内积空间与伴随算子

等距

等距是保持距离的映射:||T u - T v|| = ||u - v|| 对一切 u, v 成立。对线性映射,这与保持范数 ||T v|| = ||v|| 相同,因为 T(u - v) = T u - T v。它移动空间却不拉伸、不收缩、不撕裂——只旋转与反射。

代数上,线性等距恰为 T^* T = I。这使 T 单射(它有左逆),并迫使它的列标准正交。由极化,保持范数会自动保持完整的内积,故等距亦保持角度,不只保持长度。

把等距与酉算子分开的关键微妙之处在于满射性。T^* T = I 给出左逆,却未必给出右逆。在有限维中,从 V 到 V 的线性单射自动是满射,故一个自映射等距就是酉的。这种区别只在不同空间之间、或在无穷维中才显现。

经典的无穷维反例是序列上的右移,(x_1, x_2, ...) -> (0, x_1, x_2, ...)。它保持每个范数(是等距,T^* T = I),却漏掉了一切第一坐标非零者,故非满射且 T T^* != I。一个不是酉的等距,正是无穷维的标志。

T^* T = I (isometry); T^* T = T T^* = I (unitary)

等距仅有左逆;再要求右逆便把它升级为酉算子。

口号:等距 = 酉的一半。T^* T = I 总成立;T T^* = I 仅当还满射。在有限维中两半免费同时具备;在无穷维中它们分道扬镳。

又称
isometric operatornorm-preserving map等距映射