算子與譜理論

在有限維中,一個矩陣由它的特徵值刻畫——也就是它僅僅沿之伸縮的那些特殊縮放因子。譜正是把這份特徵值清單恰當地推廣到無窮維空間,在那裡算子可能因為比「存在非零零向量」更微妙的原因而不可逆。可以把它想成算子以某種方式變得「奇異」的全體純量。

設 T 是複巴拿赫空間 X 上的有界線性算子。譜 sigma(T) 是使算子 T - lambda*I 在 X 上沒有有界逆的全體複數 lambda,其中 I 是恆等算子。它的補集,即 T - lambda*I 有界可逆之處,稱為預解集。對非零複巴拿赫空間上的有界算子而言,譜總是複平面的一個非空緊子集,且包含在半徑等於算子範數的閉圓盤內。

一個常見錯誤是把譜等同於特徵值。每個特徵值都落在譜中,但在無窮維裡,譜可以含有根本不是特徵值的點:T - lambda*I 可能是單射卻不是滿射,或沒有有界逆。譜可分解為點譜(真正的特徵值)、連續譜和剩餘譜,各自描述可逆性失效的不同方式。

設 S 是 l^2 上的右移算子:S(x_1, x_2, ...) = (0, x_1, x_2, ...)。它根本沒有特徵值,但譜卻是整個閉單位圓盤 |lambda| <= 1。於是 sigma(S) 很大,而點譜卻是空的。

沒有任何特徵值的譜。

在實數域上有界算子的譜可以為空(R^2 中旋轉 90 度沒有實特徵值),所以譜非空定理確實需要複純量。

又稱
spectrum of an operator算子的谱算子的譜