते हुए <math>A</math> सममित है, समावेशन <math>\operatorname{Dom}(A) \subseteq \operatorname{Dom}(A^*)</math> से अनुसरण करता है कॉची-बुन्याकोवस्की-श्वार्ज़ असमानता: प्रत्येक <math>x,y \in \operatorname{Dom}(A),</math> के लिए अनुसरण करता है
कॉची-बुन्याकोवस्की-श्वार्ज़ असमानता: प्रत्येक के लिए <math>x,y \in \operatorname{Dom}(A),</math>
:<math> |\langle Ax,y\rangle| = |\langle x,Ay\rangle| \leq \|x\|\cdot \|Ay\|. </math>
:<math> |\langle Ax,y\rangle| = |\langle x,Ay\rangle| \leq \|x\|\cdot \|Ay\|. </math>
समानता <math>A=A^*|_{\operatorname{Dom}(A)}</math> समानता के कारण धारण करता है
समानता <math>A=A^*|_{\operatorname{Dom}(A)}</math> समानता के कारण धारण करता है
:<math>\langle x,A^*y\rangle = \langle Ax,y\rangle = \langle x,Ay\rangle,</math>
:<math>\langle x,A^*y\rangle = \langle Ax,y\rangle = \langle x,Ay\rangle,</math>
हरएक के लिए <math>x,y \in \operatorname{Dom}A \subseteq \operatorname{Dom}A^*,</math> का घनत्व <math> \operatorname{Dom} A, </math> और आंतरिक उत्पाद का गैर-विक्षिप्त होना।
हरएक के लिए <math>x,y \in \operatorname{Dom}A \subseteq \operatorname{Dom}A^*,</math> का घनत्व <math> \operatorname{Dom} A, </math> और आंतरिक उत्पाद का गैर-विक्षिप्त होता है ।


हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय कहता है कि हर स्थान परिभाषित सममित ऑपरेटर परिबद्ध और स्व-सहायक है।
हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय कहता है कि हर स्थान परिभाषित सममित संचालक परिबद्ध और स्व-सहायक है।


=== A सममित है ⇔ ∀x ⟨Ax, x⟩ ∈ R ===
=== A सममित है ⇔ ∀x ⟨Ax, x⟩ ∈ R ===
एकमात्र-यदि भाग सीधे परिभाषा से अनुसरण करता है (ऊपर देखें)। यदि-भाग को सिद्ध करने के लिए, व्यापकता की हानि के बिना मान लें कि आंतरिक उत्पाद <math>\langle \cdot, \cdot \rangle</math> पहले तर्क पर एंटी-रैखिक और दूसरे पर रैखिक है। (विपरीत परिदृश्य में, हम साथ काम करते हैं <math>\langle x,y\rangle_\text{op} \stackrel{\text{def}}{=} \ \langle y, x \rangle </math> बजाय)की समरूपता <math>A</math> [[ध्रुवीकरण पहचान]] से अनुसरण करता है
एकमात्र-यदि भाग सीधे परिभाषा से अनुसरण करता है (ऊपर देखें)। यदि-भाग को सिद्ध करने के लिए, व्यापकता की हानि के बिना मान लें कि आंतरिक उत्पाद <math>\langle \cdot, \cdot \rangle</math> पहले तर्क पर गैर-रैखिक और दूसरे पर रैखिक है। (विपरीत परिदृश्य में, हम साथ काम करते हैं <math>\langle x,y\rangle_\text{op} \stackrel{\text{def}}{=} \ \langle y, x \rangle </math> अतिरिक्त )की समरूपता <math>A</math> [[ध्रुवीकरण पहचान]] से अनुसरण करता है
:<math>
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</math>
</math>
जो हर किसी के लिए है <math>x,y \in \operatorname{Dom}A.</math>
जो हर <math>x,y \in \operatorname{Dom}A.</math> किसी के लिए है
=== ||(A−λ)x|| ≥ d(λ)⋅||x|| ===
इस संपत्ति का उपयोग इस प्रमाण में किया जाता है कि स्व-सहायक संचालक का स्पेक्ट्रम वास्तविक है।


परिभाषित करना <math>S=\{x \in \operatorname{Dom}A \mid \Vert x\Vert=1\},</math> <math>\textstyle m=\inf_{x\in S}  \langle Ax,x \rangle, </math> और <math>\textstyle M=\sup_{x\in S} \langle Ax,x \rangle.</math> मूल्य <math>m,M \in \mathbb{R} \cup \{\pm\infty\}</math> तब से ठीक से परिभाषित हैं <math>S \neq \emptyset,</math> और <math>\langle Ax,x\rangle \in \mathbb{R},</math> समरूपता के कारण. फिर, प्रत्येक के लिए <math> \lambda \in \Complex </math> और हर <math> x \in \operatorname{Dom}A, </math> से परिभाषित हैं


=== ||(A−λ)x|| ≥ d(λ)⋅||x|| ===
:<math> \Vert A - \lambda x\Vert \geq d(\lambda)\cdot \Vert x\Vert,</math>
इस संपत्ति का उपयोग इस प्रमाण में किया जाता है कि स्व-सहायक ऑपरेटर का स्पेक्ट्रम वास्तविक है।
जहाँ <math> \textstyle d(\lambda) = \inf_{r\in [m,M]} |r - \lambda|. </math>


परिभाषित करना <math>S=\{x \in \operatorname{Dom}A \mid \Vert x\Vert=1\},</math> <math>\textstyle m=\inf_{x\in S}  \langle Ax,x \rangle, </math> और <math>\textstyle M=\sup_{x\in S} \langle Ax,x \rangle.</math> मूल्य <math>m,M \in \mathbb{R} \cup \{\pm\infty\}</math> तब से ठीक से परिभाषित हैं <math>S \neq \emptyset,</math> और <math>\langle Ax,x\rangle \in \mathbb{R},</math> समरूपता के कारण. फिर, प्रत्येक के लिए <math> \lambda \in \Complex </math> और हर <math> x \in \operatorname{Dom}A, </math>
:<math> \Vert A - \lambda x\Vert \geq d(\lambda)\cdot \Vert x\Vert,</math>
कहाँ <math> \textstyle d(\lambda) = \inf_{r\in [m,M]} |r - \lambda|. </math>
वास्तव में, चलो <math>x \in \operatorname{Dom}A \setminus \{0\}.</math> [[कॉची-श्वार्ज़ असमानता]] द्वारा,
वास्तव में, चलो <math>x \in \operatorname{Dom}A \setminus \{0\}.</math> [[कॉची-श्वार्ज़ असमानता]] द्वारा,
:<math>
:<math>
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=\left|\left\langle A\frac{x}{\Vert x\Vert},\frac{x}{\Vert x\Vert}\right\rangle - \lambda\right| \cdot \Vert x\Vert \geq d(\lambda)\cdot \Vert x\Vert.
=\left|\left\langle A\frac{x}{\Vert x\Vert},\frac{x}{\Vert x\Vert}\right\rangle - \lambda\right| \cdot \Vert x\Vert \geq d(\lambda)\cdot \Vert x\Vert.
</math>
</math>
यदि <math> \lambda \notin [m,M], </math> तब <math> d(\lambda) > 0, </math> और <math> A - \lambda I </math> नीचे बाउंडेड कहा जाता है.
यदि <math> \lambda \notin [m,M], </math> तब <math> d(\lambda) > 0, </math> और <math> A - \lambda I </math> नीचे बाउंडेड कहा जाता है.


===एक सरल उदाहरण===
===एक सरल उदाहरण===


जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, वर्णक्रमीय प्रमेय केवल स्व-सहायक ऑपरेटरों पर प्रयुक्त होता है, और सामान्य रूप से सममित ऑपरेटरों पर नहीं। फिर भी, इस बिंदु पर हम एक सममित ऑपरेटर का एक सरल उदाहरण दे सकते हैं जिसमें आइजेनवेक्टरों का एक लंबात्मक आधार होता है। (यह ऑपरेटर वास्तव में अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है।) नीचे दिए गए ऑपरेटर ए को हिल्बर्ट स्पेस व्युत्क्रम पर एक कॉम्पैक्ट ऑपरेटर के रूप में देखा जा सकता है, जिसका अर्थ है कि संबंधित अंतर समीकरण एएफ = जी को कुछ अभिन्न (और इसलिए कॉम्पैक्ट) ऑपरेटर जी द्वारा हल किया जाता है। कॉम्पैक्ट सममित ऑपरेटर G के पास eigenvectors का एक गणनीय परिवार होता है जो पूर्ण होते हैं {{math|''L''<sup>2</sup>}}. ए के लिए भी यही कहा जा सकता है।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, वर्णक्रमीय प्रमेय केवल स्व-सहायक संचालक पर प्रयुक्त होता है, और सामान्य रूप से सममित संचालक पर नहीं है फिर भी, इस बिंदु पर हम एक सममित संचालक का एक सरल उदाहरण दे सकते हैं जिसमें आइजेनसदिश का एक लंबात्मक आधार होता है। (यह संचालक वास्तव में अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है।) नीचे दिए गए संचालक ''A'' को हिल्बर्ट स्पेस व्युत्क्रम पर एक कॉम्पैक्ट संचालक के रूप में देखा जा सकता है, जिसका अर्थ है कि संबंधित अंतर समीकरण ''Af'' = ''g'' को कुछ अभिन्न (और इसलिए कॉम्पैक्ट) संचालक जी द्वारा हल किया जाता है। कॉम्पैक्ट सममित संचालक G के पास ईगेनवक्टर का एक गणनीय वर्ग होता है जो {{math|''L''<sup>2</sup>}} पूर्ण होते हैं ''A'' के लिए भी यही कहा जा सकता है।


जटिल हिल्बर्ट स्पेस एल पर विचार करें<sup>2</sup>[0,1] और डिफरेंशियल ऑपरेटर
जटिल हिल्बर्ट स्पेस ''L''<sup>2</sup>[0,1] और विभेदक संचालक पर विचार करें
: <math>A = -\frac{d^2}{dx^2}</math>
: <math>A = -\frac{d^2}{dx^2}</math>
साथ <math>\mathrm{Dom}(A)</math> सीमा शर्तों को संतुष्ट करने वाले [0, 1] पर सभी जटिल-मूल्य वाले असीम रूप से भिन्न फ़ंक्शन फ़ंक्शन f से युक्त
<math>\mathrm{Dom}(A)</math> के साथ सीमा नियमों को पूरा करने वाले [0, 1] पर सभी जटिल-मूल्य वाले असीम रूप से अलग-अलग कार्यों से युक्त है
:<math>f(0) = f(1) = 0.</math>
:<math>f(0) = f(1) = 0.</math>
फिर आंतरिक उत्पाद के कुछ हिस्सों द्वारा एकीकरण से पता चलता है कि सममित है। पाठक को दो बार [[भागों द्वारा एकीकरण]] करने और दी गई सीमा शर्तों को सत्यापित करने के लिए आमंत्रित किया जाता है <math>\operatorname{Dom}(A)</math> सुनिश्चित करें कि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा शर्तें गायब हो जाएं।
फिर आंतरिक उत्पाद के कुछ भागो द्वारा एकीकरण से पता चलता है कि A सममित है। पाठक को दो बार भागों द्वारा एकीकरण करने और यह सत्यापित करने के लिए आमंत्रित किया जाता है कि <math>\operatorname{Dom}(A)</math> के लिए दी गई सीमा नियम यह सुनिश्चित करती हैं कि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा नियम विलुप्त हो जाएं।


A के eigenfunctions साइनसॉइड हैं
A के आइगेनकार्य साइनसॉइड हैं
: <math>f_n(x) =  \sin(n \pi x) \qquad  n= 1, 2, \ldots</math>
: <math>f_n(x) =  \sin(n \pi x) \qquad  n= 1, 2, \ldots</math>
वास्तविक eigenvalues ​​​​n के साथ<sup>2</sup><sup>2</sup>; साइन फ़ंक्शंस की प्रसिद्ध ऑर्थोगोनैलिटी सममित होने की संपत्ति के परिणामस्वरूप होती है।
वास्तविक ईगेनवैल्यू ​​​​ ''n''<sup>2</sup>π<sup>2</sup> के साथ साइन कार्य की प्रसिद्ध ऑर्थोगोनैलिटी सममित होने की संपत्ति के परिणामस्वरूप होती है।


हम नीचे इस ऑपरेटर के सामान्यीकरण पर विचार करते हैं।
हम नीचे इस संचालक के सामान्यीकरण पर विचार करते हैं।


== स्व-सहायक ऑपरेटरों का स्पेक्ट्रम ==
== स्व-सहायक संचालक का स्पेक्ट्रम ==
होने देना <math>A</math> एक असीमित सममित ऑपरेटर बनें। <math> A </math> स्व-सहायक है यदि और केवल यदि <math>\sigma(A) \subseteq \mathbb{R}.</math>
होने देना <math>A</math> एक असीमित सममित संचालक बनें। <math> A </math> स्व-सहायक है यदि और केवल यदि <math>\sigma(A) \subseteq \mathbb{R}.</math>
{{ math proof
{{ math proof
| title = Proof: self-adjoint operator has real spectrum
| title = Proof: self-adjoint operator has real spectrum
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==आवश्यक आत्मसंयोजन==
==आवश्यक आत्मसंयोजन==
एक सममित ऑपरेटर ए सदैव [[बंद करने योग्य ऑपरेटर]] होता है; अर्थात्, A के ग्राफ़ का बंद होना एक ऑपरेटर का ग्राफ़ है। एक सममित ऑपरेटर ए को 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है यदि का समापन स्व-सहायक है। समान रूप से, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि इसमें एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार है। व्यावहारिक रूप से, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक ऑपरेटर का होना स्व-सहायक ऑपरेटर के समान ही अच्छा है, क्योंकि स्व-सहायक ऑपरेटर को प्राप्त करने के लिए हमें केवल क्लोजर लेने की आवश्यकता होती है।
एक सममित संचालक A सदैव [[बंद करने योग्य ऑपरेटर|बंद करने योग्य]] संचालक होता है; अर्थात्, A के ग्राफ़ का बंद होना एक संचालक का ग्राफ़ है। एक सममित संचालक A को 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है यदि A का समापन स्व-सहायक है। समान रूप से, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि इसमें एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार है। वास्तविक रूप से, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक संचालक का होना स्व-सहायक संचालक के समान ही अच्छा है, क्योंकि स्व-सहायक संचालक को प्राप्त करने के लिए हमें केवल क्लोजर लेने की आवश्यकता होती है।


==उदाहरण: f(x) → x·f(x)==
==उदाहरण: f(x) → x·f(x)==
जटिल हिल्बर्ट स्पेस एल पर विचार करें<sup>2</sup>(R), और ऑपरेटर जो किसी दिए गए फ़ंक्शन को ''x'' से गुणा करता है:
जटिल हिल्बर्ट स्पेस ''L''<sup>2</sup>('''R'''), और संचालक पर विचार करें जो किसी दिए गए फलन को x से गुणा करता है:
:<math>A f(x) = xf(x)</math>
:<math>A f(x) = xf(x)</math>
A का डोमेन सभी L का स्थान है<sup>2</sup>कार्य <math>f(x)</math> जिसके लिए <math>xf(x)</math> वर्ग-अभिन्न भी है। तब A स्व-संयुक्त है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.30</ref> दूसरी ओर, A का कोई eigenfunction नहीं है। (अधिक स्पष्ट रूप से, के पास कोई सामान्यीकरण योग्य ईजेनवेक्टर नहीं है, अर्थात , ईजेनवेक्टर जो वास्तव में हिल्बर्ट स्पेस में हैं जिस पर परिभाषित है।)
A का डोमेन सभी L<sup>2</sup> का स्थान है जो कार्य <math>f(x)</math> जिसके लिए <math>xf(x)</math> वर्ग-अभिन्न भी है। तब A स्व-संयुक्त है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.30</ref> दूसरी ओर, A का कोई आइगेनकार्य नहीं है। (अधिक स्पष्ट रूप से, A के पास कोई सामान्यीकरण योग्य ईजेनसदिश नहीं है, अर्थात ईजेनसदिश जो वास्तव में हिल्बर्ट स्पेस में हैं जिस पर A परिभाषित है।)


जैसा कि हम बाद में देखेंगे, स्व-सहायक ऑपरेटरों के पास बहुत महत्वपूर्ण वर्णक्रमीय गुण होते हैं; वे वास्तव में सामान्य माप स्थानों पर गुणन संचालिका हैं।
जैसा कि हम बाद में देखेंगे स्व-सहायक संचालक के पास बहुत महत्वपूर्ण वर्णक्रमीय गुण होते हैं; वे वास्तव में सामान्य माप स्थानों पर गुणन संचालिका हैं।


==सममित बनाम स्व-सहायक ऑपरेटर==
==सममित बनाम स्व-सहायक संचालक ==
जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, चूंकि एक सममित ऑपरेटर और एक स्व-सहायक (या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक) ऑपरेटर के बीच अंतर एक सूक्ष्म है, यह महत्वपूर्ण है क्योंकि वर्णक्रमीय प्रमेय में स्व-संयुक्तता परिकल्पना है। यहां हम भेद के कुछ ठोस उदाहरणों पर चर्चा करते हैं; सामान्य सिद्धांत के लिए सममित ऑपरेटरों के विस्तार पर नीचे दिया गया अनुभाग देखें।
जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, चूंकि एक सममित संचालक और एक स्व-सहायक (या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक) संचालक के बीच अंतर एक सूक्ष्म है, यह महत्वपूर्ण है क्योंकि वर्णक्रमीय प्रमेय में स्व-संयुक्तता परिकल्पना है। यहां हम भेद के कुछ ठोस उदाहरणों पर चर्चा करते हैं; सामान्य सिद्धांत के लिए सममित संचालक के विस्तार पर नीचे दिया गया अनुभाग देखें।


===डोमेन के संबंध में एक नोट===
===डोमेन के संबंध में एक नोट===
प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, प्रत्येक सममित ऑपरेटर जिसके लिए <math>\operatorname{Dom}(A^*) \subseteq \operatorname{Dom}(A)</math> स्वयं-संयुक्त है. जिसके लिए सममित ऑपरेटर <math>\operatorname{Dom}(A^*) </math> से सख्ती से बड़ा है <math>\operatorname{Dom}(A) </math> स्व-संगठित नहीं हो सकता.
प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, प्रत्येक सममित संचालक जिसके लिए <math>\operatorname{Dom}(A^*) \subseteq \operatorname{Dom}(A)</math> स्वयं-संयुक्त है. जिसके लिए सममित संचालक <math>\operatorname{Dom}(A^*) </math> से सख्ती से बड़ा है <math>\operatorname{Dom}(A) </math> स्व-संगठित नहीं हो सकता है


===सीमा स्थितियाँ===
===सीमा स्थितियाँ===
ऐसे मामले में जहां हिल्बर्ट स्पेस एक बंधे हुए डोमेन पर कार्यों का एक स्थान है, इन भेदों का क्वांटम भौतिकी में एक परिचित मुद्दे से लेना-देना है: कोई एक ऑपरेटर को परिभाषित नहीं कर सकता है - जैसे कि गति या हैमिल्टनियन ऑपरेटर - निर्दिष्ट किए बिना एक बंधे हुए डोमेन पर सीमा की स्थिति। गणितीय शब्दों में, सीमा शर्तों को चुनने का कारण ऑपरेटर के लिए एक उपयुक्त डोमेन चुनना है। उदाहरण के लिए, हिल्बर्ट स्थान पर विचार करें <math>L^2([0, 1])</math> (अंतराल [0,1] पर वर्ग-अभिन्न कार्यों का स्थान)आइए हम इस स्थान पर सामान्य सूत्र द्वारा एक गति ऑपरेटर ए को परिभाषित करें, प्लैंक के स्थिरांक को 1 के बराबर समुच्चय करें:
ऐसे स्थितियों में जहां हिल्बर्ट स्पेस एक बंधे हुए डोमेन पर कार्यों का एक स्थान है, इन भेदों का क्वांटम भौतिकी में एक परिचित उद्देश्य से लेना-देना है: कोई एक संचालक को परिभाषित नहीं कर सकता है - जैसे कि गति या हैमिल्टनियन संचालक - निर्दिष्ट किए बिना एक बंधे हुए डोमेन पर सीमा की स्थिति गणितीय शब्दों में, सीमा नियमों को चुनने का कारण संचालक के लिए एक उपयुक्त डोमेन चुनना है। उदाहरण के लिए, हिल्बर्ट स्थान पर विचार करें <math>L^2([0, 1])</math> (अंतराल [0,1] पर वर्ग-अभिन्न कार्यों का स्थान) आइए हम इस स्थान पर सामान्य सूत्र द्वारा एक गति संचालक A को परिभाषित करें, प्लैंक के स्थिरांक को 1 के समान समुच्चय करें:
: <math>Af = -i\frac{df}{dx}.</math>
: <math>Af = -i\frac{df}{dx}.</math>
अब हमें के लिए एक डोमेन निर्दिष्ट करना होगा, जो सीमा शर्तों को चुनने के बराबर है। यदि हम चुनते हैं
अब हमें A के लिए एक डोमेन निर्दिष्ट करना होगा, जो सीमा नियमों को चुनने के समान है। यदि हम चुनते हैं
: <math>\operatorname{Dom}(A) = \left\{\text{smooth functions}\right\},</math>
: <math>\operatorname{Dom}(A) = \left\{\text{smooth functions}\right\},</math>
तब A सममित नहीं है (क्योंकि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा शब्द लुप्त नहीं होते हैं)।
तब A सममित नहीं है (क्योंकि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा शब्द लुप्त नहीं होते हैं)।


यदि हम चुनते हैं
यदि हम चुनते हैं
: <math>\operatorname{Dom}(A) = \left\{\text{smooth functions}\,f \mid f(0) = f(1) = 0\right\},</math>
: <math>\operatorname{Dom}(A) = \left\{\text{smooth functions}\,f \mid f(0) = f(1) = 0\right\},</math>
फिर भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करके, कोई आसानी से सत्यापित कर सकता है कि सममित है। यह ऑपरेटर मूलतः स्व-सहायक नहीं है,<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.27</ref> चूंकि , मूल रूप से क्योंकि हमने A के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा शर्तें निर्दिष्ट की हैं, जो आसन्न के डोमेन को बहुत बड़ा बनाता है। (इस उदाहरण की चर्चा नीचे उदाहरण अनुभाग में भी की गई है।)
फिर भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करके कोई आसानी से सत्यापित कर सकता है कि A सममित है। यह संचालक मूलतः स्व-सहायक नहीं है,<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.27</ref> चूंकि मूल रूप से क्योंकि हमने A के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा नियम निर्दिष्ट की हैं, जो आसन्न के डोमेन को बहुत बड़ा बनाता है। (इस उदाहरण की चर्चा नीचे उदाहरण अनुभाग में भी की गई है।)


विशेष रूप से, के लिए डोमेन के उपरोक्त विकल्प के साथ, समापन का डोमेन <math>A^{\mathrm{cl}}</math> का A है
विशेष रूप से, A के लिए डोमेन के उपरोक्त विकल्प के साथ समापन का डोमेन <math>A^{\mathrm{cl}}</math> का A है


:<math>\operatorname{Dom}\left(A^{\mathrm{cl}}\right) = \left\{\text{functions } f \text{ with two derivatives in }L^2 \mid f(0) = f(1) = 0\right\},</math>
:<math>\operatorname{Dom}\left(A^{\mathrm{cl}}\right) = \left\{\text{functions } f \text{ with two derivatives in }L^2 \mid f(0) = f(1) = 0\right\},</math>
जबकि adjoint का डोमेन <math>A^*</math> का A है
जबकि संयुक्त का डोमेन <math>A^*</math> का A है
:<math>\operatorname{Dom}\left(A^*\right) = \left\{\text{functions } f \text{ with two derivatives in }L^2\right\}.</math>
:<math>\operatorname{Dom}\left(A^*\right) = \left\{\text{functions } f \text{ with two derivatives in }L^2\right\}.</math>
कहने का तात्पर्य यह है कि, क्लोजर के डोमेन में के डोमेन के समान ही सीमा शर्तें हैं, बस एक कम कठोर सहजता धारणा है। इस बीच, चूंकि पर बहुत अधिक सीमा शर्तें हैं, इसलिए बहुत कम (वास्तव में, इस मामले में कोई भी नहीं) हैं <math>A^*</math>. यदि हम गणना करें <math>\langle g, Af\rangle</math> के लिए <math>f \in \operatorname{Dom}(A)</math> भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करना, तब से <math>f</math> अंतराल के दोनों सिरों पर गायब हो जाता है, कोई सीमा स्थिति नहीं होती <math>g</math> भागों द्वारा एकीकरण में सीमा शर्तों को रद्द करने की आवश्यकता है। इस प्रकार, कोई भी पर्याप्त रूप से सुचारू कार्य <math>g</math> के क्षेत्र में है <math>A^*</math>, साथ <math>A^*g = -i\,dg/dx</math>.<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.28</ref>
कहने का तात्पर्य यह है कि, क्लोजर के डोमेन में A के डोमेन के समान ही सीमा नियम हैं, बस एक कम कठोर सहजता धारणा है। इस बीच चूंकि A पर बहुत अधिक सीमा नियम हैं, इसलिए <math>A^*</math> के लिए "बहुत कम" (वास्तव में, इस स्थिति में कोई भी नहीं) हैं। यदि हम भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करके <math>\langle g, Af\rangle</math> के लिए <math>f \in \operatorname{Dom}(A)</math>की गणना करते हैं, तब से <math>f</math> अंतराल के दोनों सिरों पर विलुप्त हो जाता है, कोई सीमा स्थिति नहीं होती <math>g</math> भागों द्वारा एकीकरण में सीमा नियमों को समाप्त करने की आवश्यकता है। इस प्रकार, कोई भी पर्याप्त रूप से सुचारू कार्य g,<math>A^*g = -i\,dg/dx</math> के साथ <math>A^*</math> के डोमेन में है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 9.28</ref>
चूंकि समापन का डोमेन और एडजॉइंट का डोमेन सहमत नहीं है, ए अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है। आख़िरकार, एक सामान्य परिणाम कहता है कि जोड़ का डोमेन <math>A^\mathrm{cl}</math> ए के जोड़ के डोमेन के समान है। इस प्रकार, इस मामले में, के जोड़ का डोमेन <math>A^\mathrm{cl}</math> के डोमेन से बड़ा है <math>A^\mathrm{cl}</math> स्वयं, वह दिखा रहा है <math>A^\mathrm{cl}</math> स्व-सहायक नहीं है, जिसका परिभाषा के अनुसार अर्थ यह है कि A मूलतः स्व-सहायक नहीं है।


पिछले उदाहरण के साथ समस्या यह है कि हमने के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा शर्तें लगा दी हैं। डोमेन का एक उत्तम विकल्प आवधिक सीमा शर्तों का उपयोग करना होगा:
चूंकि समापन का डोमेन और एडजॉइंट का डोमेन सहमत नहीं है, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है। अंततः एक सामान्य परिणाम कहता है कि जोड़ का डोमेन <math>A^\mathrm{cl}</math> A के जोड़ के डोमेन के समान है। इस प्रकार, इस स्थितियों में, के जोड़ का डोमेन <math>A^\mathrm{cl}</math> के डोमेन से बड़ा है <math>A^\mathrm{cl}</math> स्वयं, वह दिखा रहा है <math>A^\mathrm{cl}</math> स्व-सहायक नहीं है, जिसका परिभाषा के अनुसार अर्थ यह है कि A मूलतः स्व-सहायक नहीं है।
 
पिछले उदाहरण के साथ समस्या यह है कि हमने A के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा नियम लगा दी हैं। डोमेन का एक उत्तम विकल्प आवधिक सीमा नियमों का उपयोग करना होता है:
:<math>\operatorname{Dom}(A) = \{\text{smooth functions}\,f \mid f(0) = f(1)\}.</math>
:<math>\operatorname{Dom}(A) = \{\text{smooth functions}\,f \mid f(0) = f(1)\}.</math>
इस डोमेन के साथ, अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Example 9.25</ref>
इस डोमेन के साथ, A अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Example 9.25</ref>
इस मामले में, हम वर्णक्रमीय प्रमेय के लिए डोमेन मुद्दों के निहितार्थ को समझ सकते हैं। यदि हम डोमेन की पहली पसंद (बिना किसी सीमा शर्तों के) का उपयोग करते हैं, तो सभी फ़ंक्शन <math>f_\beta(x) = e^{\beta x}</math> के लिए <math>\beta \in \mathbb C</math> eigenvalues ​​​​के साथ eigenvectors हैं <math>-i \beta</math>, और इसलिए स्पेक्ट्रम संपूर्ण जटिल विमान है। यदि हम डोमेन की दूसरी पसंद (डिरिचलेट सीमा शर्तों के साथ) का उपयोग करते हैं, तो ए के पास कोई भी आइजनवेक्टर नहीं है। यदि हम डोमेन की तीसरी पसंद (आवधिक सीमा शर्तों के साथ) का उपयोग करते हैं, तो हम ए के लिए ईजेनवेक्टरों का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार पा सकते हैं, फ़ंक्शन <math>f_n(x) := e^{2\pi inx}</math>. इस प्रकार, इस मामले में ऐसा डोमेन खोजना कि A स्व-संयुक्त हो, एक समझौता है: डोमेन इतना छोटा होना चाहिए कि A सममित हो, किन्तु इतना बड़ा हो कि <math>D(A^*)=D(A)</math>.


===एकवचन क्षमता वाले श्रोडिंगर ऑपरेटर===
इस स्थिति में, हम वर्णक्रमीय प्रमेय के लिए डोमेन उद्देश्यों के निहितार्थ को समझ सकते हैं। यदि हम डोमेन की पहली पसंद (बिना किसी सीमा नियमो के) का उपयोग करते हैं, तो <math>\beta \in \mathbb C</math> के लिए सभी कार्य <math>f_\beta(x) = e^{\beta x}</math> आइगेनवेक्टर हैं, आइगेनवैल्यू <math>-i \beta</math> के साथ, और इसलिए स्पेक्ट्रम संपूर्ण जटिल विमान है। यदि हम डोमेन की दूसरी पसंद (डिरिचलेट सीमा नियमो के साथ) का उपयोग करते हैं, तो ए के पास कोई भी आइजनवेक्टर नहीं है। यदि हम डोमेन की तीसरी पसंद (आवधिक सीमा नियमो के साथ) का उपयोग करते हैं, तो हम ए कार्य <math>f_n(x) := e^{2\pi inx}</math> के लिए ईजेनवेक्टर का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार पा सकते हैं। इस प्रकार, इस स्थिति में ऐसा डोमेन खोजना कि A स्व-संयुक्त हो, एक समझौता है: डोमेन इतना छोटा होना चाहिए कि A सममित हो, किन्तु इतना बड़ा हो कि <math>D(A^*)=D(A)</math> हो।
सममित और (अनिवार्य रूप से) स्व-सहायक ऑपरेटरों के बीच अंतर का एक अधिक सूक्ष्म उदाहरण क्वांटम यांत्रिकी में श्रोडिंगर समीकरण | श्रोडिंगर ऑपरेटरों से आता है। यदि संभावित ऊर्जा एकवचन है - विशेष रूप से यदि क्षमता नीचे असीमित है - तो संबंधित श्रोडिंगर ऑपरेटर अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने में विफल हो सकता है। एक आयाम में, उदाहरण के लिए, ऑपरेटर
 
===एकवचन क्षमता वाले श्रोडिंगर संचालक ===
सममित और (अनिवार्य रूप से) स्व-सहायक संचालक के बीच अंतर का एक अधिक सूक्ष्म उदाहरण क्वांटम यांत्रिकी में श्रोडिंगर समीकरण या श्रोडिंगर संचालक से आता है। यदि संभावित ऊर्जा एकवचन है - विशेष रूप से यदि क्षमता नीचे असीमित है - तो संबंधित श्रोडिंगर संचालक अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने में विफल हो सकता है। एक आयाम में, उदाहरण के लिए, संचालक है 
:<math>\hat{H} := \frac{P^2}{2m} - X^4</math>
:<math>\hat{H} := \frac{P^2}{2m} - X^4</math>
सुचारू, तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorem 9.41</ref> इस मामले में, आवश्यक स्व-संयुक्तता की विफलता अंतर्निहित मौलिक प्रणाली में एक विकृति को दर्शाती है: एक मौलिक कण <math>-x^4</math> संभावित परिमित समय में अनंत तक पलायन कर जाता है। इस ऑपरेटर के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक नहीं है, किन्तु यह अनंत पर सीमा शर्तों को निर्दिष्ट करके प्राप्त स्व-सहायक एक्सटेंशन को स्वीकार करता है। (तब से <math>\hat{H}</math> एक वास्तविक ऑपरेटर है, यह जटिल संयुग्मन के साथ आवागमन करता है। इस प्रकार, कमी सूचकांक स्वचालित रूप से बराबर होते हैं, जो स्व-सहायक विस्तार होने की शर्त है। नीचे सममित ऑपरेटरों के विस्तार की चर्चा देखें।)
सुचारू रूप से तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorem 9.41</ref> इस स्थितियों में, आवश्यक स्व-संयुक्तता की विफलता अंतर्निहित मौलिक प्रणाली में एक विकृति को दर्शाती है: एक मौलिक कण <math>-x^4</math> संभावित परिमित समय में अनंत तक पलायन कर जाता है। इस संचालक के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक नहीं है, किन्तु यह अनंत पर सीमा नियमों को निर्दिष्ट करके प्राप्त स्व-सहायक विस्तारक को स्वीकार करता है। (तब से <math>\hat{H}</math> एक वास्तविक संचालक है, यह जटिल संयुग्मन के साथ आवागमन करता है। इस प्रकार, कमी सूचकांक स्वचालित रूप से समान होते हैं, जो स्व-सहायक विस्तार होने की नियम है। नीचे सममित संचालक के विस्तार की चर्चा देखें।)


इस मामले में, यदि हम प्रारंभ में परिभाषित करते हैं <math>\hat{H}</math> सुचारू, तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर, सहायक एक ही ऑपरेटर होगा (अर्थात , एक ही सूत्र द्वारा दिया गया) किन्तु सबसे बड़े संभावित डोमेन पर, अर्थात्
इस स्थितियों में, यदि हम प्रारंभ में परिभाषित करते हैं <math>\hat{H}</math> सुचारू तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर सहायक एक ही संचालक होगा (अर्थात एक ही सूत्र द्वारा दिया गया) किन्तु सबसे बड़े संभावित डोमेन पर है अर्थात्
:<math>\operatorname{Dom}\left(\hat{H}^*\right) = \left\{ \text{twice differentiable functions }f \in L^2(\mathbb{R})\left|\left( -\frac{\hbar^2}{2m}\frac{d^2f}{dx^2} - x^4f(x)\right) \in L^2(\mathbb{R}) \right. \right\}. </math>
:<math>\operatorname{Dom}\left(\hat{H}^*\right) = \left\{ \text{twice differentiable functions }f \in L^2(\mathbb{R})\left|\left( -\frac{\hbar^2}{2m}\frac{d^2f}{dx^2} - x^4f(x)\right) \in L^2(\mathbb{R}) \right. \right\}. </math>
तभी यह दिखाना संभव है <math>\hat{H}^*</math> एक सममित ऑपरेटर नहीं है, जो निश्चित रूप से इसका तात्पर्य है <math>\hat{H}</math> मूलतः स्व-संयुक्त नहीं है। वास्तव में, <math>\hat{H}^*</math> शुद्ध काल्पनिक eigenvalues ​​​​के साथ eigenvectors हैं,<ref>{{harvnb|Berezin|Shubin|1991}} p. 85</ref><ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 9.10</ref> जो एक सममित ऑपरेटर के लिए असंभव है। यह अजीब घटना दो शब्दों के बीच रद्दीकरण के कारण संभव है <math>\hat{H}^*</math>: कार्य हैं <math>f</math> के क्षेत्र में <math>\hat{H}^*</math> जिसके लिए तो <math>d^2 f/dx^2</math> और न <math>x^4f(x)</math> अलग से है <math>L^2(\mathbb{R})</math>, किन्तु उनका संयोजन घटित होता है <math>\hat{H}^*</math> में है <math>L^2(\mathbb{R})</math>. यह अनुमति देता है <math>\hat{H}^*</math> दोनों के होते हुए भी असममित होना <math>d^2/dx^2</math> और <math>X^4</math> सममित ऑपरेटर हैं. यदि हम प्रतिकारक क्षमता को प्रतिस्थापित कर देते हैं तो इस प्रकार का रद्दीकरण नहीं होता है <math>-x^4</math> सीमित क्षमता के साथ <math>x^4</math>.
तब यह दिखाना संभव है कि<math>\hat{H}^*</math> एक सममित संचालक नहीं है, जिसका निश्चित रूप से तात्पर्य यह है कि <math>\hat{H}</math> अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है। दरअसल, <math>\hat{H}^*</math> में शुद्ध काल्पनिक आइगेनवैल्यू वाले आइगेनवेक्टर हैं,<ref>{{harvnb|Berezin|Shubin|1991}} p. 85</ref><ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 9.10</ref> जो एक सममित संचालक के लिए असंभव है। यह अजीब घटना <math>\hat{H}^*</math> में दो शब्दों के बीच समाप्ति के कारण संभव है: <math>\hat{H}^*</math>के डोमेन में फलन <math>f</math> हैं जिनके लिए न तो <math>\hat{H}^*</math> और ही <math>d^2 f/dx^2</math> <math>L^2(\mathbb{R})</math> में अलग से हैं }), लेकिन <math>\hat{H}^*</math> में होने वाला उनका संयोजन <math>L^2(\mathbb{R})</math> में है। यह <math>\hat{H}^*</math> को गैर-सममित होने की अनुमति देता है, यथार्त <math>d^2/dx^2</math> और<math>X^4</math> दोनों सममित संचालक हों। यदि हम विकर्षक क्षमता <math>-x^4</math> को सीमित क्षमता <math>x^4</math> से प्रतिस्थापित करते हैं तो इस प्रकार का समाप्ति नहीं होता है।


श्रोडिंगर ऑपरेटरों के लिए स्व-सहायक या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने की शर्तें विभिन्न पाठ्यपुस्तकों में पाई जा सकती हैं, जैसे कि बेरेज़िन और शुबिन, हॉल, और रीड और साइमन द्वारा संदर्भ में सूचीबद्ध।
श्रोडिंगर संचालक के लिए स्व-सहायक या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने की नियम विभिन्न पाठ्यपुस्तकों में पाई जा सकती हैं, जैसे कि बेरेज़िन और शुबिन, हॉल, और रीड और साइमन द्वारा संदर्भ में सूचीबद्ध है।


== वर्णक्रमीय प्रमेय ==
== वर्णक्रमीय प्रमेय ==
भौतिकी साहित्य में, वर्णक्रमीय प्रमेय को अधिकांशतः यह कहकर कहा जाता है कि एक स्व-सहायक ऑपरेटर के पास ईजेनवेक्टरों का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार होता है। चूंकि , भौतिक विज्ञानी सतत स्पेक्ट्रम की घटना से अच्छी तरह परिचित हैं; इस प्रकार, जब वे ऑर्थोनॉर्मल आधार की बात करते हैं तो उनका कारण या तो क्लासिक अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल आधार या उसके कुछ निरंतर एनालॉग से होता है। संवेग संचालक के मामले में <math display="inline">P = -i\frac{d}{dx}</math>उदाहरण के लिए, भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनवेक्टर कार्य हैं <math>f_p(x) := e^{ipx}</math>, जो स्पष्ट रूप से हिल्बर्ट स्थान में नहीं हैं <math>L^2(\mathbb{R})</math>. (भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनवेक्टर गैर-सामान्यीकरण योग्य हैं।) फिर भौतिक विज्ञानी यह कहेंगे कि ये आइजनवेक्टर निरंतर अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल हैं, जहां सामान्य क्रोनकर डेल्टा होता है <math>\delta_{i,j}</math> एक डिराक डेल्टा फ़ंक्शन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है <math>\delta\left(p - p'\right)</math>.
भौतिकी साहित्य में वर्णक्रमीय प्रमेय को अधिकांशतः यह कहकर कहा जाता है कि एक स्व-सहायक संचालक के पास ईजेनसदिश का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार होता है। चूंकि, भौतिक विज्ञानी सतत स्पेक्ट्रम की घटना से अच्छी तरह परिचित हैं; इस प्रकार, जब वे ऑर्थोनॉर्मल आधार की बात करते हैं तो उनका कारण या तो क्लासिक अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल आधार या उसके कुछ निरंतर एनालॉग से होता है। संवेग संचालक के स्थितियों में <math display="inline">P = -i\frac{d}{dx}</math>उदाहरण के लिए भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनसदिश <math>f_p(x) := e^{ipx}</math> कार्य हैं जो स्पष्ट रूप से हिल्बर्ट स्थान <math>L^2(\mathbb{R})</math> में नहीं हैं (भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनसदिश गैर-सामान्यीकरण योग्य हैं।) फिर भौतिक विज्ञानी यह कहेंगे कि ये आइजनसदिश निरंतर अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल हैं, जहां सामान्य क्रोनकर <math>\delta_{i,j}</math>डेल्टा होता है एक डिराक <math>\delta\left(p - p'\right)</math> डेल्टा फलन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है


यद्यपि ये कथन गणितज्ञों को निराशाजनक लग सकते हैं, फूरियर ट्रांसफॉर्म के उपयोग से इन्हें कठोर बनाया जा सकता है, जो एक सामान्य की अनुमति देता है <math>L^2</math> फ़ंक्शन को फ़ंक्शन के सुपरपोज़िशन (अर्थात , अभिन्न) के रूप में व्यक्त किया जाना है <math>e^{ipx}</math>, तथापि ये फ़ंक्शन अंदर नहीं हैं <math>L^2</math>. फूरियर रूपांतरण गति ऑपरेटर को विकर्णित करता है; अर्थात्, यह इसे गुणन के संचालिका में परिवर्तित कर देता है <math>p</math>, कहाँ <math>p</math> फूरियर रूपांतरण का चर है।
यद्यपि ये कथन गणितज्ञों को निराशाजनक लग सकते हैं, फूरियर रूपांतरण के उपयोग से इन्हें कठोर बनाया जा सकता है, जो एक सामान्य की अनुमति <math>L^2</math>देता है जो फलन को फलन के सुपरपोज़िशन (अर्थात अभिन्न) के रूप <math>e^{ipx}</math> में व्यक्त किया जाना है तथापि ये फलन अंदर नहीं हैं <math>L^2</math>. फूरियर रूपांतरण गति संचालक को विकर्णित करता है; अर्थात्, यह इसे गुणन <math>p</math> के संचालिका में परिवर्तित कर देता है जहाँ <math>p</math> फूरियर रूपांतरण का चर है।


सामान्यतः वर्णक्रमीय प्रमेय को उसी तरह व्यक्त किया जा सकता है जैसे किसी ऑपरेटर को विकर्णित करने की संभावना यह दिखाकर कि यह इकाई रूप से गुणन ऑपरेटर के बराबर है। वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करणों का उद्देश्य इसी तरह इस विचार को पकड़ना है कि एक स्व-सहायक ऑपरेटर के पास ऐसे आइजेनवेक्टर हो सकते हैं जो वास्तव में हिल्बर्ट स्थान में नहीं हैं।
सामान्यतः वर्णक्रमीय प्रमेय को उसी तरह व्यक्त किया जा सकता है जैसे किसी संचालक को विकर्णित करने की संभावना यह दिखाकर कि यह इकाई रूप से गुणन संचालक के समान है। वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करणों का उद्देश्य इसी तरह इस विचार को पकड़ना है कि एक स्व-सहायक संचालक के पास ऐसे आइजेनसदिश हो सकते हैं जो वास्तव में हिल्बर्ट स्थान में नहीं हैं।


===वर्णक्रमीय प्रमेय का कथन===
===वर्णक्रमीय प्रमेय का कथन===


हिल्बर्ट स्थानों पर आंशिक रूप से परिभाषित ऑपरेटर ए, बी, एच, के 'एकात्मक रूप से समतुल्य' हैं यदि और केवल यदि कोई [[एकात्मक परिवर्तन]] होता है यू: एच के जैसे कि
हिल्बर्ट स्थानों पर आंशिक रूप से परिभाषित संचालक ''A'', ''B'' h, के 'एकात्मक रूप से समतुल्य' हैं यदि और केवल यदि कोई [[एकात्मक परिवर्तन]] होता है ''U'' : ''H'' ''K'' जैसे कि


* यू डोम को विशेष रूप से डोम बी पर मैप करता है,
* यू डोम A को विशेष रूप से डोम बी पर मैप करता है,
* <math> B U \xi = U A \xi ,\qquad \forall \xi \in \operatorname{dom}A. </math>
* <math> B U \xi = U A \xi ,\qquad \forall \xi \in \operatorname{dom}A. </math>
एक गुणन संचालिका को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: मान लीजिए (X, Σ, μ) एक गणनीय योगात्मक माप स्थान है और f X पर एक वास्तविक-मूल्य मापन योग्य फ़ंक्शन है। एक संचालिका <math>T_f</math> रूप का
एक गुणन संचालिका को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: मान लीजिए (X, Σ, μ) एक गणनीय योगात्मक माप स्थान है और f X पर एक वास्तविक-मूल्य मापन योग्य फलन है। एक संचालिका <math>T_f</math> रूप का फलन है


:<math>[T_f \psi] (x) = f(x) \psi(x)</math>
:<math>[T_f \psi] (x) = f(x) \psi(x)</math>
जिसका डोमेन ψ का स्थान है जिसके लिए ऊपर दाहिना भाग L में है<sup>2</sup> को गुणन संकारक कहा जाता है।
जिसका डोमेन ψ का स्थान है जिसके लिए ऊपर दाहिना भाग L<sup>2</sup> में है को गुणन संकारक कहा जाता है।


वर्णक्रमीय प्रमेय का एक संस्करण इस प्रकार बताया जा सकता है।
वर्णक्रमीय प्रमेय का एक संस्करण इस प्रकार बताया जा सकता है।
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वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करण ऊपर से जुड़े वर्णक्रमीय प्रमेय लेख में पाए जा सकते हैं।
वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करण ऊपर से जुड़े वर्णक्रमीय प्रमेय लेख में पाए जा सकते हैं।


असंबद्ध स्व-सहायक ऑपरेटरों के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय को एकात्मक (इसलिए बंधे हुए) ऑपरेटरों के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय में कमी करके सिद्ध किया जा सकता है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 10.4</ref> यह कमी स्व-सहायक ऑपरेटरों के लिए [[ केली परिवर्तन ]] का उपयोग करती है जिसे अगले भाग में परिभाषित किया गया है। हम ध्यान दे सकते हैं कि यदि T को f से गुणा किया जाता है, तो T का स्पेक्ट्रम केवल f की [[आवश्यक सीमा]] है।
असंबद्ध स्व-सहायक संचालक के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय को एकात्मक (इसलिए बंधे हुए) संचालक के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय में कमी करके सिद्ध किया जा सकता है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 10.4</ref> यह कमी स्व-सहायक संचालक के लिए [[ केली परिवर्तन |केली परिवर्तन]] का उपयोग करती है जिसे अगले भाग में परिभाषित किया गया है। हम ध्यान दे सकते हैं कि यदि T को f से गुणा किया जाता है, तो T का स्पेक्ट्रम केवल f की [[आवश्यक सीमा]] है।


===कार्यात्मक कलन ===
===कार्यात्मक कलन ===
वर्णक्रमीय प्रमेय का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को परिभाषित करना है। कहने का तात्पर्य यह है कि यदि <math>h</math> वास्तविक लाइन पर एक फ़ंक्शन है और <math>T</math> एक स्व-सहायक ऑपरेटर है, हम ऑपरेटर को परिभाषित करना चाहते हैं <math>h(T)</math>. यदि <math>T</math> eigenvectors का वास्तविक लंबन आधार है <math>e_j</math> eigenvalues ​​​​के साथ <math>\lambda_j</math>, तब <math>h(T)</math> eigenvectors वाला ऑपरेटर है <math>e_j</math> और eigenvalues <math>h\left(\lambda_j\right)</math>. कार्यात्मक कैलकुलस का लक्ष्य इस विचार को उस मामले तक विस्तारित करना है जहां <math>T</math> निरंतर स्पेक्ट्रम है.
वर्णक्रमीय प्रमेय का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को परिभाषित करना है। कहने का तात्पर्य यह है कि यदि <math>h</math> वास्तविक लाइन पर एक फलन है और <math>T</math> एक स्व-सहायक संचालक है, हम संचालक को <math>h(T)</math> परिभाषित करना चाहते हैं यदि <math>T</math> ईगेनवक्टर का वास्तविक लंबन आधार है जो <math>e_j</math> ईगेनवैल्यू ​​​​के साथ <math>\lambda_j</math>, तब <math>h(T)</math> ईगेनवक्टर वाला संचालक<math>e_j</math> है और ईगेनवैल्यू <math>h\left(\lambda_j\right)</math>. कार्यात्मक कैलकुलस का लक्ष्य इस विचार को उस स्थितियों तक विस्तारित करना है जहां <math>T</math> निरंतर स्पेक्ट्रम है.


क्वांटम भौतिकी में इस मामले का विशेष महत्व है <math>T</math> हैमिल्टनियन ऑपरेटर है <math>\hat{H}</math> और <math>h(x) := e^{-itx/\hbar}</math> एक घातीय है. इस मामले में, कार्यात्मक कैलकुलस को हमें ऑपरेटर को परिभाषित करने की अनुमति देनी चाहिए
क्वांटम भौतिकी <math>T</math> में इस स्थितियों का विशेष महत्व है हैमिल्टनियन संचालक <math>\hat{H}</math> है और <math>h(x) := e^{-itx/\hbar}</math> एक घातीय है. इस स्थितियों में, कार्यात्मक कैलकुलस को हमें संचालक को परिभाषित करने की अनुमति देनी चाहिए
:<math>U(t) := h\left(\hat{H}\right) = e^\frac{-it\hat{H}}{\hbar},</math>
:<math>U(t) := h\left(\hat{H}\right) = e^\frac{-it\hat{H}}{\hbar},</math>
जो क्वांटम यांत्रिकी में समय-विकास को परिभाषित करने वाला ऑपरेटर है।
जो क्वांटम यांत्रिकी में समय-विकास को परिभाषित करने वाला संचालक है।


द्वारा गुणन के संचालक के रूप में T का प्रतिनिधित्व दिया गया है <math>f</math>- जैसा कि वर्णक्रमीय प्रमेय द्वारा गारंटी दी गई है - कार्यात्मक कैलकुलस को चिह्नित करना आसान है: यदि एच 'आर' पर एक घिरा हुआ वास्तविक-मूल्यवान बोरेल फ़ंक्शन है, तो एच (टी) संरचना द्वारा गुणन का ऑपरेटर है <math>h \circ f</math>.
द्वारा गुणन के संचालक के रूप में T का प्रतिनिधित्व दिया गया है <math>f</math>- जैसा कि वर्णक्रमीय प्रमेय द्वारा गारंटी दी गई है - कार्यात्मक कैलकुलस को चिह्नित करना आसान है: यदि एच 'आर' पर एक घिरा हुआ वास्तविक-मूल्यवान बोरेल फलन है, तो ''h''(''T'') संरचना <math>h \circ f</math> द्वारा गुणा का संचालक है।


=== पहचान का संकल्प ===
=== पहचान का संकल्प ===
निम्नलिखित संकेतन को प्रस्तुत करने की प्रथा रही है
निम्नलिखित संकेतन को प्रस्तुत करने की प्रथा रही है
:<math>\operatorname{E}_T(\lambda) = \mathbf{1}_{(-\infty, \lambda]} (T)</math>
:<math>\operatorname{E}_T(\lambda) = \mathbf{1}_{(-\infty, \lambda]} (T)</math>
कहाँ <math>\mathbf{1}_{(-\infty, \lambda]}</math> अंतराल का विशिष्ट कार्य (सूचक कार्य) है <math>(-\infty, \lambda]</math>. प्रक्षेपण ऑपरेटरों का परिवार ई<sub>''T''</sub>(λ) को ''T'' के लिए पहचान का संकल्प कहा जाता है। इसके अतिरिक्त , ''टी'' के लिए निम्नलिखित स्टिल्टजेस अभिन्न प्रतिनिधित्व को सिद्ध किया जा सकता है:
जहाँ <math>\mathbf{1}_{(-\infty, \lambda]}</math> अंतराल <math>(-\infty, \lambda]</math> का विशिष्ट कार्य (सूचक कार्य) है प्रक्षेपण संचालक E<sub>''T''</sub>(λ) के वर्ग को ''T'' के लिए पहचान का संकल्प कहा जाता है। इसके अतिरिक्त , ''टी'' के लिए निम्नलिखित स्टिल्टजेस अभिन्न प्रतिनिधित्व को सिद्ध किया जा सकता है:
:<math> T = \int_{-\infty}^{+\infty} \lambda d \operatorname{E}_T(\lambda).</math>
:<math> T = \int_{-\infty}^{+\infty} \lambda d \operatorname{E}_T(\lambda).</math>
उपरोक्त ऑपरेटर इंटीग्रल की परिभाषा को [[कमजोर ऑपरेटर टोपोलॉजी|अशक्त ऑपरेटर टोपोलॉजी]] का उपयोग करके स्केलर मूल्य वाले स्टिल्टजेस इंटीग्रल तक कम किया जा सकता है। चूंकि , अधिक आधुनिक उपचारों में, इस प्रतिनिधित्व को सामान्यतः टाला जाता है, क्योंकि अधिकांश तकनीकी समस्याओं को कार्यात्मक कैलकुलस द्वारा निपटाया जा सकता है।
उपरोक्त संचालक इंटीग्रल की परिभाषा को [[कमजोर ऑपरेटर टोपोलॉजी|अशक्त संचालक टोपोलॉजी]] का उपयोग करके स्केलर मूल्य वाले स्टिल्टजेस इंटीग्रल तक कम किया जा सकता है। चूंकि अधिक आधुनिक उपचारों में, इस प्रतिनिधित्व को सामान्यतः टाला जाता है, क्योंकि अधिकांश तकनीकी समस्याओं को कार्यात्मक कैलकुलस द्वारा निपटाया जा सकता है।


=== भौतिकी साहित्य में निरूपण ===
=== भौतिकी साहित्य में निरूपण ===
भौतिकी में, विशेष रूप से क्वांटम यांत्रिकी में, वर्णक्रमीय प्रमेय को इस तरह से व्यक्त किया जाता है जो ऊपर बताए गए वर्णक्रमीय प्रमेय और [[डिराक संकेतन]] का उपयोग करके बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को जोड़ता है:
भौतिकी में, विशेष रूप से क्वांटम यांत्रिकी में, वर्णक्रमीय प्रमेय को इस तरह से व्यक्त किया जाता है जो ऊपर बताए गए वर्णक्रमीय प्रमेय और [[डिराक संकेतन]] का उपयोग करके बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को जोड़ता है:


यदि H स्व-सहायक है और f एक [[बोरेल फ़ंक्शन]] है,
यदि H स्व-सहायक है और f एक [[बोरेल फ़ंक्शन|बोरेल]] फलन है,
:<math>f(H) = \int dE \left| \Psi_E \rangle f(E) \langle \Psi_E \right|</math>
:<math>f(H) = \int dE \left| \Psi_E \rangle f(E) \langle \Psi_E \right|</math>
साथ
साथ
:<math>H \left|\Psi_E\right\rangle = E \left|\Psi_E\right\rangle</math>
:<math>H \left|\Psi_E\right\rangle = E \left|\Psi_E\right\rangle</math>
जहां इंटीग्रल एच के पूरे स्पेक्ट्रम पर चलता है। नोटेशन से पता चलता है कि एच को ईजेनवेक्टर्स द्वारा विकर्ण किया गया है।<sub>''E''</sub>. ऐसा अंकन पूर्णतः [[औपचारिक गणना]] है। डिराक के अंकन और पिछले अनुभाग के बीच समानता देखी जा सकती है। पहचान का संकल्प (कभी-कभी प्रक्षेपण मूल्य माप भी कहा जाता है) औपचारिक रूप से रैंक -1 अनुमान जैसा दिखता है <math>\left|\Psi_E\right\rangle \left\langle\Psi_E\right|</math>. डिराक नोटेशन में, (प्रोजेक्टिव) मापों को [[eigenvalues]] ​​​​और [[eigenstates]], दोनों विशुद्ध रूप से औपचारिक वस्तुओं के माध्यम से वर्णित किया गया है। जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है, यह पहचान के समाधान के पारित होने से बच नहीं पाता है। बाद के सूत्रीकरण में, [[वर्णक्रमीय माप]] का उपयोग करके माप का वर्णन किया गया है <math>|\Psi \rangle</math>, यदि प्रणाली तैयार है <math>|\Psi \rangle</math> माप से पहले. वैकल्पिक रूप से, यदि कोई ईजेनस्टेट्स की धारणा को संरक्षित करना चाहता है और इसे केवल औपचारिक के अतिरिक्त कठोर बनाना चाहता है, तो वह राज्य स्थान को उपयुक्त [[धांधली हिल्बर्ट स्थान]] से बदल सकता है।
जहां इंटीग्रल एच के पूरे स्पेक्ट्रम पर चलता है। नोटेशन से पता चलता है कि एच को ईजेनसदिश Ψ<sub>''E''</sub>. द्वारा विकर्ण किया गया है। ऐसा अंकन पूर्णतः [[औपचारिक गणना]] है। डिराक के अंकन और पिछले अनुभाग के बीच समानता देखी जा सकती है। पहचान का संकल्प (कभी-कभी प्रक्षेपण मूल्य माप भी कहा जाता है) औपचारिक रूप से पद -1 अनुमान <math>\left|\Psi_E\right\rangle \left\langle\Psi_E\right|</math> जैसा दिखता है डिराक नोटेशन में, (प्रोजेक्टिव) मापों को ईगेनवैल्यू ​​​​और [[eigenstates|ईगेनस्थिति]] , दोनों विशुद्ध रूप से औपचारिक वस्तुओं के माध्यम से वर्णित किया गया है। जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है, यह पहचान के समाधान के पारित होने से बच नहीं पाता है। बाद के सूत्रीकरण में, [[वर्णक्रमीय माप]] का उपयोग करके माप का वर्णन<math>|\Psi \rangle</math> किया गया है, यदि प्रणाली तैयार है तो माप से पहले. <math>|\Psi \rangle</math>वैकल्पिक रूप से, यदि कोई ईजेनस्टेट्स की धारणा को संरक्षित करना चाहता है और इसे केवल औपचारिक के अतिरिक्त कठोर बनाना चाहता है, तो वह राज्य स्थान को उपयुक्त [[धांधली हिल्बर्ट स्थान]] से बदल सकता है।


यदि {{nowrap|1=''f'' = 1}}, प्रमेय को एकता के संकल्प के रूप में जाना जाता है:
यदि {{nowrap|1=''f'' = 1}}, प्रमेय को एकता के संकल्प के रूप में जाना जाता है:


:<math>I = \int dE \left|\Psi_E\right\rangle \left\langle\Psi_E\right|</math>
:<math>I = \int dE \left|\Psi_E\right\rangle \left\langle\Psi_E\right|</math>
यदि <math>H_\text{eff} = H - i\Gamma</math> एक हर्मिटियन एच और एक तिरछा-हर्मिटियन ([[तिरछा-हर्मिटियन मैट्रिक्स|तिरछा-हर्मिटियन आव्युह]] देखें) ऑपरेटर का योग है <math> -i\Gamma</math>, एक [[ बायोर्थोगोनल प्रणाली ]] आधार समुच्चय को परिभाषित करता है
यदि <math>H_\text{eff} = H - i\Gamma</math> एक हर्मिटियन एच और एक तिरछा-हर्मिटियन ([[तिरछा-हर्मिटियन मैट्रिक्स|तिरछा-हर्मिटियन आव्युह]] देखें) संचालक <math> -i\Gamma</math> का योग है एक [[ बायोर्थोगोनल प्रणाली |बायोर्थोगोनल प्रणाली]] आधार समुच्चय को परिभाषित करता है


:<math>H^*_\text{eff} \left|\Psi_E^*\right\rangle = E^* \left|\Psi_E^*\right\rangle</math>
:<math>H^*_\text{eff} \left|\Psi_E^*\right\rangle = E^* \left|\Psi_E^*\right\rangle</math>
Line 225: Line 232:


:<math>f\left(H_\text{eff}\right) = \int dE \left|\Psi_E\right\rangle f(E) \left\langle\Psi_E^*\right|</math>
:<math>f\left(H_\text{eff}\right) = \int dE \left|\Psi_E\right\rangle f(E) \left\langle\Psi_E^*\right|</math>
(उस संदर्भ के लिए फ़ेशबैक-फ़ानो विभाजन विधि देखें जहां ऐसे ऑपरेटर [[प्रकीर्णन सिद्धांत]] में दिखाई देते हैं)।
(उस संदर्भ के लिए फ़ेशबैक-फ़ानो विभाजन विधि देखें जहां ऐसे संचालक [[प्रकीर्णन सिद्धांत]] में दिखाई देते हैं)।


== सममित ऑपरेटरों का विस्तार ==
== सममित संचालक का विस्तार ==
निम्नलिखित प्रश्न कई संदर्भों में उठता है: यदि हिल्बर्ट स्पेस एच पर एक ऑपरेटर ए सममित है, तो इसमें स्व-सहायक एक्सटेंशन कब होते हैं? एक ऑपरेटर जिसके पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है, उसे 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है; समान रूप से, एक ऑपरेटर अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होता है यदि उसका समापन (वह ऑपरेटर जिसका ग्राफ के ग्राफ का समापन है) स्व-सहायक है। सामान्यतः , एक सममित ऑपरेटर के पास कई स्व-सहायक एक्सटेंशन हो सकते हैं या कोई भी नहीं हो सकता है। इस प्रकार, हम इसके स्व-संयुक्त विस्तारों का वर्गीकरण चाहेंगे।
निम्नलिखित प्रश्न कई संदर्भों में उठता है: यदि हिल्बर्ट स्पेस एच पर एक संचालक A सममित है, तो इसमें स्व-सहायक विस्तारक कब होते हैं? एक संचालक जिसके पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है, उसे 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है; समान रूप से, एक संचालक अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होता है यदि उसका समापन (वह संचालक जिसका ग्राफ A के ग्राफ का समापन है) स्व-सहायक है। सामान्यतः एक सममित संचालक के पास कई स्व-सहायक विस्तारक हो सकते हैं या कोई भी नहीं हो सकता है। इस प्रकार, हम इसके स्व-संयुक्त विस्तारों का वर्गीकरण चाहेंगे।


आवश्यक आत्म-संबद्धता के लिए पहला मूलभूत मानदंड निम्नलिखित है:<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorem 9.21</ref>
आवश्यक आत्म-संबद्धता के लिए पहला मूलभूत मानदंड निम्नलिखित है:<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorem 9.21</ref>
{{math theorem| If ''A'' is a symmetric operator on ''H'', then ''A'' is essentially self-adjoint if and only if the range of the operators <math>A-i</math> and <math>A+i</math> are dense in ''H''. }}
{{math theorem| If ''A'' is a symmetric operator on ''H'', then ''A'' is essentially self-adjoint if and only if the range of the operators <math>A-i</math> and <math>A+i</math> are dense in ''H''. }}
समान रूप से, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि और केवल यदि ऑपरेटर <math>A^* - i</math> और <math>A^* + i</math> तुच्छ गुठलियाँ हैं.<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Corollary 9.22</ref> कहने का तात्पर्य यह है कि, A स्व-संयुक्त होने में विफल रहता है यदि और केवल यदि <math>A^*</math> eigenvalue के साथ eigenvector है <math>i</math> या <math>-i</math>.
समान रूप से, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि और केवल यदि संचालक <math>A^* - i</math> और <math>A^* + i</math> तुच्छ कर्नेल हैं.<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Corollary 9.22</ref> तो कहने का तात्पर्य यह है कि, A स्व-संयुक्त होने में विफल रहता है यदि और केवल यदि <math>A^*</math> ईगेनवैल्यू <math>i</math> या <math>-i</math>. के साथ ईगेनवक्टर है


इस मुद्दे को देखने का एक अन्य विधि स्व-सहायक ऑपरेटर के केली रूपांतरण और कमी सूचकांक द्वारा प्रदान किया गया है। ([[बंद ऑपरेटर]]ों से निपटना अधिकांशतः तकनीकी सुविधा होती है। सममित मामले में, बंद होने की आवश्यकता कोई बाधा उत्पन्न नहीं करती है, क्योंकि यह ज्ञात है कि सभी सममित ऑपरेटर बंद करने योग्य ऑपरेटर हैं।)
इस उद्देश्य को देखने का एक अन्य विधि स्व-सहायक संचालक के केली रूपांतरण और कमी सूचकांक द्वारा प्रदान किया गया है। ([[बंद ऑपरेटर|बंद]] संचालक से निपटना अधिकांशतः तकनीकी सुविधा होती है। सममित स्थितियों में, बंद होने की आवश्यकता कोई बाधा उत्पन्न नहीं करती है, क्योंकि यह ज्ञात है कि सभी सममित संचालक बंद करने योग्य संचालक हैं।)


{{math theorem|Suppose ''A'' is a symmetric operator. Then there is a unique partially defined linear operator
{{math theorem|Suppose ''A'' is a symmetric operator. Then there is a unique partially defined linear operator
Line 241: Line 248:
<math display="block"> \operatorname{W}(A)(Ax + ix) = Ax - ix, \qquad  x \in \operatorname{dom}(A). </math>}}
<math display="block"> \operatorname{W}(A)(Ax + ix) = Ax - ix, \qquad  x \in \operatorname{dom}(A). </math>}}


यहां, ran और dom क्रमशः [[छवि (गणित)]] (दूसरे शब्दों में, रेंज) और किसी फ़ंक्शन के डोमेन को दर्शाते हैं। W(A) अपने डोमेन पर [[आइसोमेट्री]] है। इसके अतिरिक्त , 1 − W(A) की सीमा H में सघन समुच्चय  है।


इसके विपरीत, किसी भी आंशिक रूप से परिभाषित ऑपरेटर यू को देखते हुए जो अपने डोमेन पर आइसोमेट्रिक है (जो आवश्यक रूप से बंद नहीं है) और ऐसा है कि 1 - यू सघन है, एक (अद्वितीय) ऑपरेटर एस (यू) है
यहां, रन और डॉम क्रमशः छवि (दूसरे शब्दों में, पद) और डोमेन को दर्शाते हैं। W(A) अपने डोमेन पर सममितीय है। इसके अतिरिक्त, 1 - W(A) का परिसर H में सघन है।
 
इसके विपरीत, किसी भी आंशिक रूप से परिभाषित संचालक यू को देखते हुए जो अपने डोमेन पर आइसोमेट्रिक है (जो आवश्यक रूप से बंद नहीं है) और ऐसा है कि 1 - ''U'' सघन है, एक (अद्वितीय) संचालक S(''U'') है
: <math>\operatorname{S}(U) : \operatorname{ran}(1 - U) \to \operatorname{ran}(1 + U)</math>
: <math>\operatorname{S}(U) : \operatorname{ran}(1 - U) \to \operatorname{ran}(1 + U)</math>
ऐसा है कि
ऐसा है कि
: <math>\operatorname{S}(U)(x - Ux) = i(x + U x) \qquad x \in \operatorname{dom}(U).</math>
: <math>\operatorname{S}(U)(x - Ux) = i(x + U x) \qquad x \in \operatorname{dom}(U).</math>
ऑपरेटर S(U) सघन रूप से परिभाषित और सममित है।
संचालक S(U) सघन रूप से परिभाषित और सममित है।


मैपिंग W और S एक दूसरे के व्युत्क्रम हैं।
मैपिंग W और S एक दूसरे के व्युत्क्रम हैं।


मैपिंग डब्ल्यू को केली ट्रांसफॉर्म कहा जाता है। यह [[आंशिक आइसोमेट्री]] को किसी भी सममित सघन रूप से परिभाषित ऑपरेटर से जोड़ता है। ध्यान दें कि मैपिंग डब्ल्यू और एस [[मोनोटोन अभिसरण प्रमेय]] हैं: इसका कारण है कि यदि ''बी'' एक सममित ऑपरेटर है जो सघन रूप से परिभाषित सममित ऑपरेटर ''ए'' का विस्तार करता है, तो डब्ल्यू(''बी'') डब्ल्यू का विस्तार करता है( ''''), और इसी तरह एस के लिए।
मैपिंग W को केली रूपांतरण कहा जाता है। यह [[आंशिक आइसोमेट्री]] को किसी भी सममित सघन रूप से परिभाषित संचालक से जोड़ता है। ध्यान दें कि मैपिंग W और S [[मोनोटोन अभिसरण प्रमेय]] हैं: इसका कारण है कि यदि ''B'' एक सममित संचालक है जो सघन रूप से परिभाषित सममित संचालक A का विस्तार करता है, तो W(''B'') W(''A''), का विस्तार करता है और इसी तरह S के लिए भी विस्तार करता है


{{math theorem|A necessary and sufficient condition for ''A'' to be self-adjoint is that its Cayley transform W(''A'') be unitary.}}
{{math theorem|A necessary and sufficient condition for ''A'' to be self-adjoint is that its Cayley transform W(''A'') be unitary.}}


यह तुरंत हमें के लिए स्व-संयुक्त विस्तार के लिए एक आवश्यक और पर्याप्त शर्त देता है, जो इस प्रकार है:
यह तुरंत हमें A के लिए स्व-संयुक्त विस्तार के लिए एक आवश्यक और पर्याप्त नियम देता है, जो इस प्रकार है:


{{math theorem|A necessary and sufficient condition for ''A'' to have a self-adjoint extension is that W(''A'') have a unitary extension.}}
{{math theorem|A necessary and sufficient condition for ''A'' to have a self-adjoint extension is that W(''A'') have a unitary extension.}}


हिल्बर्ट स्पेस एच पर आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक ऑपरेटर वी में डोम (वी) के मानक समापन के लिए एक अद्वितीय आइसोमेट्रिक विस्तार है। बंद डोमेन वाले आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक ऑपरेटर को आंशिक आइसोमेट्री कहा जाता है।
हिल्बर्ट स्पेस ''H'' पर आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक संचालक ''V'' में डोम (v) के मानक समापन के लिए एक अद्वितीय आइसोमेट्रिक विस्तार है। बंद डोमेन वाले आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक संचालक को आंशिक आइसोमेट्री कहा जाता है।


आंशिक आइसोमेट्री वी को देखते हुए, वी के 'कमी सूचकांक' को डोमेन और रेंज के [[ऑर्थोगोनल पूरक]] के आयाम के रूप में परिभाषित किया गया है:
आंशिक आइसोमेट्री वी को देखते हुए, v के 'कमी सूचकांक' को डोमेन और पद के [[ऑर्थोगोनल पूरक]] के आयाम के रूप में परिभाषित किया गया है:


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
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\end{align}</math>
\end{align}</math>


हम देखते हैं कि एक ऑपरेटर के सममित विस्तार और उसके केली ट्रांसफॉर्म के आइसोमेट्रिक विस्तार के बीच एक आपत्ति है। सममितीय विस्तार स्व-सहायक है यदि और केवल यदि संबंधित सममितीय विस्तार एकात्मक है।
हम देखते हैं कि एक संचालक के सममित विस्तार और उसके केली रूपांतरण के आइसोमेट्रिक विस्तार के बीच एक आपत्ति है। सममितीय विस्तार स्व-सहायक है यदि और केवल यदि संबंधित सममितीय विस्तार एकात्मक है।


एक सममित ऑपरेटर के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है यदि और केवल तभी जब इसके दोनों कमी सूचकांक शून्य हों। ऐसे ऑपरेटर को अनिवार्य रूप से स्व-सहायक कहा जाता है। सममित ऑपरेटर जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं हैं, उनके पास अभी भी एक विहित रूप स्व-सहायक विस्तार हो सकता है। ''गैर-नकारात्मक'' सममित ऑपरेटरों (या अधिक सामान्यतः, ऑपरेटर जो नीचे परिबद्ध हैं) के मामले में ऐसा ही है। इन ऑपरेटरों के पास सदैव एक विहित रूप से परिभाषित [[ फ्रेडरिक का विस्तार ]] होता है और इन ऑपरेटरों के लिए हम एक विहित कार्यात्मक कलन को परिभाषित कर सकते हैं। विश्लेषण में आने वाले कई ऑपरेटर नीचे दिए गए हैं (जैसे कि [[लाप्लासियन]] ऑपरेटर का नकारात्मक), इसलिए इन ऑपरेटरों के लिए आवश्यक जुड़ाव का उद्देश्य कम महत्वपूर्ण है।
एक सममित संचालक के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है यदि और केवल तभी जब इसके दोनों कमी सूचकांक शून्य हों। ऐसे संचालक को अनिवार्य रूप से स्व-सहायक कहा जाता है। सममित संचालक जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं हैं, उनके पास अभी भी एक विहित रूप स्व-सहायक विस्तार हो सकता है। ''गैर-नकारात्मक'' सममित संचालक (या अधिक सामान्यतः, संचालक जो नीचे परिबद्ध हैं) के स्थितियों में ऐसा ही है। इन संचालक के पास सदैव एक विहित रूप से परिभाषित [[ फ्रेडरिक का विस्तार |फ्रेडरिक का विस्तार]] होता है और इन संचालक के लिए हम एक विहित कार्यात्मक कलन को परिभाषित कर सकते हैं। विश्लेषण में आने वाले कई संचालक नीचे दिए गए हैं (जैसे कि [[लाप्लासियन]] संचालक का नकारात्मक), इसलिए इन संचालक के लिए आवश्यक जुड़ाव का उद्देश्य कम महत्वपूर्ण है।


===क्वांटम यांत्रिकी में स्व-सहायक विस्तार===
===क्वांटम यांत्रिकी में स्व-सहायक विस्तार===
क्वांटम यांत्रिकी में, अवलोकन योग्य वस्तुएं स्व-सहायक ऑपरेटरों के अनुरूप होती हैं। एक-पैरामीटर एकात्मक समूहों पर स्टोन के प्रमेय के अनुसार, स्व-सहायक ऑपरेटर [[समय विकास]] ऑपरेटरों के एकात्मक समूहों के बिल्कुल छोटे जनरेटर हैं। चूंकि , कई भौतिक समस्याओं को समय-विकास समीकरण के रूप में तैयार किया जाता है जिसमें अंतर ऑपरेटर सम्मिलित होते हैं जिसके लिए हैमिल्टनियन केवल सममित होता है। ऐसे स्थितियों में, या तो हैमिल्टनियन अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है, इस मामले में भौतिक समस्या के अद्वितीय समाधान हैं या कोई व्यक्ति विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों या अनंत पर स्थितियों के अनुरूप हैमिल्टनियन के स्व-सहायक विस्तार को खोजने का प्रयास करता है।
क्वांटम यांत्रिकी में, अवलोकन योग्य वस्तुएं स्व-सहायक संचालक के अनुरूप होती हैं। एक-पैरामीटर एकात्मक समूहों पर स्टोन के प्रमेय के अनुसार, स्व-सहायक संचालक [[समय विकास]] संचालक के एकात्मक समूहों के बिल्कुल छोटे जनरेटर हैं। चूंकि कई भौतिक समस्याओं को समय-विकास समीकरण के रूप में तैयार किया जाता है जिसमें अंतर संचालक सम्मिलित होते हैं जिसके लिए हैमिल्टनियन केवल सममित होता है। ऐसे स्थितियों में, या तो हैमिल्टनियन अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है इस स्थितियों में भौतिक समस्या के अद्वितीय समाधान हैं या कोई व्यक्ति विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों या अनंत पर स्थितियों के अनुरूप हैमिल्टनियन के स्व-सहायक विस्तार को खोजने का प्रयास करता है।


उदाहरण। क्षमता के साथ एक-आयामी श्रोडिंगर ऑपरेटर <math>V(x) = -(1 + |x|)^\alpha</math>, प्रारंभ में सुचारु रूप से समर्थित कार्यों पर परिभाषित, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है (अर्थात, इसमें स्व-सहायक समापन है) {{math|0 < ''α'' ≤ 2}} किन्तु के लिए नहीं {{math|''α'' > 2}}. बेरेज़िन और शुबिन, पृष्ठ 55 और 86, या हॉल में खंड 9.10 देखें।
उदाहरण क्षमता के साथ एक-आयामी श्रोडिंगर संचालक <math>V(x) = -(1 + |x|)^\alpha</math> जो प्रारंभ में सुचारु रूप से समर्थित कार्यों पर परिभाषित किया गया है, अनिवार्य रूप से 0 < के लिए स्व-सहायक है (अर्थात् स्व-सहायक समापन है){{math|0 < ''α'' ≤ 2}} किन्तु α > 2 के लिए नहीं। बेरेज़िन और शुबिन, पृष्ठ 55 और 86, या हॉल में खंड 9.10 देखें।
 
<math>\alpha > 2</math> के लिए आवश्यक स्व-संयुक्तता की विफलता संभावित <math>V(x)</math> वाले कण की मौलिक गतिशीलता में एक समकक्ष है: मौलिक कण सीमित समय में अनंत तक भाग जाता है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Chapter 2, Exercise 4</ref>


के लिए आवश्यक स्वसंबद्धता की विफलता <math>\alpha > 2</math> क्षमता वाले कण की मौलिक गतिशीलता में एक समकक्ष है <math>V(x)</math>: मौलिक कण सीमित समय में अनंत तक भाग जाता है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Chapter 2, Exercise 4</ref>
उदाहरण। अर्ध-रेखा पर गतिमान कण के लिए कोई स्व-सहायक संवेग संचालक ''p'' नहीं है। फिर भी, हैमिल्टनियन <math>p^2</math> अर्ध-रेखा पर एक मुक्त कण के विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों के अनुरूप कई स्व-संयुक्त विस्तार होते हैं। भौतिक रूप से, ये सीमा स्थितियाँ मूल में कण के प्रतिबिंब से संबंधित हैं (रीड और साइमन, खंड 2 देखें)।
उदाहरण। अर्ध-रेखा पर गतिमान कण के लिए कोई स्व-सहायक संवेग संचालक ''p'' नहीं है। फिर भी, हैमिल्टनियन <math>p^2</math> अर्ध-रेखा पर एक मुक्त कण के विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों के अनुरूप कई स्व-संयुक्त विस्तार होते हैं। भौतिक रूप से, ये सीमा स्थितियाँ मूल में कण के प्रतिबिंब से संबंधित हैं (रीड और साइमन, खंड 2 देखें)।


== वॉन न्यूमैन के सूत्र ==
== वॉन न्यूमैन के सूत्र ==
मान लीजिए A सममित रूप से सघन रूप से परिभाषित है। फिर A का कोई भी सममित विस्तार A* का प्रतिबंध है। वास्तव में, A ⊆ B और B सममिति dom(A*) की परिभाषा को प्रयुक्त करने से B ⊆ A* प्राप्त होता है।
मान लीजिए A सममित रूप से सघन रूप से परिभाषित है। फिर A का कोई भी सममित विस्तार A* का प्रतिबंध है। वास्तव में, A ⊆ B और B सममिति डॉम(A*) की परिभाषा को प्रयुक्त करने से B ⊆ A* प्राप्त होता है।


{{math theorem| Suppose ''A'' is a densely defined symmetric operator. Let
{{math theorem| Suppose ''A'' is a densely defined symmetric operator. Let
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== उदाहरण ==
== उदाहरण ==


===एक सममित ऑपरेटर जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है===
===एक सममित संचालक जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है===
हम सबसे पहले हिल्बर्ट स्थान पर विचार करते हैं <math>L^2[0, 1]</math> और विभेदक ऑपरेटर
हम पहले हिल्बर्ट स्पेस<math>L^2[0, 1]</math>और विभेदक संचालक पर विचार करते हैं


: <math>D: \phi \mapsto \frac{1}{i} \phi'</math>
: <math>D: \phi \mapsto \frac{1}{i} \phi'</math>
सीमा शर्तों को संतुष्ट करते हुए, [0,1] पर लगातार भिन्न-भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया गया है
सीमा नियमों को संतुष्ट करते हुए, [0,1] पर निरन्तर भिन्न-भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया गया है
:<math>\phi(0) = \phi(1) = 0.</math>
:<math>\phi(0) = \phi(1) = 0.</math>
तब D एक सममित ऑपरेटर है जैसा कि भागों द्वारा एकीकरण द्वारा दिखाया जा सकता है। रिक्त स्थान एन<sub>+</sub>, एन<sub>−</sub> (नीचे परिभाषित) समीकरण के वितरण (गणितीय) समाधान द्वारा क्रमशः दिए गए हैं
'''तब D एक सममित संचालक है जैसा कि भागों द्वारा एकीकरण द्वारा दिखाया जा सकता है। रिक्त स्थान एन<sub>+</sub>, एन<sub>−</sub> (नीचे परिभाषित) समीकरण के वितरण (गणितीय) समाधान द्वारा क्रमशः दिए गए हैं'''


:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
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   -i u' &= -i u
   -i u' &= -i u
\end{align}</math>
\end{align}</math>
जो एल में हैं<sup>2</sup>[0, 1]. कोई यह दिखा सकता है कि इनमें से प्रत्येक समाधान स्थान 1-आयामी है, जो फ़ंक्शन x → e द्वारा उत्पन्न होता है<sup>−x</sup> और x → e<sup>x</sup> क्रमशः। इससे पता चलता है कि D मूलतः स्व-संयुक्त नहीं है,<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 9.6</ref> किन्तु इसमें स्वयं-सहायक एक्सटेंशन हैं। ये स्व-सहायक एक्सटेंशन एकात्मक मैपिंग एन के स्थान द्वारा पैरामीट्रिज्ड हैं<sub>+</sub> → एन<sub>−</sub>, जो इस मामले में यूनिट सर्कल टी होता है।
जो ''L''<sup>2</sup>[0, 1]. में हैं। कोई यह दिखा सकता है कि इनमें से प्रत्येक समाधान स्थान 1-आयामी है, जो क्रमशः फलन ''x'' ''e<sup>−x</sup>'' और ''x'' ''e<sup>x</sup>'' द्वारा उत्पन्न होता है। इससे पता चलता है कि डी अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Section 9.6</ref> किन्तु इसमें स्व-सहायक विस्तारक हैं। ये स्व-सहायक विस्तारक एकात्मक मैपिंग ''N''<sub>+</sub> → ''N''<sub>−</sub> के स्थान द्वारा पैरामीट्रिज़ किए गए हैं, जो इस मामले में यूनिट सर्कल T होता है।


इस मामले में, आवश्यक स्व-संयोजकों की विफलता डोमेन की परिभाषा में सीमा शर्तों के गलत विकल्प के कारण होती है <math>D</math>. तब से <math>D</math> प्रथम-क्रम ऑपरेटर है, यह सुनिश्चित करने के लिए केवल एक सीमा शर्त की आवश्यकता है <math>D</math> सममित है. यदि हमने ऊपर दी गई सीमा शर्तों को एकल सीमा शर्त से बदल दिया है
इस स्थितियों में, आवश्यक स्व-सहायक की विफलता <math>D</math> के डोमेन की परिभाषा में सीमा नियमो की "गलत" पसंद के कारण है। चूंकि <math>D</math> एक प्रथम-क्रम संचालक है, इसलिए यह सुनिश्चित करने के लिए केवल एक सीमा नियमो की आवश्यकता है कि <math>D</math> सममित है. यदि हमने ऊपर दी गई सीमा नियमो को एकल सीमा नियमो से बदल दिया है
: <math>\phi(0) = \phi(1)</math>,
: <math>\phi(0) = \phi(1)</math>,


तब D अभी भी सममित होगा और अब, वास्तव में, अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त होगा। सीमा शर्तों का यह परिवर्तन डी का एक विशेष रूप से स्व-संयुक्त विस्तार देता है। अन्य अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त विस्तार फॉर्म की सीमा शर्तों को प्रयुक्त  करने से आते हैं <math>\phi(1) = e^{i\theta}\phi(0)</math>.
तब D अभी भी सममित होगा और अब, वास्तव में, अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त होगा। सीमा नियमों का यह परिवर्तन डी का एक विशेष रूप से स्व-संयुक्त विस्तार देता है। अन्य अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त विस्तार रूप <math>\phi(1) = e^{i\theta}\phi(0)</math> की सीमा नियमों को प्रयुक्त करने से आते हैं


यह सरल उदाहरण एक खुले समुच्चय एम पर सममित विभेदक ऑपरेटरों पी के स्व-सहायक विस्तार के बारे में एक सामान्य तथ्य को दर्शाता है। वे आइगेनवैल्यू रिक्त स्थान के बीच एकात्मक मानचित्रों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।
यह सरल उदाहरण एक खुले समुच्चय एम पर सममित विभेदक संचालक पी के स्व-सहायक विस्तार के बारे में एक सामान्य तथ्य को दर्शाता है। वे आइगेनवैल्यू रिक्त स्थान के बीच एकात्मक मानचित्रों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।
: <math> N_\pm = \left\{u \in L^2(M): P_\operatorname{dist} u =  \pm i u\right\} </math>
: <math> N_\pm = \left\{u \in L^2(M): P_\operatorname{dist} u =  \pm i u\right\} </math>
जहां पी<sub>dist</sub> P का वितरणात्मक विस्तार है।
जहां ''P''<sub>dist</sub> P का वितरणात्मक विस्तार है।


===निरंतर-गुणांक ऑपरेटर===
===निरंतर-गुणांक संचालक ===
हम आगे [[स्थिर गुणांक]] वाले विभेदक ऑपरेटरों का उदाहरण देते हैं। होने देना
हम आगे [[स्थिर गुणांक]] वाले विभेदक संचालक का उदाहरण देते हैं। होने देना
:<math>P\left(\vec{x}\right) = \sum_\alpha c_\alpha x^\alpha </math>
:<math>P\left(\vec{x}\right) = \sum_\alpha c_\alpha x^\alpha </math>
R पर एक बहुपद बनें<sup>n</sup> वास्तविक गुणांकों के साथ, जहां α बहु-सूचकांक|बहु-सूचकांकों के एक (परिमित) समुच्चय  से अधिक होता है। इस प्रकार
वास्तविक गुणांकों के साथ '''R'''<sup>''n''</sup> पर एक बहुपद बनें, जहां α बहु-सूचकांकों के एक (परिमित) सेट पर होता है। इस प्रकार
: <math> \alpha = (\alpha_1, \alpha_2, \ldots, \alpha_n)</math>
: <math> \alpha = (\alpha_1, \alpha_2, \ldots, \alpha_n)</math>
और
और
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:<math>D^\alpha = \frac{1}{i^{|\alpha|}} \partial_{x_1}^{\alpha_1}\partial_{x_2}^{\alpha_2} \cdots \partial_{x_n}^{\alpha_n}. </math>
:<math>D^\alpha = \frac{1}{i^{|\alpha|}} \partial_{x_1}^{\alpha_1}\partial_{x_2}^{\alpha_2} \cdots \partial_{x_n}^{\alpha_n}. </math>
फिर ऑपरेटर पी(डी) ने 'आर' पर कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया<sup>n</sup>द्वारा
फिर संचालक ''P''(D) ने ''''R'''<sup>''n''</sup> ' पर कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया
: <math> P(\operatorname{D}) \phi = \sum_\alpha c_\alpha \operatorname{D}^\alpha \phi</math>
: <math> P(\operatorname{D}) \phi = \sum_\alpha c_\alpha \operatorname{D}^\alpha \phi</math>
एल पर मूलतः स्व-संयोजक है<sup>2</sup>(आर<sup>n</sup>).
''L''<sup>2</sup>('''R'''<sup>''n''</sup>). पर मूलतः स्व-संयोजक है


{{math theorem|Let ''P'' a polynomial function on '''R'''<sup>''n''</sup> with real coefficients, '''F''' the Fourier transform considered as a unitary map ''L''<sup>2</sup>('''R'''<sup>''n''</sup>) → ''L''<sup>2</sup>('''R'''<sup>''n''</sup>).  Then '''F'''*''P''(D)'''F''' is essentially self-adjoint and its unique self-adjoint extension is the operator of multiplication by the function ''P''.}}
{{math theorem|Let ''P'' a polynomial function on '''R'''<sup>''n''</sup> with real coefficients, '''F''' the Fourier transform considered as a unitary map ''L''<sup>2</sup>('''R'''<sup>''n''</sup>) → ''L''<sup>2</sup>('''R'''<sup>''n''</sup>).  Then '''F'''*''P''(D)'''F''' is essentially self-adjoint and its unique self-adjoint extension is the operator of multiplication by the function ''P''.}}


अधिक सामान्यतः, कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों पर कार्य करने वाले रैखिक अंतर ऑपरेटरों पर विचार करें। यदि M, 'R' का एक खुला उपसमुच्चय है<sup>n</sup>
 
अधिक सामान्यतः, कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों पर कार्य करने वाले रैखिक अंतर संचालको पर विचार करें। यदि M, '''R'''<sup>''n''</sup> का एक खुला उपसमुच्चय है
:<math>P \phi(x) = \sum_\alpha a_\alpha (x) \left[D^\alpha \phi\right](x)</math>
:<math>P \phi(x) = \sum_\alpha a_\alpha (x) \left[D^\alpha \phi\right](x)</math>
जहाँ एक<sub>α</sub> (आवश्यक रूप से स्थिर नहीं) असीम रूप से भिन्न कार्य हैं। P एक रैखिक संचालिका है
जहाँ ''a''<sub>α</sub> (आवश्यक रूप से स्थिर नहीं) असीम रूप से भिन्न कार्य हैं। P एक रैखिक संचालिका है
:<math> C_0^\infty(M) \to C_0^\infty(M).</math>
:<math> C_0^\infty(M) \to C_0^\infty(M).</math>
P के अनुरूप एक अन्य विभेदक संकारक है, जो P का 'औपचारिक सहायक' है
P के अनुरूप एक अन्य विभेदक संकारक है, जो P का 'औपचारिक सहायक' है
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== वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत ==
== वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत ==
स्व-सहायक संचालिका का गुणन निरूपण, चूंकि अत्यंत उपयोगी है, विहित निरूपण नहीं है। इससे पता चलता है कि इस प्रतिनिधित्व से यह निर्धारित करने के लिए एक मानदंड निकालना आसान नहीं है कि स्व-सहायक ऑपरेटर ए और बी इकाई रूप से समकक्ष हैं। अब हम जिस बढ़िया ीन दानेदार प्रतिनिधित्व पर चर्चा करते हैं उसमें वर्णक्रमीय बहुलता सम्मिलित है। परिणामों के इस चक्र को [[हंस हैन (गणितज्ञ)]][[अर्नेस्ट हेलिंगर]] का वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत कहा जाता है।
स्व-सहायक संचालिका का गुणन निरूपण है चूंकि अत्यंत उपयोगी है, विहित निरूपण नहीं है। इससे पता चलता है कि इस प्रतिनिधित्व से यह निर्धारित करने के लिए एक मानदंड निकालना आसान नहीं है कि स्व-सहायक संचालक A और ''B'' इकाई रूप से समकक्ष हैं। अब हम जिस उत्तम दानेदार प्रतिनिधित्व पर चर्चा करते हैं उसमें वर्णक्रमीय बहुलता सम्मिलित है। परिणामों के इस चक्र को [[हंस हैन (गणितज्ञ)]][[अर्नेस्ट हेलिंगर]] का वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत कहा जाता है।


===समान बहुलता===
===समान बहुलता===
हम पहले एकसमान बहुलता को परिभाषित करते हैं:
हम पहले एकसमान बहुलता को परिभाषित करते हैं:


'परिभाषा'एक स्व-सहायक संकारक A में एकसमान बहुलता n है जहाँ n ऐसा है कि 1 ≤ n ≤ ω यदि और केवल यदि A इकाई रूप से संकारक M के समतुल्य है<sub>''f''</sub> फलन f(λ) = λ द्वारा गुणन का
''''परिभाषा'''<nowiki/>' एक स्व-सहायक संकारक A में एकसमान बहुलता n है जहाँ n ऐसा है कि 1 ≤ n ≤ ω यदि और केवल यदि A इकाई रूप से संकारक M<sub>''f''</sub> के समतुल्य है फलन f(λ) = λ द्वारा गुणन का है
: <math>L^2_\mu\left(\mathbf{R}, \mathbf{H}_n\right) = \left\{\psi: \mathbf{R} \to \mathbf{H}_n: \psi \mbox{ measurable and } \int_{\mathbf{R}} \|\psi(t)\|^2 d\mu(t) < \infty\right\}</math>
: <math>L^2_\mu\left(\mathbf{R}, \mathbf{H}_n\right) = \left\{\psi: \mathbf{R} \to \mathbf{H}_n: \psi \mbox{ measurable and } \int_{\mathbf{R}} \|\psi(t)\|^2 d\mu(t) < \infty\right\}</math>
जहां एच<sub>''n''</sub> आयाम n का हिल्बर्ट स्थान है। एम का डोमेन<sub>''f''</sub> आर पर वेक्टर-मूल्य वाले फ़ंक्शन ψ सम्मिलित हैं जैसे कि
जहां '''H'''<sub>''n''</sub> आयाम n का हिल्बर्ट स्थान है। M<sub>''f''</sub> का डोमेन '''R''' पर सदिश -मूल्य वाले फलन ψ सम्मिलित हैं जैसे कि
: <math>\int_\mathbf{R} |\lambda|^2\ \|\psi(\lambda)\|^2 \, d\mu(\lambda) < \infty.</math>
: <math>\int_\mathbf{R} |\lambda|^2\ \|\psi(\lambda)\|^2 \, d\mu(\lambda) < \infty.</math>
गैर-नकारात्मक गणनीय योगात्मक माप μ, ν परस्पर एकवचन हैं यदि और केवल यदि वे असंयुक्त बोरेल समुच्चय पर समर्थित हैं।
गैर-नकारात्मक गणनीय योगात्मक माप μ, ν परस्पर एकवचन हैं यदि और केवल यदि वे असंयुक्त बोरेल समुच्चय पर समर्थित हैं।


{{math theorem|math_statement=Let ''A'' be a self-adjoint operator on a ''separable'' Hilbert space ''H''.  Then there is an ω sequence of countably additive finite measures on '''R''' (some of which may be identically 0)
{{math theorem|math_statement=Let ''A'' be a self-adjoint operator on a ''separable'' Hilbert space ''H''.  Then there is an ω sequence of countably additive finite measures on '''R''' (some of which may be identically 0)
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<math display="block">\bigoplus_{1 \leq \ell \leq \omega} L^2_{\mu_\ell} \left(\mathbf{R}, \mathbf{H}_\ell \right).</math>}}
<math display="block">\bigoplus_{1 \leq \ell \leq \omega} L^2_{\mu_\ell} \left(\mathbf{R}, \mathbf{H}_\ell \right).</math>}}


यह प्रतिनिधित्व निम्नलिखित अर्थों में अद्वितीय है: समान के किन्हीं दो ऐसे निरूपणों के लिए, संबंधित माप इस अर्थ में समतुल्य हैं कि उनके पास माप 0 के समान समुच्चय हैं।
यह प्रतिनिधित्व निम्नलिखित अर्थों में अद्वितीय है: समान A के किन्हीं दो ऐसे निरूपणों के लिए, संबंधित माप इस अर्थ में समतुल्य हैं कि उनके पास माप 0 के समान समुच्चय हैं।


===प्रत्यक्ष समाकलन===
===प्रत्यक्ष समाकलन===
वर्णक्रमीय बहुलता प्रमेय को हिल्बर्ट रिक्त स्थान के [[प्रत्यक्ष अभिन्न]]ों की भाषा का उपयोग करके पुन: तैयार किया जा सकता है:
वर्णक्रमीय बहुलता प्रमेय को हिल्बर्ट रिक्त स्थान के [[प्रत्यक्ष अभिन्न]] की भाषा का उपयोग करके पुन: तैयार किया जा सकता है:


{{math theorem|<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorems 7.19 and 10.9</ref> Any self-adjoint operator on a separable Hilbert space is unitarily equivalent to multiplication by the function λ ↦ λ on
{{math theorem|<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Theorems 7.19 and 10.9</ref> Any self-adjoint operator on a separable Hilbert space is unitarily equivalent to multiplication by the function λ ↦ λ on
<math display="block">\int_\mathbf{R}^\oplus H_\lambda\, d \mu(\lambda).</math>}}
<math display="block">\int_\mathbf{R}^\oplus H_\lambda\, d \mu(\lambda).</math>}}


वर्णक्रमीय प्रमेय के गुणन-ऑपरेटर संस्करण के विपरीत, प्रत्यक्ष-अभिन्न संस्करण इस अर्थ में अद्वितीय है कि μ का माप तुल्यता वर्ग (या समकक्ष इसके माप 0 के समुच्चय ) विशिष्ट रूप से निर्धारित होता है और मापने योग्य कार्य होता है <math>\lambda\mapsto\mathrm{dim}(H_{\lambda})</math> μ के संबंध में लगभग हर स्थान  निर्धारित किया जाता है।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 7.22</ref> कार्यक्रम <math>\lambda \mapsto \operatorname{dim}\left(H_\lambda\right)</math> ऑपरेटर का वर्णक्रमीय बहुलता फ़ंक्शन है।


अब हम स्व-सहायक ऑपरेटरों के लिए वर्गीकरण परिणाम बता सकते हैं: दो स्व-सहायक ऑपरेटर इकाई रूप से समतुल्य हैं यदि और केवल यदि (1) उनके स्पेक्ट्रा समुच्चय के रूप में सहमत हैं, (2) उनके प्रत्यक्ष-अभिन्न प्रतिनिधित्व में दिखाई देने वाले उपायों के समान समुच्चय हैं माप शून्य का, और (3) उनके वर्णक्रमीय बहुलता कार्य प्रत्यक्ष अभिन्न में माप के संबंध में लगभग हर स्थान सहमत होते हैं।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 7.24</ref>
वर्णक्रमीय प्रमेय के गुणन-संचालक संस्करण के विपरीत, प्रत्यक्ष-अभिन्न संस्करण इस अर्थ में अद्वितीय है कि μ का माप तुल्यता वर्ग (या समकक्ष इसके माप 0 के सेट) विशिष्ट रूप से निर्धारित होता है और मापने योग्य फलन <math>\lambda\mapsto\mathrm{dim}(H_{\lambda})</math> लगभग निर्धारित होता है μ के संबंध में हर जगह।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 7.22</ref> फलन <math>\lambda \mapsto \operatorname{dim}\left(H_\lambda\right)</math> संचालक का वर्णक्रमीय बहुलता फलन है।
 
अब हम स्व-सहायक संचालक के लिए वर्गीकरण परिणाम बता सकते हैं: दो स्व-सहायक संचालक इकाई रूप से समतुल्य हैं यदि और केवल यदि (1) उनके स्पेक्ट्रा समुच्चय के रूप में सहमत हैं, (2) उनके प्रत्यक्ष-अभिन्न प्रतिनिधित्व में दिखाई देने वाले उपायों के समान समुच्चय हैं माप शून्य का, और (3) उनके वर्णक्रमीय बहुलता कार्य प्रत्यक्ष अभिन्न में माप के संबंध में लगभग हर स्थान सहमत होते हैं।<ref>{{harvnb|Hall|2013}} Proposition 7.24</ref>




=== उदाहरण: लाप्लासियन की संरचना ===
=== उदाहरण: लाप्लासियन की संरचना ===
आर पर लाप्लासियन<sup>n</sup> ऑपरेटर है
'''R'''<sup>''n''</sup> पर लाप्लासियन संचालक है
:<math>\Delta = \sum_{i=1}^n \partial_{x_i}^2.</math>
:<math>\Delta = \sum_{i=1}^n \partial_{x_i}^2.</math>
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लाप्लासियन को फूरियर रूपांतरण द्वारा विकर्ण किया गया है। वास्तव में लाप्लासियन -Δ के नकारात्मक पर विचार करना अधिक स्वाभाविक है क्योंकि एक ऑपरेटर के रूप में यह गैर-नकारात्मक है; (अण्डाकार ऑपरेटर देखें)।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लाप्लासियन को फूरियर रूपांतरण द्वारा विकर्ण किया गया है। वास्तव में लाप्लासियन -Δ के नकारात्मक पर विचार करना अधिक स्वाभाविक है क्योंकि एक संचालक के रूप में यह गैर-नकारात्मक है; (अण्डाकार संचालक देखें)।


{{math theorem|math_statement=If ''n'' = 1, then −Δ has uniform multiplicity <math>\text{mult} = 2</math>, otherwise −Δ has uniform multiplicity <math>\text{mult} = \omega</math>.  Moreover, the measure μ<sub>'''mult'''</sub> may be taken to be Lebesgue measure on [0, ∞).}}
{{math theorem|math_statement=If ''n'' = 1, then −Δ has uniform multiplicity <math>\text{mult} = 2</math>, otherwise −Δ has uniform multiplicity <math>\text{mult} = \omega</math>.  Moreover, the measure μ<sub>'''mult'''</sub> may be taken to be Lebesgue measure on [0, ∞).}}


== शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम ==
== शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम ==
H पर एक स्व-सहायक ऑपरेटर A के पास शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है यदि और केवल यदि H का ऑर्थोनॉर्मल आधार है {e<sub>i</sub>}<sub>''i'' ∈ I</sub> A के लिए eigenvectors से मिलकर।
H पर एक स्व-सहायक संचालक A के पास शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है यदि और केवल यदि H का ऑर्थोनॉर्मल आधार है {e<sub>i</sub>}<sub>''i'' ∈ I</sub> जिसमें A के लिए ईगेनवक्टर सम्मिलित हैं।


'उदाहरण'। हार्मोनिक ऑसिलेटर के लिए हैमिल्टनियन में एक द्विघात क्षमता V है, अर्थात
'''उदाहरण'''। हार्मोनिक ऑसिलेटर के लिए हैमिल्टनियन में एक द्विघात क्षमता V है, अर्थात
:<math>-\Delta  + |x|^2.</math>
:<math>-\Delta  + |x|^2.</math>
इस हैमिल्टनियन में शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है; यह क्वांटम यांत्रिकी में बाध्य अवस्था हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के लिए विशिष्ट है। जैसा कि पिछले उदाहरण में बताया गया था, एक पर्याप्त शर्त यह है कि एक असीमित सममित ऑपरेटर के पास आइगेनवेक्टर होते हैं जो हिल्बर्ट स्पेस आधार बनाते हैं, यह एक कॉम्पैक्ट व्युत्क्रम है।
इस हैमिल्टनियन में शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है; यह क्वांटम यांत्रिकी में बाध्य अवस्था हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के लिए विशिष्ट है। जैसा कि पिछले उदाहरण में बताया गया था, एक पर्याप्त नियम यह है कि एक असीमित सममित संचालक के पास आइगेनसदिश होते हैं जो हिल्बर्ट स्पेस आधार बनाते हैं, यह एक कॉम्पैक्ट व्युत्क्रम है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
*हिल्बर्ट स्पेस पर कॉम्पैक्ट ऑपरेटर
*हिल्बर्ट स्पेस पर कॉम्पैक्ट संचालक
*श्रोडिंगर समीकरण के लिए सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक औचित्य
*श्रोडिंगर समीकरण के लिए सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक औचित्य
*अनबाउंड ऑपरेटर
*अनबाउंड संचालक
*[[हर्मिटियन सहायक]]
*[[हर्मिटियन सहायक]]
*[[ सकारात्मक संचालिका (हिल्बर्ट स्पेस) ]]
*[[ सकारात्मक संचालिका (हिल्बर्ट स्पेस) ]]
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* {{cite journal|last1=Carey|first1=R. W. | last2= Pincus | first2= J. D. |title= An Invariant for Certain Operator Algebras| journal=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]] | volume=71|number=5|pages=1952–1956|date=May 1974|doi=10.1073/pnas.71.5.1952 |pmid=16592156 |pmc=388361 |bibcode=1974PNAS...71.1952C |doi-access=free }}
* {{cite journal|last1=Carey|first1=R. W. | last2= Pincus | first2= J. D. |title= An Invariant for Certain Operator Algebras| journal=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]] | volume=71|number=5|pages=1952–1956|date=May 1974|doi=10.1073/pnas.71.5.1952 |pmid=16592156 |pmc=388361 |bibcode=1974PNAS...71.1952C |doi-access=free }}
* {{cite journal | last1=Carey | first1=R. W. | last2=Pincus | first2= J. D. | title=The structure of intertwining isometries | journal=[[Indiana University Mathematics Journal]]| volume=7 | number=22|year=1973|pages=679–703|doi=10.1512/iumj.1973.22.22056| doi-access=free }}
* {{cite journal | last1=Carey | first1=R. W. | last2=Pincus | first2= J. D. | title=The structure of intertwining isometries | journal=[[Indiana University Mathematics Journal]]| volume=7 | number=22|year=1973|pages=679–703|doi=10.1512/iumj.1973.22.22056| doi-access=free }}
* {{cite book | last=Griffel | first=D. H. | title=Applied functional analysis | publisher=Dover | location=Mineola, N.Y | year=2002 | isbn=0-486-42258-5 | oclc=49250076}} <!-- {{sfn | Griffel | 2002 | p=}} -->
* {{cite book | last=Griffel | first=D. H. | title=Applied functional analysis | publisher=Dover | location=Mineola, N.Y | year=2002 | isbn=0-486-42258-5 | oclc=49250076}}
* {{citation | last=Hall | first=B. C. | title=Quantum Theory for Mathematicians | publisher=Springer |series=Graduate Texts in Mathematics | volume=267 | year=2013 | isbn=978-1461471158}}
* {{citation | last=Hall | first=B. C. | title=Quantum Theory for Mathematicians | publisher=Springer |series=Graduate Texts in Mathematics | volume=267 | year=2013 | isbn=978-1461471158}}
* {{citation | last=Kato | first=T. | author-link=Tosio Kato | title=Perturbation Theory for Linear Operators | publisher=Springer  | location=New York | year=1966 }}
* {{citation | last=Kato | first=T. | author-link=Tosio Kato | title=Perturbation Theory for Linear Operators | publisher=Springer  | location=New York | year=1966 }}
* {{citation | last=Moretti | first=V. | author-link=Valter Moretti | title=Spectral Theory and Quantum Mechanics:Mathematical Foundations of Quantum Theories, Symmetries and Introduction to the Algebraic Formulation | publisher=Springer-Verlag | year=2018 | isbn=978-3-319-70706-8 }}
* {{citation | last=Moretti | first=V. | author-link=Valter Moretti | title=Spectral Theory and Quantum Mechanics:Mathematical Foundations of Quantum Theories, Symmetries and Introduction to the Algebraic Formulation | publisher=Springer-Verlag | year=2018 | isbn=978-3-319-70706-8 }}
* {{Narici Beckenstein Topological Vector Spaces|edition=2}} <!-- {{sfn | Narici | 2011 | p=}} -->
* {{Narici Beckenstein Topological Vector Spaces|edition=2}}
* {{citation | last1=Reed | first1=M. | author-link=Michael C. Reed | last2=Simon | first2=B. | author-link2=Barry Simon  | title=Methods of Mathematical Physics | others=Vol 2 | publisher=Academic Press | year=1972 }}
* {{citation | last1=Reed | first1=M. | author-link=Michael C. Reed | last2=Simon | first2=B. | author-link2=Barry Simon  | title=Methods of Mathematical Physics | others=Vol 2 | publisher=Academic Press | year=1972 }}
* {{Schaefer Wolff Topological Vector Spaces|edition=2}} <!-- {{sfn | Schaefer | 1999 | p=}} -->
* {{Schaefer Wolff Topological Vector Spaces|edition=2}}
* {{citation | last=Teschl | first=G. | author-link=Gerald Teschl | title=Mathematical Methods in Quantum Mechanics; With Applications to Schrödinger Operators | publisher=American Mathematical Society | location=Providence | year=2009 | url=https://www.mat.univie.ac.at/~gerald/ftp/book-schroe/ }}
* {{citation | last=Teschl | first=G. | author-link=Gerald Teschl | title=Mathematical Methods in Quantum Mechanics; With Applications to Schrödinger Operators | publisher=American Mathematical Society | location=Providence | year=2009 | url=https://www.mat.univie.ac.at/~gerald/ftp/book-schroe/ }}
* {{Trèves François Topological vector spaces, distributions and kernels}} <!-- {{sfn | Treves | 2006 | p=}} -->
* {{Trèves François Topological vector spaces, distributions and kernels}}
* {{citation | last=Yosida | first=K. |author-link=Kōsaku Yosida | title=Functional Analysis | publisher=Academic Press | year=1965 }}
* {{citation | last=Yosida | first=K. |author-link=Kōsaku Yosida | title=Functional Analysis | publisher=Academic Press | year=1965 }}


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Latest revision as of 10:31, 13 July 2023

गणित में आंतरिक उत्पाद के साथ एक अनंत-आयामी जटिल सदिश स्थान V पर एक स्व-सहायक संचालिका (समकक्ष परिमित-आयामी स्थितियों में एक हर्मिटियन संचालक ) एक रैखिक मानचित्र A (V से स्वयं तक) है जो एक संचालक का अपना सहायक है। यदि V किसी दिए गए ऑर्थोनॉर्मल आधार के साथ परिमित-आयामी है तो यह इस नियम के समान है कि A का आव्युह (गणित) एक हर्मिटियन आव्युह है अर्थात इसके संयुग्म स्थानान्तरण A के समान होती है। परिमित-आयामी वर्णक्रमीय प्रमेय के अनुसार V का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार है जैसे कि इस आधार के सापेक्ष A का आव्युह वास्तविक संख्याओं में प्रविष्टियों के साथ एक विकर्ण आव्युह है। यह आलेख इच्छानुसार आयाम के हिल्बर्ट स्थान पर संचालक के लिए इस अवधारणा के सामान्यीकरण को प्रयुक्त करने से संबंधित होती है।

स्व-सहायक संचालक का उपयोग कार्यात्मक विश्लेषण और क्वांटम यांत्रिकी में किया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में उनका महत्व क्वांटम यांत्रिकी के डिराक-वॉन न्यूमैन सूत्रीकरण में निहित है, जिसमें स्थिति, गति, कोणीय गति और स्पिन जैसे भौतिक अवलोकनों को हिल्बर्ट अंतरिक्ष पर स्व-सहायक संचालक ों द्वारा दर्शाया जाता है। विशेष महत्व का हेमिल्टनियन संचालक द्वारा परिभाषित है

जो एक अवलोकन योग्य के रूप में वास्तविक अदिश क्षमता V में द्रव्यमान m के एक कण की कुल ऊर्जा (भौतिकी) से मेल खाता है। विभेदक संचालक असीमित संचालक का एक महत्वपूर्ण वर्ग होता हैं।

अनंत-आयामी हिल्बर्ट रिक्त स्थान पर स्व-सहायक संचालक की संरचना अनिवार्य रूप से परिमित-आयामी स्थितियों से मिलती जुलती है। जिसमे कहने का तात्पर्य यह है कि संचालक स्वयं-सहायक होते हैं यदि और केवल तभी जब वे वास्तविक-मूल्यवान गुणन संचालक के समकक्ष एकात्मक संचालक हों। उपयुक्त संशोधनों के साथ इस परिणाम को अनंत-आयामी स्थानों पर संभवतः असीमित संचालक तक बढ़ाया जा सकता है। चूंकि हर स्थान परिभाषित स्व-सहायक संचालक आवश्यक रूप से बाध्य होता है इसलिए किसी को असीमित स्थितियों में डोमेन उद्देश्य पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है। इसे नीचे और अधिक विस्तार से बताया गया है।

परिभाषाएँ

मान लीजिए कि एक घने डोमेन के साथ एक अनबाउंडेड (अर्थात् आवश्यक रूप से बाउंड नहीं) संचालक है यह स्थिति स्वचालित रूप से तब प्रयुक्त होती है जब एक परिमित-आयामी स्थान पर प्रत्येक रैखिक संचालक के लिए से परिमित-आयामी होता है।

दूसरे तर्क पर आंतरिक उत्पाद को संयुग्म-रैखिक होने दें। यह केवल जटिल हिल्बर्ट स्थानों पर प्रयुक्त होता है। परिभाषा के अनुसार, सहायक संचालिका तत्वों से युक्त उप-स्थान पर कार्य करता है जिसके लिए एक है जैसे कि प्रत्येक सेटिंग के लिए रैखिक संचालिका को परिभाषित करता है .

एक (इच्छानुसार) संचालक का ग्राफ़ सेट है। कहा जाता है कि एक संचालक , का विस्तार करता है। यदि इसे के रूप में लिखा जाता है।

सघन रूप से परिभाषित संचालक सममित यदि कहा जाता है

सभी के लिए जैसा कि नीचे दिया गया है, सममित है यदि और केवल यदि

असीमित सघन रूप से परिभाषित संचालक यदि स्व-सहायक कहा जाता है स्पष्ट रूप से, और प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, एक सममित संचालक जिसके लिए स्वयं-संयुक्त है. भौतिकी में हर्मिटियन शब्द सममिति के साथ-साथ स्वयं-सहायक संचालकों को समान रूप से संदर्भित करता है। दोनों के बीच के सूक्ष्म अंतर को सामान्यतः अनदेखा कर दिया जाता है।

एक उपसमुच्चय को रिसॉल्वेंट सेट (या नियमित सेट) कहा जाता है यदि प्रत्येक (आवश्यक रूप से बाध्य नहीं) संचालक के लिए हर जगह परिभाषित व्युत्क्रम होता है। पूरक को स्पेक्ट्रम कहा जाता है। परिमित आयामों में, में विशेष रूप से ईगेनवैल्यू ​​होते हैं।

बाउंडेड सेल्फ-एडजॉइंट संचालक

एक बाउंडेड संचालक A स्व-सहायक है यदि

सभी के लिए और H में यदि A सममित है और , फिर, हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय द्वारा, A आवश्यक रूप से परिबद्ध है।[1]

हिल्बर्ट स्पेस पर प्रत्येक परिबद्ध रैखिक संचालक T : H → H को H के रूप में लिखा जा सकता है जो जहां A : H → H और B : H → H परिबद्ध स्व-सहायक संकारक हैं।[2]

परिबद्ध स्व-सहायक संचालकों के गुण

मान लीजिए H एक हिल्बर्ट स्थान है और मान लीजिए , एक परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक संचालिका पर परिभाषित किया गया हो .

  • सभी के लिए वास्तविक है .[3]
  • [3] यदि * यदि A की छवि, द्वारा निरूपित की जाती है जो , तब H में सघन है विपरीत है.
  • A के ईगेनवैल्यू ​​​​वास्तविक हैं और विभिन्न ईगेनवैल्यू ​​​​से संबंधित ईगेनवक्टर ऑर्थोगोनल हैं।[3]
  • यदि तब A का एक ईगेनवैल्यू है ; विशेष रूप से, .[3]
    • सामान्यतः कोई स्वदेशी मूल्य उपस्थित नहीं हो सकता है ऐसा है कि , किन्तु यदि इसके अतिरिक्त A सघन है तो आवश्यक रूप से एक ईगेनवैल्यू उपस्थित है जो , दोनों में से किसी एक के समान या ,[4] ऐसा है कि ,[3]
  • यदि परिबद्ध स्व-सहायक रैखिक संचालक का अनुक्रम अभिसरण है तो सीमा स्व-सहायक है।[2]
  • वहाँ एक संख्या मौजूद है, जो या , के समान है और एक क्रम ऐसा कि सभी i के लिए और[4]

सममित संचालक

नोट: सममित संचालक को ऊपर परिभाषित किया गया है।

A सममित है ⇔ A⊆A*

एक असीमित, सघन रूप से परिभाषित संचालक सममित है यदि और केवल यदि वास्तव में, यदि-भाग सीधे सहायक संचालक की परिभाषा से अनुसरण करता है। केवल-यदि-भाग के लिए, यह मानते हुए सममित है, समावेशन से अनुसरण करता है कॉची-बुन्याकोवस्की-श्वार्ज़ असमानता: प्रत्येक के लिए अनुसरण करता है

समानता समानता के कारण धारण करता है

हरएक के लिए का घनत्व और आंतरिक उत्पाद का गैर-विक्षिप्त होता है ।

हेलिंगर-टोएप्लिट्ज़ प्रमेय कहता है कि हर स्थान परिभाषित सममित संचालक परिबद्ध और स्व-सहायक है।

A सममित है ⇔ ∀x ⟨Ax, x⟩ ∈ R

एकमात्र-यदि भाग सीधे परिभाषा से अनुसरण करता है (ऊपर देखें)। यदि-भाग को सिद्ध करने के लिए, व्यापकता की हानि के बिना मान लें कि आंतरिक उत्पाद पहले तर्क पर गैर-रैखिक और दूसरे पर रैखिक है। (विपरीत परिदृश्य में, हम साथ काम करते हैं अतिरिक्त )की समरूपता ध्रुवीकरण पहचान से अनुसरण करता है

जो हर किसी के लिए है

||(A−λ)x|| ≥ d(λ)⋅||x||

इस संपत्ति का उपयोग इस प्रमाण में किया जाता है कि स्व-सहायक संचालक का स्पेक्ट्रम वास्तविक है।

परिभाषित करना और मूल्य तब से ठीक से परिभाषित हैं और समरूपता के कारण. फिर, प्रत्येक के लिए और हर से परिभाषित हैं

जहाँ

वास्तव में, चलो कॉची-श्वार्ज़ असमानता द्वारा,

यदि तब और नीचे बाउंडेड कहा जाता है.

एक सरल उदाहरण

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, वर्णक्रमीय प्रमेय केवल स्व-सहायक संचालक पर प्रयुक्त होता है, और सामान्य रूप से सममित संचालक पर नहीं है फिर भी, इस बिंदु पर हम एक सममित संचालक का एक सरल उदाहरण दे सकते हैं जिसमें आइजेनसदिश का एक लंबात्मक आधार होता है। (यह संचालक वास्तव में अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है।) नीचे दिए गए संचालक A को हिल्बर्ट स्पेस व्युत्क्रम पर एक कॉम्पैक्ट संचालक के रूप में देखा जा सकता है, जिसका अर्थ है कि संबंधित अंतर समीकरण Af = g को कुछ अभिन्न (और इसलिए कॉम्पैक्ट) संचालक जी द्वारा हल किया जाता है। कॉम्पैक्ट सममित संचालक G के पास ईगेनवक्टर का एक गणनीय वर्ग होता है जो L2 पूर्ण होते हैं A के लिए भी यही कहा जा सकता है।

जटिल हिल्बर्ट स्पेस L2[0,1] और विभेदक संचालक पर विचार करें

के साथ सीमा नियमों को पूरा करने वाले [0, 1] पर सभी जटिल-मूल्य वाले असीम रूप से अलग-अलग कार्यों से युक्त है

फिर आंतरिक उत्पाद के कुछ भागो द्वारा एकीकरण से पता चलता है कि A सममित है। पाठक को दो बार भागों द्वारा एकीकरण करने और यह सत्यापित करने के लिए आमंत्रित किया जाता है कि के लिए दी गई सीमा नियम यह सुनिश्चित करती हैं कि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा नियम विलुप्त हो जाएं।

A के आइगेनकार्य साइनसॉइड हैं

वास्तविक ईगेनवैल्यू ​​​​ n2π2 के साथ साइन कार्य की प्रसिद्ध ऑर्थोगोनैलिटी सममित होने की संपत्ति के परिणामस्वरूप होती है।

हम नीचे इस संचालक के सामान्यीकरण पर विचार करते हैं।

स्व-सहायक संचालक का स्पेक्ट्रम

होने देना एक असीमित सममित संचालक बनें। स्व-सहायक है यदि और केवल यदि

Proof: self-adjoint operator has real spectrum

Let be self-adjoint. Self-adjoint operators are symmetric. The initial steps of this proof are carried out based on the symmetry alone. Self-adjointness of is not used directly until step 1b(i). Let Denote Using the notations from the section on symmetric operators (see above), it suffices to prove that

  1. Let The goal is to prove the existence and boundedness of the inverted resolvent operator and show that We begin by showing that and
    1. As shown above, is bounded below, i.e. with The triviality of follows.
    2. It remains to show that Indeed,
      1. is closed. To prove this, pick a sequence converging to some Since
        is fundamental. Hence, it converges to some Furthermore, and One should emphasize that the arguments made thus far hold for any symmetric but not necessarily self-adjoint operator. It now follows from self-adjointness that is closed, so and consequently Finally,
      2. is dense in Indeed, the article about Adjoint operator points out that From self-adjointness of (i.e. , Since the inclusion implies that and consequently,
  2. The operator has now been proven to be bijective, so the set-theoretic inverse exists and is everywhere defined. The graph of is the set Since is closed (because is), so is By closed graph theorem, is bounded, so
Proof: Symmetric operator with real spectrum is self-adjoint
  1. By assumption, is symmetric; therefore For every Let (These constants are defined in the section on symmetic operators above). If then Since and are not in the spectrum, the operators are bijective. Moreover,
  2. Indeed, If one had then would not be injective, i.e. one would have As discussed in the article about Adjoint operator, and, hence, This contradicts the bijectiveness.
  3. The equality shows that i.e. is self-adjoint. Indeed, it suffices to prove that For every and

आवश्यक आत्मसंयोजन

एक सममित संचालक A सदैव बंद करने योग्य संचालक होता है; अर्थात्, A के ग्राफ़ का बंद होना एक संचालक का ग्राफ़ है। एक सममित संचालक A को 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है यदि A का समापन स्व-सहायक है। समान रूप से, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि इसमें एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार है। वास्तविक रूप से, अनिवार्य रूप से स्व-सहायक संचालक का होना स्व-सहायक संचालक के समान ही अच्छा है, क्योंकि स्व-सहायक संचालक को प्राप्त करने के लिए हमें केवल क्लोजर लेने की आवश्यकता होती है।

उदाहरण: f(x) → x·f(x)

जटिल हिल्बर्ट स्पेस L2(R), और संचालक पर विचार करें जो किसी दिए गए फलन को x से गुणा करता है:

A का डोमेन सभी L2 का स्थान है जो कार्य जिसके लिए वर्ग-अभिन्न भी है। तब A स्व-संयुक्त है।[5] दूसरी ओर, A का कोई आइगेनकार्य नहीं है। (अधिक स्पष्ट रूप से, A के पास कोई सामान्यीकरण योग्य ईजेनसदिश नहीं है, अर्थात ईजेनसदिश जो वास्तव में हिल्बर्ट स्पेस में हैं जिस पर A परिभाषित है।)

जैसा कि हम बाद में देखेंगे स्व-सहायक संचालक के पास बहुत महत्वपूर्ण वर्णक्रमीय गुण होते हैं; वे वास्तव में सामान्य माप स्थानों पर गुणन संचालिका हैं।

सममित बनाम स्व-सहायक संचालक

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, चूंकि एक सममित संचालक और एक स्व-सहायक (या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक) संचालक के बीच अंतर एक सूक्ष्म है, यह महत्वपूर्ण है क्योंकि वर्णक्रमीय प्रमेय में स्व-संयुक्तता परिकल्पना है। यहां हम भेद के कुछ ठोस उदाहरणों पर चर्चा करते हैं; सामान्य सिद्धांत के लिए सममित संचालक के विस्तार पर नीचे दिया गया अनुभाग देखें।

डोमेन के संबंध में एक नोट

प्रत्येक स्व-सहायक संचालिका सममित है। इसके विपरीत, प्रत्येक सममित संचालक जिसके लिए स्वयं-संयुक्त है. जिसके लिए सममित संचालक से सख्ती से बड़ा है स्व-संगठित नहीं हो सकता है

सीमा स्थितियाँ

ऐसे स्थितियों में जहां हिल्बर्ट स्पेस एक बंधे हुए डोमेन पर कार्यों का एक स्थान है, इन भेदों का क्वांटम भौतिकी में एक परिचित उद्देश्य से लेना-देना है: कोई एक संचालक को परिभाषित नहीं कर सकता है - जैसे कि गति या हैमिल्टनियन संचालक - निर्दिष्ट किए बिना एक बंधे हुए डोमेन पर सीमा की स्थिति गणितीय शब्दों में, सीमा नियमों को चुनने का कारण संचालक के लिए एक उपयुक्त डोमेन चुनना है। उदाहरण के लिए, हिल्बर्ट स्थान पर विचार करें (अंतराल [0,1] पर वर्ग-अभिन्न कार्यों का स्थान) आइए हम इस स्थान पर सामान्य सूत्र द्वारा एक गति संचालक A को परिभाषित करें, प्लैंक के स्थिरांक को 1 के समान समुच्चय करें:

अब हमें A के लिए एक डोमेन निर्दिष्ट करना होगा, जो सीमा नियमों को चुनने के समान है। यदि हम चुनते हैं

तब A सममित नहीं है (क्योंकि भागों द्वारा एकीकरण में सीमा शब्द लुप्त नहीं होते हैं)।

यदि हम चुनते हैं

फिर भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करके कोई आसानी से सत्यापित कर सकता है कि A सममित है। यह संचालक मूलतः स्व-सहायक नहीं है,[6] चूंकि मूल रूप से क्योंकि हमने A के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा नियम निर्दिष्ट की हैं, जो आसन्न के डोमेन को बहुत बड़ा बनाता है। (इस उदाहरण की चर्चा नीचे उदाहरण अनुभाग में भी की गई है।)

विशेष रूप से, A के लिए डोमेन के उपरोक्त विकल्प के साथ समापन का डोमेन का A है

जबकि संयुक्त का डोमेन का A है

कहने का तात्पर्य यह है कि, क्लोजर के डोमेन में A के डोमेन के समान ही सीमा नियम हैं, बस एक कम कठोर सहजता धारणा है। इस बीच चूंकि A पर बहुत अधिक सीमा नियम हैं, इसलिए के लिए "बहुत कम" (वास्तव में, इस स्थिति में कोई भी नहीं) हैं। यदि हम भागों द्वारा एकीकरण का उपयोग करके के लिए की गणना करते हैं, तब से अंतराल के दोनों सिरों पर विलुप्त हो जाता है, कोई सीमा स्थिति नहीं होती भागों द्वारा एकीकरण में सीमा नियमों को समाप्त करने की आवश्यकता है। इस प्रकार, कोई भी पर्याप्त रूप से सुचारू कार्य g, के साथ के डोमेन में है।[7]

चूंकि समापन का डोमेन और एडजॉइंट का डोमेन सहमत नहीं है, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है। अंततः एक सामान्य परिणाम कहता है कि जोड़ का डोमेन A के जोड़ के डोमेन के समान है। इस प्रकार, इस स्थितियों में, के जोड़ का डोमेन के डोमेन से बड़ा है स्वयं, वह दिखा रहा है स्व-सहायक नहीं है, जिसका परिभाषा के अनुसार अर्थ यह है कि A मूलतः स्व-सहायक नहीं है।

पिछले उदाहरण के साथ समस्या यह है कि हमने A के डोमेन पर बहुत अधिक सीमा नियम लगा दी हैं। डोमेन का एक उत्तम विकल्प आवधिक सीमा नियमों का उपयोग करना होता है:

इस डोमेन के साथ, A अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त है।[8]

इस स्थिति में, हम वर्णक्रमीय प्रमेय के लिए डोमेन उद्देश्यों के निहितार्थ को समझ सकते हैं। यदि हम डोमेन की पहली पसंद (बिना किसी सीमा नियमो के) का उपयोग करते हैं, तो के लिए सभी कार्य आइगेनवेक्टर हैं, आइगेनवैल्यू के साथ, और इसलिए स्पेक्ट्रम संपूर्ण जटिल विमान है। यदि हम डोमेन की दूसरी पसंद (डिरिचलेट सीमा नियमो के साथ) का उपयोग करते हैं, तो ए के पास कोई भी आइजनवेक्टर नहीं है। यदि हम डोमेन की तीसरी पसंद (आवधिक सीमा नियमो के साथ) का उपयोग करते हैं, तो हम ए कार्य के लिए ईजेनवेक्टर का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार पा सकते हैं। इस प्रकार, इस स्थिति में ऐसा डोमेन खोजना कि A स्व-संयुक्त हो, एक समझौता है: डोमेन इतना छोटा होना चाहिए कि A सममित हो, किन्तु इतना बड़ा हो कि हो।

एकवचन क्षमता वाले श्रोडिंगर संचालक

सममित और (अनिवार्य रूप से) स्व-सहायक संचालक के बीच अंतर का एक अधिक सूक्ष्म उदाहरण क्वांटम यांत्रिकी में श्रोडिंगर समीकरण या श्रोडिंगर संचालक से आता है। यदि संभावित ऊर्जा एकवचन है - विशेष रूप से यदि क्षमता नीचे असीमित है - तो संबंधित श्रोडिंगर संचालक अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने में विफल हो सकता है। एक आयाम में, उदाहरण के लिए, संचालक है

सुचारू रूप से तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है।[9] इस स्थितियों में, आवश्यक स्व-संयुक्तता की विफलता अंतर्निहित मौलिक प्रणाली में एक विकृति को दर्शाती है: एक मौलिक कण संभावित परिमित समय में अनंत तक पलायन कर जाता है। इस संचालक के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक नहीं है, किन्तु यह अनंत पर सीमा नियमों को निर्दिष्ट करके प्राप्त स्व-सहायक विस्तारक को स्वीकार करता है। (तब से एक वास्तविक संचालक है, यह जटिल संयुग्मन के साथ आवागमन करता है। इस प्रकार, कमी सूचकांक स्वचालित रूप से समान होते हैं, जो स्व-सहायक विस्तार होने की नियम है। नीचे सममित संचालक के विस्तार की चर्चा देखें।)

इस स्थितियों में, यदि हम प्रारंभ में परिभाषित करते हैं सुचारू तेजी से क्षय होने वाले कार्यों के स्थान पर सहायक एक ही संचालक होगा (अर्थात एक ही सूत्र द्वारा दिया गया) किन्तु सबसे बड़े संभावित डोमेन पर है अर्थात्

तब यह दिखाना संभव है कि एक सममित संचालक नहीं है, जिसका निश्चित रूप से तात्पर्य यह है कि अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है। दरअसल, में शुद्ध काल्पनिक आइगेनवैल्यू वाले आइगेनवेक्टर हैं,[10][11] जो एक सममित संचालक के लिए असंभव है। यह अजीब घटना में दो शब्दों के बीच समाप्ति के कारण संभव है: के डोमेन में फलन हैं जिनके लिए न तो और न ही में अलग से हैं }), लेकिन में होने वाला उनका संयोजन में है। यह को गैर-सममित होने की अनुमति देता है, यथार्त और दोनों सममित संचालक हों। यदि हम विकर्षक क्षमता को सीमित क्षमता से प्रतिस्थापित करते हैं तो इस प्रकार का समाप्ति नहीं होता है।

श्रोडिंगर संचालक के लिए स्व-सहायक या अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होने की नियम विभिन्न पाठ्यपुस्तकों में पाई जा सकती हैं, जैसे कि बेरेज़िन और शुबिन, हॉल, और रीड और साइमन द्वारा संदर्भ में सूचीबद्ध है।

वर्णक्रमीय प्रमेय

भौतिकी साहित्य में वर्णक्रमीय प्रमेय को अधिकांशतः यह कहकर कहा जाता है कि एक स्व-सहायक संचालक के पास ईजेनसदिश का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार होता है। चूंकि, भौतिक विज्ञानी सतत स्पेक्ट्रम की घटना से अच्छी तरह परिचित हैं; इस प्रकार, जब वे ऑर्थोनॉर्मल आधार की बात करते हैं तो उनका कारण या तो क्लासिक अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल आधार या उसके कुछ निरंतर एनालॉग से होता है। संवेग संचालक के स्थितियों में उदाहरण के लिए भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनसदिश कार्य हैं जो स्पष्ट रूप से हिल्बर्ट स्थान में नहीं हैं (भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि आइजनसदिश गैर-सामान्यीकरण योग्य हैं।) फिर भौतिक विज्ञानी यह कहेंगे कि ये आइजनसदिश निरंतर अर्थ में ऑर्थोनॉर्मल हैं, जहां सामान्य क्रोनकर डेल्टा होता है एक डिराक डेल्टा फलन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है

यद्यपि ये कथन गणितज्ञों को निराशाजनक लग सकते हैं, फूरियर रूपांतरण के उपयोग से इन्हें कठोर बनाया जा सकता है, जो एक सामान्य की अनुमति देता है जो फलन को फलन के सुपरपोज़िशन (अर्थात अभिन्न) के रूप में व्यक्त किया जाना है तथापि ये फलन अंदर नहीं हैं . फूरियर रूपांतरण गति संचालक को विकर्णित करता है; अर्थात्, यह इसे गुणन के संचालिका में परिवर्तित कर देता है जहाँ फूरियर रूपांतरण का चर है।

सामान्यतः वर्णक्रमीय प्रमेय को उसी तरह व्यक्त किया जा सकता है जैसे किसी संचालक को विकर्णित करने की संभावना यह दिखाकर कि यह इकाई रूप से गुणन संचालक के समान है। वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करणों का उद्देश्य इसी तरह इस विचार को पकड़ना है कि एक स्व-सहायक संचालक के पास ऐसे आइजेनसदिश हो सकते हैं जो वास्तव में हिल्बर्ट स्थान में नहीं हैं।

वर्णक्रमीय प्रमेय का कथन

हिल्बर्ट स्थानों पर आंशिक रूप से परिभाषित संचालक A, B h, के 'एकात्मक रूप से समतुल्य' हैं यदि और केवल यदि कोई एकात्मक परिवर्तन होता है U : HK जैसे कि

  • यू डोम A को विशेष रूप से डोम बी पर मैप करता है,

एक गुणन संचालिका को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: मान लीजिए (X, Σ, μ) एक गणनीय योगात्मक माप स्थान है और f X पर एक वास्तविक-मूल्य मापन योग्य फलन है। एक संचालिका रूप का फलन है

जिसका डोमेन ψ का स्थान है जिसके लिए ऊपर दाहिना भाग L2 में है को गुणन संकारक कहा जाता है।

वर्णक्रमीय प्रमेय का एक संस्करण इस प्रकार बताया जा सकता है।

वर्णक्रमीय प्रमेय के अन्य संस्करण ऊपर से जुड़े वर्णक्रमीय प्रमेय लेख में पाए जा सकते हैं।

असंबद्ध स्व-सहायक संचालक के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय को एकात्मक (इसलिए बंधे हुए) संचालक के लिए वर्णक्रमीय प्रमेय में कमी करके सिद्ध किया जा सकता है।[12] यह कमी स्व-सहायक संचालक के लिए केली परिवर्तन का उपयोग करती है जिसे अगले भाग में परिभाषित किया गया है। हम ध्यान दे सकते हैं कि यदि T को f से गुणा किया जाता है, तो T का स्पेक्ट्रम केवल f की आवश्यक सीमा है।

कार्यात्मक कलन

वर्णक्रमीय प्रमेय का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को परिभाषित करना है। कहने का तात्पर्य यह है कि यदि वास्तविक लाइन पर एक फलन है और एक स्व-सहायक संचालक है, हम संचालक को परिभाषित करना चाहते हैं यदि ईगेनवक्टर का वास्तविक लंबन आधार है जो ईगेनवैल्यू ​​​​के साथ , तब ईगेनवक्टर वाला संचालक है और ईगेनवैल्यू . कार्यात्मक कैलकुलस का लक्ष्य इस विचार को उस स्थितियों तक विस्तारित करना है जहां निरंतर स्पेक्ट्रम है.

क्वांटम भौतिकी में इस स्थितियों का विशेष महत्व है हैमिल्टनियन संचालक है और एक घातीय है. इस स्थितियों में, कार्यात्मक कैलकुलस को हमें संचालक को परिभाषित करने की अनुमति देनी चाहिए

जो क्वांटम यांत्रिकी में समय-विकास को परिभाषित करने वाला संचालक है।

द्वारा गुणन के संचालक के रूप में T का प्रतिनिधित्व दिया गया है - जैसा कि वर्णक्रमीय प्रमेय द्वारा गारंटी दी गई है - कार्यात्मक कैलकुलस को चिह्नित करना आसान है: यदि एच 'आर' पर एक घिरा हुआ वास्तविक-मूल्यवान बोरेल फलन है, तो h(T) संरचना द्वारा गुणा का संचालक है।

पहचान का संकल्प

निम्नलिखित संकेतन को प्रस्तुत करने की प्रथा रही है

जहाँ अंतराल का विशिष्ट कार्य (सूचक कार्य) है प्रक्षेपण संचालक ET(λ) के वर्ग को T के लिए पहचान का संकल्प कहा जाता है। इसके अतिरिक्त , टी के लिए निम्नलिखित स्टिल्टजेस अभिन्न प्रतिनिधित्व को सिद्ध किया जा सकता है:

उपरोक्त संचालक इंटीग्रल की परिभाषा को अशक्त संचालक टोपोलॉजी का उपयोग करके स्केलर मूल्य वाले स्टिल्टजेस इंटीग्रल तक कम किया जा सकता है। चूंकि अधिक आधुनिक उपचारों में, इस प्रतिनिधित्व को सामान्यतः टाला जाता है, क्योंकि अधिकांश तकनीकी समस्याओं को कार्यात्मक कैलकुलस द्वारा निपटाया जा सकता है।

भौतिकी साहित्य में निरूपण

भौतिकी में, विशेष रूप से क्वांटम यांत्रिकी में, वर्णक्रमीय प्रमेय को इस तरह से व्यक्त किया जाता है जो ऊपर बताए गए वर्णक्रमीय प्रमेय और डिराक संकेतन का उपयोग करके बोरेल कार्यात्मक कैलकुलस को जोड़ता है:

यदि H स्व-सहायक है और f एक बोरेल फलन है,

साथ

जहां इंटीग्रल एच के पूरे स्पेक्ट्रम पर चलता है। नोटेशन से पता चलता है कि एच को ईजेनसदिश ΨE. द्वारा विकर्ण किया गया है। ऐसा अंकन पूर्णतः औपचारिक गणना है। डिराक के अंकन और पिछले अनुभाग के बीच समानता देखी जा सकती है। पहचान का संकल्प (कभी-कभी प्रक्षेपण मूल्य माप भी कहा जाता है) औपचारिक रूप से पद -1 अनुमान जैसा दिखता है डिराक नोटेशन में, (प्रोजेक्टिव) मापों को ईगेनवैल्यू ​​​​और ईगेनस्थिति , दोनों विशुद्ध रूप से औपचारिक वस्तुओं के माध्यम से वर्णित किया गया है। जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है, यह पहचान के समाधान के पारित होने से बच नहीं पाता है। बाद के सूत्रीकरण में, वर्णक्रमीय माप का उपयोग करके माप का वर्णन किया गया है, यदि प्रणाली तैयार है तो माप से पहले. वैकल्पिक रूप से, यदि कोई ईजेनस्टेट्स की धारणा को संरक्षित करना चाहता है और इसे केवल औपचारिक के अतिरिक्त कठोर बनाना चाहता है, तो वह राज्य स्थान को उपयुक्त धांधली हिल्बर्ट स्थान से बदल सकता है।

यदि f = 1, प्रमेय को एकता के संकल्प के रूप में जाना जाता है:

यदि एक हर्मिटियन एच और एक तिरछा-हर्मिटियन (तिरछा-हर्मिटियन आव्युह देखें) संचालक का योग है एक बायोर्थोगोनल प्रणाली आधार समुच्चय को परिभाषित करता है

और वर्णक्रमीय प्रमेय को इस प्रकार लिखें:

(उस संदर्भ के लिए फ़ेशबैक-फ़ानो विभाजन विधि देखें जहां ऐसे संचालक प्रकीर्णन सिद्धांत में दिखाई देते हैं)।

सममित संचालक का विस्तार

निम्नलिखित प्रश्न कई संदर्भों में उठता है: यदि हिल्बर्ट स्पेस एच पर एक संचालक A सममित है, तो इसमें स्व-सहायक विस्तारक कब होते हैं? एक संचालक जिसके पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है, उसे 'अनिवार्य रूप से स्व-सहायक' कहा जाता है; समान रूप से, एक संचालक अनिवार्य रूप से स्व-सहायक होता है यदि उसका समापन (वह संचालक जिसका ग्राफ A के ग्राफ का समापन है) स्व-सहायक है। सामान्यतः एक सममित संचालक के पास कई स्व-सहायक विस्तारक हो सकते हैं या कोई भी नहीं हो सकता है। इस प्रकार, हम इसके स्व-संयुक्त विस्तारों का वर्गीकरण चाहेंगे।

आवश्यक आत्म-संबद्धता के लिए पहला मूलभूत मानदंड निम्नलिखित है:[13]

Theorem —  If A is a symmetric operator on H, then A is essentially self-adjoint if and only if the range of the operators and are dense in H.

समान रूप से, A अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है यदि और केवल यदि संचालक और तुच्छ कर्नेल हैं.[14] तो कहने का तात्पर्य यह है कि, A स्व-संयुक्त होने में विफल रहता है यदि और केवल यदि ईगेनवैल्यू या . के साथ ईगेनवक्टर है

इस उद्देश्य को देखने का एक अन्य विधि स्व-सहायक संचालक के केली रूपांतरण और कमी सूचकांक द्वारा प्रदान किया गया है। (बंद संचालक से निपटना अधिकांशतः तकनीकी सुविधा होती है। सममित स्थितियों में, बंद होने की आवश्यकता कोई बाधा उत्पन्न नहीं करती है, क्योंकि यह ज्ञात है कि सभी सममित संचालक बंद करने योग्य संचालक हैं।)

Theorem — Suppose A is a symmetric operator. Then there is a unique partially defined linear operator

such that


यहां, रन और डॉम क्रमशः छवि (दूसरे शब्दों में, पद) और डोमेन को दर्शाते हैं। W(A) अपने डोमेन पर सममितीय है। इसके अतिरिक्त, 1 - W(A) का परिसर H में सघन है।

इसके विपरीत, किसी भी आंशिक रूप से परिभाषित संचालक यू को देखते हुए जो अपने डोमेन पर आइसोमेट्रिक है (जो आवश्यक रूप से बंद नहीं है) और ऐसा है कि 1 - U सघन है, एक (अद्वितीय) संचालक S(U) है

ऐसा है कि

संचालक S(U) सघन रूप से परिभाषित और सममित है।

मैपिंग W और S एक दूसरे के व्युत्क्रम हैं।

मैपिंग W को केली रूपांतरण कहा जाता है। यह आंशिक आइसोमेट्री को किसी भी सममित सघन रूप से परिभाषित संचालक से जोड़ता है। ध्यान दें कि मैपिंग W और S मोनोटोन अभिसरण प्रमेय हैं: इसका कारण है कि यदि B एक सममित संचालक है जो सघन रूप से परिभाषित सममित संचालक A का विस्तार करता है, तो W(B) W(A), का विस्तार करता है और इसी तरह S के लिए भी विस्तार करता है

Theorem — A necessary and sufficient condition for A to be self-adjoint is that its Cayley transform W(A) be unitary.

यह तुरंत हमें A के लिए स्व-संयुक्त विस्तार के लिए एक आवश्यक और पर्याप्त नियम देता है, जो इस प्रकार है:

Theorem — A necessary and sufficient condition for A to have a self-adjoint extension is that W(A) have a unitary extension.

हिल्बर्ट स्पेस H पर आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक संचालक V में डोम (v) के मानक समापन के लिए एक अद्वितीय आइसोमेट्रिक विस्तार है। बंद डोमेन वाले आंशिक रूप से परिभाषित आइसोमेट्रिक संचालक को आंशिक आइसोमेट्री कहा जाता है।

आंशिक आइसोमेट्री वी को देखते हुए, v के 'कमी सूचकांक' को डोमेन और पद के ऑर्थोगोनल पूरक के आयाम के रूप में परिभाषित किया गया है:

हम देखते हैं कि एक संचालक के सममित विस्तार और उसके केली रूपांतरण के आइसोमेट्रिक विस्तार के बीच एक आपत्ति है। सममितीय विस्तार स्व-सहायक है यदि और केवल यदि संबंधित सममितीय विस्तार एकात्मक है।

एक सममित संचालक के पास एक अद्वितीय स्व-सहायक विस्तार होता है यदि और केवल तभी जब इसके दोनों कमी सूचकांक शून्य हों। ऐसे संचालक को अनिवार्य रूप से स्व-सहायक कहा जाता है। सममित संचालक जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं हैं, उनके पास अभी भी एक विहित रूप स्व-सहायक विस्तार हो सकता है। गैर-नकारात्मक सममित संचालक (या अधिक सामान्यतः, संचालक जो नीचे परिबद्ध हैं) के स्थितियों में ऐसा ही है। इन संचालक के पास सदैव एक विहित रूप से परिभाषित फ्रेडरिक का विस्तार होता है और इन संचालक के लिए हम एक विहित कार्यात्मक कलन को परिभाषित कर सकते हैं। विश्लेषण में आने वाले कई संचालक नीचे दिए गए हैं (जैसे कि लाप्लासियन संचालक का नकारात्मक), इसलिए इन संचालक के लिए आवश्यक जुड़ाव का उद्देश्य कम महत्वपूर्ण है।

क्वांटम यांत्रिकी में स्व-सहायक विस्तार

क्वांटम यांत्रिकी में, अवलोकन योग्य वस्तुएं स्व-सहायक संचालक के अनुरूप होती हैं। एक-पैरामीटर एकात्मक समूहों पर स्टोन के प्रमेय के अनुसार, स्व-सहायक संचालक समय विकास संचालक के एकात्मक समूहों के बिल्कुल छोटे जनरेटर हैं। चूंकि कई भौतिक समस्याओं को समय-विकास समीकरण के रूप में तैयार किया जाता है जिसमें अंतर संचालक सम्मिलित होते हैं जिसके लिए हैमिल्टनियन केवल सममित होता है। ऐसे स्थितियों में, या तो हैमिल्टनियन अनिवार्य रूप से स्व-सहायक है इस स्थितियों में भौतिक समस्या के अद्वितीय समाधान हैं या कोई व्यक्ति विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों या अनंत पर स्थितियों के अनुरूप हैमिल्टनियन के स्व-सहायक विस्तार को खोजने का प्रयास करता है।

उदाहरण क्षमता के साथ एक-आयामी श्रोडिंगर संचालक जो प्रारंभ में सुचारु रूप से समर्थित कार्यों पर परिभाषित किया गया है, अनिवार्य रूप से 0 < के लिए स्व-सहायक है (अर्थात् स्व-सहायक समापन है)। 0 < α ≤ 2 किन्तु α > 2 के लिए नहीं। बेरेज़िन और शुबिन, पृष्ठ 55 और 86, या हॉल में खंड 9.10 देखें।

के लिए आवश्यक स्व-संयुक्तता की विफलता संभावित वाले कण की मौलिक गतिशीलता में एक समकक्ष है: मौलिक कण सीमित समय में अनंत तक भाग जाता है।[15]

उदाहरण। अर्ध-रेखा पर गतिमान कण के लिए कोई स्व-सहायक संवेग संचालक p नहीं है। फिर भी, हैमिल्टनियन अर्ध-रेखा पर एक मुक्त कण के विभिन्न प्रकार की सीमा स्थितियों के अनुरूप कई स्व-संयुक्त विस्तार होते हैं। भौतिक रूप से, ये सीमा स्थितियाँ मूल में कण के प्रतिबिंब से संबंधित हैं (रीड और साइमन, खंड 2 देखें)।

वॉन न्यूमैन के सूत्र

मान लीजिए A सममित रूप से सघन रूप से परिभाषित है। फिर A का कोई भी सममित विस्तार A* का प्रतिबंध है। वास्तव में, A ⊆ B और B सममिति डॉम(A*) की परिभाषा को प्रयुक्त करने से B ⊆ A* प्राप्त होता है।

Theorem —  Suppose A is a densely defined symmetric operator. Let

Then
and
where the decomposition is orthogonal relative to the graph inner product of dom(A*):

इन्हें अख़िएज़र और ग्लेज़मैन संदर्भ में वॉन न्यूमैन के सूत्रों के रूप में जाना जाता है।

उदाहरण

एक सममित संचालक जो अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है

हम पहले हिल्बर्ट स्पेसऔर विभेदक संचालक पर विचार करते हैं

सीमा नियमों को संतुष्ट करते हुए, [0,1] पर निरन्तर भिन्न-भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया गया है

तब D एक सममित संचालक है जैसा कि भागों द्वारा एकीकरण द्वारा दिखाया जा सकता है। रिक्त स्थान एन+, एन (नीचे परिभाषित) समीकरण के वितरण (गणितीय) समाधान द्वारा क्रमशः दिए गए हैं

जो L2[0, 1]. में हैं। कोई यह दिखा सकता है कि इनमें से प्रत्येक समाधान स्थान 1-आयामी है, जो क्रमशः फलन xe−x और xex द्वारा उत्पन्न होता है। इससे पता चलता है कि डी अनिवार्य रूप से स्व-सहायक नहीं है[16] किन्तु इसमें स्व-सहायक विस्तारक हैं। ये स्व-सहायक विस्तारक एकात्मक मैपिंग N+N के स्थान द्वारा पैरामीट्रिज़ किए गए हैं, जो इस मामले में यूनिट सर्कल T होता है।

इस स्थितियों में, आवश्यक स्व-सहायक की विफलता के डोमेन की परिभाषा में सीमा नियमो की "गलत" पसंद के कारण है। चूंकि एक प्रथम-क्रम संचालक है, इसलिए यह सुनिश्चित करने के लिए केवल एक सीमा नियमो की आवश्यकता है कि सममित है. यदि हमने ऊपर दी गई सीमा नियमो को एकल सीमा नियमो से बदल दिया है

,

तब D अभी भी सममित होगा और अब, वास्तव में, अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त होगा। सीमा नियमों का यह परिवर्तन डी का एक विशेष रूप से स्व-संयुक्त विस्तार देता है। अन्य अनिवार्य रूप से स्व-संयुक्त विस्तार रूप की सीमा नियमों को प्रयुक्त करने से आते हैं

यह सरल उदाहरण एक खुले समुच्चय एम पर सममित विभेदक संचालक पी के स्व-सहायक विस्तार के बारे में एक सामान्य तथ्य को दर्शाता है। वे आइगेनवैल्यू रिक्त स्थान के बीच एकात्मक मानचित्रों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

जहां Pdist P का वितरणात्मक विस्तार है।

निरंतर-गुणांक संचालक

हम आगे स्थिर गुणांक वाले विभेदक संचालक का उदाहरण देते हैं। होने देना

वास्तविक गुणांकों के साथ Rn पर एक बहुपद बनें, जहां α बहु-सूचकांकों के एक (परिमित) सेट पर होता है। इस प्रकार

और

हम संकेतन का भी उपयोग करते हैं

फिर संचालक P(D) ने 'Rn ' पर कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न कार्यों के स्थान पर परिभाषित किया

L2(Rn). पर मूलतः स्व-संयोजक है

Theorem — Let P a polynomial function on Rn with real coefficients, F the Fourier transform considered as a unitary map L2(Rn) → L2(Rn). Then F*P(D)F is essentially self-adjoint and its unique self-adjoint extension is the operator of multiplication by the function P.


अधिक सामान्यतः, कॉम्पैक्ट समर्थन के असीम रूप से भिन्न जटिल-मूल्य वाले कार्यों पर कार्य करने वाले रैखिक अंतर संचालको पर विचार करें। यदि M, Rn का एक खुला उपसमुच्चय है

जहाँ aα (आवश्यक रूप से स्थिर नहीं) असीम रूप से भिन्न कार्य हैं। P एक रैखिक संचालिका है

P के अनुरूप एक अन्य विभेदक संकारक है, जो P का 'औपचारिक सहायक' है

Theorem — The adjoint P* of P is a restriction of the distributional extension of the formal adjoint to an appropriate subspace of . Specifically:

वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत

स्व-सहायक संचालिका का गुणन निरूपण है चूंकि अत्यंत उपयोगी है, विहित निरूपण नहीं है। इससे पता चलता है कि इस प्रतिनिधित्व से यह निर्धारित करने के लिए एक मानदंड निकालना आसान नहीं है कि स्व-सहायक संचालक A और B इकाई रूप से समकक्ष हैं। अब हम जिस उत्तम दानेदार प्रतिनिधित्व पर चर्चा करते हैं उसमें वर्णक्रमीय बहुलता सम्मिलित है। परिणामों के इस चक्र को हंस हैन (गणितज्ञ)अर्नेस्ट हेलिंगर का वर्णक्रमीय बहुलता सिद्धांत कहा जाता है।

समान बहुलता

हम पहले एकसमान बहुलता को परिभाषित करते हैं:

'परिभाषा' एक स्व-सहायक संकारक A में एकसमान बहुलता n है जहाँ n ऐसा है कि 1 ≤ n ≤ ω यदि और केवल यदि A इकाई रूप से संकारक Mf के समतुल्य है फलन f(λ) = λ द्वारा गुणन का है

जहां Hn आयाम n का हिल्बर्ट स्थान है। Mf का डोमेन R पर सदिश -मूल्य वाले फलन ψ सम्मिलित हैं जैसे कि

गैर-नकारात्मक गणनीय योगात्मक माप μ, ν परस्पर एकवचन हैं यदि और केवल यदि वे असंयुक्त बोरेल समुच्चय पर समर्थित हैं।

Theorem — Let A be a self-adjoint operator on a separable Hilbert space H. Then there is an ω sequence of countably additive finite measures on R (some of which may be identically 0)

such that the measures are pairwise singular and A is unitarily equivalent to the operator of multiplication by the function f(λ) = λ on

यह प्रतिनिधित्व निम्नलिखित अर्थों में अद्वितीय है: समान A के किन्हीं दो ऐसे निरूपणों के लिए, संबंधित माप इस अर्थ में समतुल्य हैं कि उनके पास माप 0 के समान समुच्चय हैं।

प्रत्यक्ष समाकलन

वर्णक्रमीय बहुलता प्रमेय को हिल्बर्ट रिक्त स्थान के प्रत्यक्ष अभिन्न की भाषा का उपयोग करके पुन: तैयार किया जा सकता है:

Theorem — [17] Any self-adjoint operator on a separable Hilbert space is unitarily equivalent to multiplication by the function λ ↦ λ on


वर्णक्रमीय प्रमेय के गुणन-संचालक संस्करण के विपरीत, प्रत्यक्ष-अभिन्न संस्करण इस अर्थ में अद्वितीय है कि μ का माप तुल्यता वर्ग (या समकक्ष इसके माप 0 के सेट) विशिष्ट रूप से निर्धारित होता है और मापने योग्य फलन लगभग निर्धारित होता है μ के संबंध में हर जगह।[18] फलन संचालक का वर्णक्रमीय बहुलता फलन है।

अब हम स्व-सहायक संचालक के लिए वर्गीकरण परिणाम बता सकते हैं: दो स्व-सहायक संचालक इकाई रूप से समतुल्य हैं यदि और केवल यदि (1) उनके स्पेक्ट्रा समुच्चय के रूप में सहमत हैं, (2) उनके प्रत्यक्ष-अभिन्न प्रतिनिधित्व में दिखाई देने वाले उपायों के समान समुच्चय हैं माप शून्य का, और (3) उनके वर्णक्रमीय बहुलता कार्य प्रत्यक्ष अभिन्न में माप के संबंध में लगभग हर स्थान सहमत होते हैं।[19]


उदाहरण: लाप्लासियन की संरचना

Rn पर लाप्लासियन संचालक है

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लाप्लासियन को फूरियर रूपांतरण द्वारा विकर्ण किया गया है। वास्तव में लाप्लासियन -Δ के नकारात्मक पर विचार करना अधिक स्वाभाविक है क्योंकि एक संचालक के रूप में यह गैर-नकारात्मक है; (अण्डाकार संचालक देखें)।

Theorem — If n = 1, then −Δ has uniform multiplicity , otherwise −Δ has uniform multiplicity . Moreover, the measure μmult may be taken to be Lebesgue measure on [0, ∞).

शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम

H पर एक स्व-सहायक संचालक A के पास शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है यदि और केवल यदि H का ऑर्थोनॉर्मल आधार है {ei}i ∈ I जिसमें A के लिए ईगेनवक्टर सम्मिलित हैं।

उदाहरण। हार्मोनिक ऑसिलेटर के लिए हैमिल्टनियन में एक द्विघात क्षमता V है, अर्थात

इस हैमिल्टनियन में शुद्ध बिंदु स्पेक्ट्रम है; यह क्वांटम यांत्रिकी में बाध्य अवस्था हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के लिए विशिष्ट है। जैसा कि पिछले उदाहरण में बताया गया था, एक पर्याप्त नियम यह है कि एक असीमित सममित संचालक के पास आइगेनसदिश होते हैं जो हिल्बर्ट स्पेस आधार बनाते हैं, यह एक कॉम्पैक्ट व्युत्क्रम है।

यह भी देखें

उद्धरण

  1. Hall 2013 Corollary 9.9
  2. 2.0 2.1 Griffel 2002, p. 238.
  3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Griffel 2002, pp. 224–230.
  4. 4.0 4.1 Griffel 2002, pp. 240–245.
  5. Hall 2013 Proposition 9.30
  6. Hall 2013 Proposition 9.27
  7. Hall 2013 Proposition 9.28
  8. Hall 2013 Example 9.25
  9. Hall 2013 Theorem 9.41
  10. Berezin & Shubin 1991 p. 85
  11. Hall 2013 Section 9.10
  12. Hall 2013 Section 10.4
  13. Hall 2013 Theorem 9.21
  14. Hall 2013 Corollary 9.22
  15. Hall 2013 Chapter 2, Exercise 4
  16. Hall 2013 Section 9.6
  17. Hall 2013 Theorems 7.19 and 10.9
  18. Hall 2013 Proposition 7.22
  19. Hall 2013 Proposition 7.24


संदर्भ

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