主符號(principal symbol)
若你想知道一輛車高速時如何操控,你研究它的引擎與底盤,而非杯架。對微分算子而言,掌管其本質性格——型別、平滑性行為、擾動如何傳播——的部分,是最高階的部分。主符號就是你只把那些最高階項餵進符號字典所得到的東西,把低階的雜物丟掉。它是被顯現出來的算子引擎。
從完整符號出發(把每個導數 D_j 換成 i*xi_j),只保留最高微分階的項。對二階算子,那是來自主部 A u_xx + 2B u_xy + C u_yy 的 xi 之齊次二次多項式,即二次型 -(A xi_1^2 + 2B xi_1 xi_2 + C xi_2^2)。所有一階與零階項都被丟棄。只保留這一塊的用意在於,型別完全由它決定:方程為橢圓型,當這個二次型對任何 xi 不等於 0 都不為零時(它是定的);為拋物型,當它退化時(某個非零 xi 使它為零但它不變號);為雙曲型,當它不定時(它取兩種正負號)。在兩變數時,這個判準恰好重現判別式規則 B^2 - AC。
主符號是恰當的工具,因為與低階項不同,它在變數變換下乾淨地變換(它表現得像餘切空間上一個良定義的函數),而且它是在每個漸近、高頻極限中存留下來的東西。它把兩變數的判別式推廣到任意維度,並支撐起橢圓正則性、奇異性沿著特徵(主符號的零集)的傳播、以及整套擬微分與傅立葉積分算子的演算。誠實的提醒:它所忽略的低階項,對實際求解方程並非無關緊要——它們可以改變唯一性、衰減與細部——但它們絕不改變型別。
算子 L = u_xx + u_yy + 7 u_x - 3u 的完整符號為 -(xi_1^2 + xi_2^2) + 7 i xi_1 - 3,但它的主符號只是 -(xi_1^2 + xi_2^2)。既然它除非 xi = 0 否則不為零,L 便是橢圓型——而 7 u_x 與 -3u 這兩項,無論如何影響解的細部,都改不了這個判決。
只保留最高階部分:主符號決定型別,低階項推翻不了它。
分類者是主符號而非完整符號——而型別恰恰對它所捨去的低階項不敏感。它的零集(主符號為零之處)是特徵集,奇異性沿之行進。