算子與譜理論

弗雷德霍姆算子

弗雷德霍姆算子是「差一個有限維誤差就可逆」的算子。它可能既不是單射也不是滿射,但在每一側都只差有限多個維度——一個有限維的核與一個有限維的餘核。它在兩側失效程度的總帳,由單一整數——指標——捕捉,而這個指標異常穩健。

巴拿赫空間之間的有界算子 T 是弗雷德霍姆的,若其核 ker T 有限維、值域閉、且餘核(目標空間對值域的商)有限維。其指標是整數 ind(T) = dim(ker T) - dim(coker T)。指標在微小擾動下、以及在被任意緊算子擾動下都不變,且在複合下可加:ind(ST) = ind(S) + ind(T)。

弗雷德霍姆算子恰是那些在 Calkin 代數(有界算子模緊算子)中變得可逆的算子——這是阿特金森定理。它們的穩定性,正是指標成為指標理論基本對象的原因,把分析與拓撲聯繫起來(阿蒂亞–辛格指標定理)。對有限維的方陣,秩–零化度定理迫使指標為 0;非零指標是真正的無窮維現象,由移位算子展現。

l^2 上的右移算子 S 有平凡的核(維數 0)和維數 1 的餘核(缺失的第一個座標),故 ind(S) = 0 - 1 = -1。左移算子的指標為 +1。它們的指標相加:ind(左 . 右) = ind(I) = 0。

移位算子:最簡單的非零指標。