设V是域F上的(n+1)维 向量空间 ,如果函数σ:V×V→F,满足条件: σ(ax1+bx2,y)=aσ(x1,y)+bσ(x2,y),a、b∈F,x1、x2、y∈V, σ(x,ay1+by2)=aσ(x,y1)+bσ(x,y2),a、b∈F,x、y1、y2∈V,则σ称为定义在V上的双线性形式。
基本介绍
设H是 Hilbert 空间, 是自伴算子,令 则 满足:
(i) ;
(ii) ;
(iii) 。
(i)和(ii)实际是说, 关于第一个变元x是线性的,从(iii)知 关于第二个变元y是共轭线性的,即
我们可以利用上述性质给出一个更一般的概念。
定义1 设H是Hilbert空间,如果二元映射 满足:
(i)
(ii)
则称 为H上的 双线性形式。
如果条件(ii)代以更强的:
(iii) ,则称 为H上 共轭的双线性形式 。
如果一个双线性形式满足:
(iv) 存在 ,使 则称 为 有界双线性形式 。
若双线性形式 满足:
(v)对任意 ,则称 为 自伴双线性形式 。
如果共轭双线性形式 满足:
(vi)对所有的 ,则称 为 正定的双线性形式 。
注: 双线性形式关于后一个变量实际上是共轭线性的,故而有的书上又称双线性形式为一次半线性形式。
条件(vi)实际上只是半正定性,因为 并不能推出 ,有时候我们仿照内积的记号,记双线性形式 为 。
根据定义,对有界算子 是有界的双线性形式,如果T还是自伴算子或正算子,则 还是自伴或正定的。
相关定理
除了 Hilbert 空间上的有界线性算子诱导的双线性形式之外,还有没有其他的双线性形式?下面我们就来讨论这个问题。
定理1
如果 是H上的有界双线性形式,则存在唯一的有界算子T,使
推论
如果 是H上的有界共轭(正定)双线性形式,则存在唯一的自伴(正)算子T,使
定义4 Hilbert空间H上的实函数 如果满足:
(i)
(ii)
(iii) 存在 ,使 ,
则称 为H上的 有界实二次形式 。
由此可见,对有界的共轭双线性形式 , 是H上的有界实二次形式,那么H上的任一有界实二次形式是否都是由某个共轭双线性形式诱导的呢?下面的 定理 回答了这个问题。
定理2
设 是 Hilbert 空间H上的有界实二次形式,则存在唯一的有界共轭双线性形式 ,使
结论
如果 是H上有界实二次形式,则存在有界自伴算子T,使 。
定理3
如果 是H上的正定双线性形式,则有
特别地,如果T是正算子,则有
上式称为广义Schwarz不等式。