泛函分析：作业 / 251027

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251027 #

1.6.1 #

设 $a$ 是复线性空间 $\mathscr X$ 上的共轭双线性函数, $q$ 是由 $a$ 诱导的二次型, 求证: $\forall x,y\in \mathscr X$ 有

$$a(x,y)=\frac14\left[q(x+y)-q(x-y)+\text{i} q(x+\text{i} y)-\text{i} q(x-\text{i} y)\right].$$

note

逐项打开化简即可.

1.6.6 #

在 $L^2[-1,1]$ 中, 问偶函数集的正交补是什么并证明.

note

奇函数.

首先证明奇函数全体属于偶函数的正交补.

设 $A$ 为偶函数全体, $B$ 为奇函数全体.

则 $\forall f\in A,g\in B$. $fg$ 仍为奇函数从而 $(f,g)=\mint[-1]^1 f(x)g(x)\text{d} x=0$.

即 $A\perp B$.

另一方面, 由于任意函数均可由奇函数和偶函数线性表出. 如对函数 $h(x)$ 取 $f(x)=\frac{h(x)+h(-x)}{2}\in A, g(x)=\frac{h(x)-h(-x)}{2}\in B$ 则有 $h(x)=f(x)+g(x)$. 从而 $A\oplus B=L^2[-1,1]$. 又 $L^2[-1,1]=\overline{A}\oplus A^\perp$ 显然有 $B=A^\perp$.

1.6.9 #

设 $\{e_n\}_{n=1}^\infty$, $\{f_n\}_{n=1}^\infty$ 是 Hilbert 空间 $\mathscr X$ 中的两个标准正交集, 满足条件

$$\sum\limits_{n=1}^\infty \Vert e_n-f_n \Vert^2<1.$$

求证: $\{e_n\}$ 和 $\{f_n\}$ 两者中一个完全蕴含另一个完全.

note

不妨设 $\{e_n\}$ 完全.

1.6.14 #

求 $(a_0,a_1,a_2)\in\mathbb{R}^3$, 使得 $\mint[0]^1 |e^t-a_0-a_1t-a_2t^2|^2\text{d} t$ 取最小值.

1.6.15 #

设 $f(x)\in C^2[a,b]$, 满足边界条件

$$f(a)=f(b)=0,\quad f'(a)=1,\quad f'(b)=0.$$

求证:

$$\int_a^b|f''(x)|^2\text{d} x\geqslant \frac{4}{b-a}.$$