消散作用素とは? わかりやすく解説

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消散作用素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/06/01 00:01 UTC 版)

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数学における消散作用素(しょうさんさようそ、: dissipative operator)とは、バナッハ空間 X に値を取り、すべての λ > 0 および x ∈ D(A) に対して

が成立するような、X線形部分空間 D(A) 上で定義される線形作用素 A のことを言う。消散作用素が極大消散(maximally dissipative)であるとは、すべての λ > 0 に対して作用素 λI − A全射であることを言う。

極大消散作用素が縮小半群の生成素として特徴づけられるルーマー-フィリップスの定理において、消散作用素の概念は重要な役割を担う。

性質

消散作用素には次に述べる性質が存在する[1]

  • すべての λ > 0 に対して λI − A単射であり、また λI − A値域に含まれるすべての z に対して
が成立する。
  • 作用素 λI − A がある λ > 0 に対して 全射であることと、すべての λ > 0 に対して全射であることは同値である。そのような場合、(0, ∞) ⊂ ρ(A) が成立する(ここで ρ(A) は Aレゾルベント集合を表す)。
  • A閉作用素であることと、ある λ > 0 に対して(すべての λ > 0 に対する場合も同様) λI − A の値域が閉であることは同値である。

同値な特徴付け

X双対空間 X' の部分集合としての、x ∈ X の双対集合(duality set)を

と定義する。ハーン-バナッハの定理により、この集合は空でないことが分かる。もし X回帰的であるなら、J(x) は唯一つの要素から成る集合である[要出典]ヒルベルト空間の場合、ヒルベルト空間とその双対空間の間の自然な双対性(canonical duality)を利用することによって、J(x) は唯一つの要素 x から成る集合であることを示すことが出来る[2]。作用素 A が消散的であるための必要十分条件は、すべての x ∈ D(A) に対してある x' ∈ J(x) が存在し、

が成立することである[3]

が成立するため、A は消散作用素である。
  • 通常内積を伴う空間 H = L2([0, 1]; R) を考える。Au = u′ とし、その定義域 D(A) は、ソボレフ空間 H1([0, 1]; R) に含まれる関数 uu(1) = 0 を満たすようなものからなる集合と等しいものとする。このとき、D(A) は H = L2([0, 1]; R) において稠密である。さらに、部分積分法を用いることで、D(A) 内のすべての u に対して
が成立することがわかる。したがって A は消散作用素である。
が得られる。したがって、そのようなラプラス作用素は消散作用素であることが分かる。

注釈

  1. ^ Engel and Nagel Proposition II.3.14
  2. ^ Engel and Nagel Exercise II.3.25i
  3. ^ Engel and Nagel Proposition II.3.23

参考文献

  • Engel, Klaus-Jochen; Nagel, Rainer (2000). One-parameter semigroups for linear evolution equations. Springer 
  • Renardy, Michael and Rogers, Robert C. (2004). An introduction to partial differential equations. Texts in Applied Mathematics 13 (Second ed.). New York: Springer-Verlag. pp. 356. ISBN 0-387-00444-0  (Definition 11.25)



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