Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
При изучении кластерного разложения в гл. 18 нам понадобятся граничные условия Дирихле на множестве Г, являющемся объединением гиперплоскостей, образующих решетку. При исследовании предельного перехода к бесконечному объему в гл. 11,18 в качестве Г будет выбираться поверхность двух кубов, вложенных один в другой и отделенных друг от друга. Для того чтобы изучать именно такие ковариационные операторы, удобно иметь соответствующее представление для оператора $C_{\Gamma}$, которое мы здесь и получим. Вообще говоря, не существует разложения $C_{\Gamma}$ в элементарный ряд (типа (7.5.1)), однако утверждения следствия 7.5.2 остаются справедливыми. Формула для оператора $C_{\Gamma}$, которую мы хотим получить, использует винеровское интегральное представление. Метод, применяемый при ее выводе, идейно прост, но технически сложен. Поэтому мы ограничимся лишь схемой доказательства. Пусть $d W_{x y}^{t}$ обозначает условную меру Винера на множестве непрерывных траекторий $\omega(\tau)$ из точки $x$ в точку $y$, таких, что $\omega(0)=x, \omega(t)=y$. Обозначим $\chi_{\Gamma}$ характеристическую функцию множества тех траекторий, которые не пересекают Г. Иначе говоря, Покажем, что ядро оператора $e^{t \Delta} \Gamma$ можно получить, рассматривая только те траектории, которые не пересекают $\Gamma$, а именно В частности, если $\Gamma=\varnothing$, то соотношение (7.8.2) преврацается в известную уже формулу (3.1.14) для свободных граничных условий, Взяв преобразование Лапласа от (7.8.2), получим ядро оператора Более подробное изложение винеровского интсгрального представления для граничных условий Дирихле (и Неймана) см. в работе [Ginibre, 1971]. Наше доказательство формулы (7.8.3) опирается на другое определение граничных условий Дирихле. Введем граничные условия Дирихле на границе $\Gamma=\partial \Lambda$ области $\Lambda$, рассматривая потенциал, равный константе на $R^{d} \backslash \Lambda$, и устремляя затем эту константу к бесконечности. Тем самым в пределе мы получим $\Delta_{\Lambda}$ оператор Лапласа в пространстве $L_{2}(\Lambda)$ с граничными условиями Дирихле на $\partial \Lambda$. Аналогично построим $\Delta_{R d \prod_{\Lambda}}$. После этого оператор $\Delta$ г есть не что иное, как сумма двух коммутирующих операторов $\Delta_{\Lambda}$ и $\Delta_{R^{d} \Lambda_{\Lambda}}$ в пространстве $L_{2}\left(R^{d}\right)$. В случае когда контур $\Gamma$ не охватывает никакой области $\Lambda$, мы построим $\Delta_{\Gamma}$, «раздувая» $\Gamma$ так, чтобы получилась небольшая область, а затем устремим «раздутие» к нулю. Следствие 7.8.2. Для области $\Lambda$ с гранией $\Gamma=\partial \Lambda$ справедливо соотношение Лемма 7.8.3. Оператор $C(\lambda) \equiv\left(-\Delta+m^{2}+\lambda \chi_{\Lambda^{\prime}}\right)^{-1}$ монотонно убывает по $\lambda$ и сходится при $\lambda \rightarrow \infty \kappa$ сильному пределу С. Ядро $C(\lambda, x, y)$ при $\lambda \rightarrow \infty$ убывает и сходится при $x Поскольку $C(\lambda)$ — положительный оператор, для любой функции $f \in L_{2}$ существует $\lim \langle f, C(\lambda) f\rangle$, а оператор $C=\mathrm{w} \cdot \lim C(\lambda)$ ограничен и самосопряжен. Положим $B(\lambda)=C(\lambda)-C \geqslant 0$. Тогда $\| B(\lambda)^{1 / 2} f \rightarrow 0$ для произвольной функции $f$, поэтому s. $\lim B(\lambda)^{1 / 2}=0$ и s. lim $B(\lambda)=0$. Значит, оператор $C(\lambda)$ сильно сходится к $C$, что и утверждалось. Қак и в $\S 7.5$, оператор $C(\lambda)$ имеет строго положительное ядро, а тождество (7.8.6) гарантирует поточечное монотонное убыванне ядра $C(\lambda, x, y)$. Следовательно, $\lim C(\lambda, x, y) \equiv C(x, y) \geqslant 0$ существует для всех точек $x Следующий результат являстся частным случаем сходимости графиков операторов. Общее обсуждение см. в работах [Glimm, Jaffe, 1969, 71 b]. Сначала докажем, что $L_{2}\left(R^{d} \backslash \Lambda\right) \subset \operatorname{Ker} C$. Так как оператор $C$ ограничен, множество Кег $C$ замкнуто. Поэтому достаточно проверить, содержится ли в $\operatorname{Ker} C$ плотное подмножество $L_{2}\left(R^{d} \backslash \Lambda\right)$. В качестве такого подмножества выберем функции класса $C^{2}$ с компактными носителями в $R^{d} \backslash \Lambda$. Для таких функций $f \in C_{0}^{2}\left(R^{a} \backslash \Lambda\right)$ положим Тогда $\|f(\lambda)-f\|=\lambda^{-l}\left\|\left(-\Delta+m^{2}\right) f\right\|=O\left(\lambda^{-1}\right)$ при $\lambda \rightarrow \infty$. Из тождества $C(\lambda) f(\lambda)=\lambda^{-1} f$ следует, что Так как оператор $C(\lambda)$ сильно сходится к оператору $C$, то $C f=0$. Поскольку векторы $g$ плотны в пространстве $L_{2}(\Lambda)$, это означает, что $f \in L_{2}(\Lambda) \perp=L_{2}\left(R^{d} \backslash \Lambda\right)$ и $К$ Кег $C=L_{2}\left(R_{d} \backslash \Lambda\right)$. Так как оператор $C$ самосопряжен, $\operatorname{Ker} C=(\operatorname{Im} C) \perp$. В самом деле, для векторов $g \in \operatorname{Ker} C$ и $f \in L_{2}\left(R^{d}\right)$ и, значит, $g \in(\operatorname{Im} C) \perp$ и $\operatorname{Ker} C \subset(\operatorname{Im} C) \perp$. Аналогично доказывается обратное включение. а, далее, Отсюда $g=C\left(-\Delta+m^{2}\right) g \in \operatorname{Im} C=\mathscr{D}\left(C^{-1}\right)$ и $C^{-1} \supset-\Lambda+\left.m^{2}\right|_{C_{0}^{2}(\Lambda)}$. Так как оператор $C^{-1}$ самосопряжен и положителен, он замкнут одновременно и как оператор, и как билинейная форма. Поэтому $C^{-1}$ есть расширение замыкания билинейной формы $-\Delta_{\Lambda}+m^{2}$, рассматрнваемой первоначально на области $C_{0}^{2}(\Lambda)$. Область определения билинейной формы положительного самосопряженного оператора совпадает с операторной областью определения корня квадратного из него (см. [Kato, 1966]). Поэтому мы закончим доказательство, установив следующее включение для областей определения операторов: В силу неравенства $-\Delta \leqslant C(\lambda)^{-1}$, получим $\left\| Поэтому Другими словами, функция $C^{1 / 2} f$ имеет конечную норму Дирихле для функций $f$ таких, что $ Из неравенства треугольника для нормы в пространстве $L_{2}\left(R^{d-1}\right)$ получим, что $\left|\frac{d}{d n}\right||| C^{1 / 2} f\left|\left\|_{n}\left|\leqslant\left\|\left|\frac{d}{d n} C^{1 / 2} f\right|\right\|_{n}\right.\right.\right.$. Подставляя эту оценку в предыдущее равенство и применяя к интегралу по $n$ неравенство Шварца, найдем, что Стандартным способом применяя операцию свертки, легко показать, что $C^{1 / 2} f$ аппроксимируется в градиентной норме гладкими функциями. Слегка видоизменяя свертку вблизи граннцы $\Lambda$, можно апироксимировать $C^{1 / 2 f}$ (в той же градиентной норме) и функциями класса $C_{0}^{2}(\Lambda)$. Отсюда следует, что а это и доказывает включение (7.8.13a). При $\lambda \rightarrow \infty$ правая часть по теореме Лебега о мажорированной сходимости стремится к $e^{-t m^{2}} \int \chi_{\Lambda}(\omega) d W_{x y}^{t}(\omega)$. Левая же часть, согласно доказанному предложению, стремится к ядру оператора $\chi_{\Lambda} \exp \left[t\left(\Delta_{\partial_{\Lambda}}-m^{2}\right)\right] \chi_{\Lambda}$. Складывая это выражение с соответствующей формулой для области $R^{2} \backslash \Lambda$, получим равенство (7.8.3) как тождество ядер операторов в $L_{2}$. Замечание 4. Можно задать граничные условия Дирихле на «ребре» $b$, не охватывающем никакой области. Используя изложенный выше метод, определим граничные условия Дирихле на контуре $\partial b_{\varepsilon}$, где $b_{\varepsilon}$ — некоторая $\varepsilon$-окрестность $b$. Монотонность соответствующего көвариационного оператора по $\varepsilon$ следует из тождества (7.8.6) (ср. с замечанием 3). Тогда Как и выше, можно показать, что векторы $\left(\left(-\Delta_{\text {гUb }}+m^{2}\right)^{-1} f\right)(x)$ из образа оператора с ядром (7.8.16) при $x \rightarrow b$ стремятся к нулю по нормальной переменной. Предложение 7.8.5. Если $\Gamma_{1} \subset \Gamma$, то Доказательство. Нужно установить только верхнюю оценку в неравенстве (7.8.19). Пусть точка $x$ лежит в ячейче $\Delta$ решетки, а $b \subset \partial \Delta$-гиперплоскость (ребро), ближайшая к $x$. Если $b \subset \Gamma$, то верхняя оценка следует из неравенства (7.6.2), гак как $\delta C \Gamma \leqslant \delta c_{D}$. Теперь предположим, что ребро $b$ не содержится в множестве $\Gamma$, а $\Lambda=\Delta \cup \Delta^{\prime}$ — параллелепипед, образованный двумя смежными ячейками решетки, так что $b \subset \partial \Delta U \partial \Delta^{\prime}$. Сдвиги параллелепипеда $\Lambda$ покрывают все пространство $R^{d}$; ковариационный оператор с граничными условиями Дирихле на $\partial \Lambda$ обозначим $C_{\partial \Lambda}=C_{D}$. (При подходящем выборе решетки этот оператор $C_{D}$ совпадает с оператором $C_{D}$ из $\S 7.5$.) Таким образом, если $x, y \in \Lambda$, то, в силу (7.8.18), $C_{\partial \Lambda}(x, y) \leqslant C_{\Gamma}(x, y)$ и $\delta c_{\Gamma}(x) \leqslant \delta c_{\partial \Lambda}(x)$ при $x \in \Lambda$. Пусть $b^{\prime}$-«ребро», ближайшее к точке $x$. Если $b^{\prime} \cap \Gamma Дополним оценку (7.8.19) оценкой убывания величины $\delta c_{\Gamma}(x)$ на больших расстояниях. Доказательство. Если dist $(x, \Gamma)=r$, то точку_ $x$ можно выбрать в качестве центра $d$-мерного куба $B$ со стороной $l=2 r / \sqrt{d}$, такого, что $B \cap \Gamma=\varnothing$. Пусть граница этого куба $\partial B$ и ее сдвиги порождают некоторую решетку $\Gamma_{1}$. По предложению 7.8 .5 для $x \in B$ имеем $0 \leqslant \delta c_{\Gamma}(x) \leqslant \delta c_{\Gamma_{1}}(x)$. Но $\delta c_{\Gamma_{1}}$ выражается формулой (7.6.3) при $x-x_{i} \geqslant l$. Следовательно, Предложение 7.8.7. Пусть $d=2$. Для любого $1 \leqslant q \leqslant \infty$ существует такая постоянная $K=K(q)$, не зависящая от $m \geqslant 1$ и от оператора $C \in \mathscr{C}_{m}$ (множество ковариационных операторов $\mathscr{C}_{m}$ определено ниже в § 7.9), что для любой ячейки $\Delta$ решетки Доказательство. Изменяя, если нужно, масштаб, можем считать, что $m=1$. Тогда утверждение вытекает из предложений 7.8.5, 7.8.6 и формулы (7.2.2).
|
1 |
Оглавление
|