opérateur compact sur esp de Hilbert

Voici un problème qui peut faire un bon exo...

Soit $R$ un opérateur de $E$ dans $F$, compact et injectif. $E$ et $F$ sont des espaces de Hilbert. Soit $R^*:F\longrightarrow E$ son adjoint.

Comme $Ker(R)=0$ et $R$ compact, il existe $(u_k)_k$ (resp $(v_k)_k$) une base hilbertienne de $E$ (resp $F$) telle que $Ru_k=\lambda_k v_k$ et $R^*v_k=\lambda_k u_k$ , avec la suite des $\lambda_k$ qui tend vers 0.

Soit $f\in E$ (je bosse sur des fonctions), alors
$$
f=\sum_{k=0}^{+\infty} (f,u_k)u_k=\sum_{k=0}^{+\infty} \frac{1}{\lambda_k}(Rf,v_k)u_k
$$
(convergence au sens de (.,.) dans $E$.
Soit $p\in R(E)$, on pose
$$
Tp=\sum_{k=0}^{+\infty} \frac{1}{\lambda_k}(p,v_k)u_k.
$$
On a que
$$
||Tp||^2 \le \sum (\frac{1}{\lambda_k})^2 ||p||.
$$
Comme les $\lambda_k$ tendent vers 0, cet opérateur a peu de chance d'etre borné.

On pose
$$
T_{\alpha}p=\sum_{k=0}^{+\infty} \frac{\lambda_k^2}{\lambda_k^2+\alpha}\frac{1}{\lambda_k}(p,v_k)u_k.
$$
Cet fois, cet opérateur de $R(E)$ dans $E$ est borné et converge faiblement vers $p$ quand $\alpha$ tend vers 0 ($\forall p$, $T_{\alpha}p$ converge vers $Tp$ au sens de (.,.) dans $E$).

Supposons que $R(E)$ soit fermé, alors $R(E)$ est complet et donc d'apres le thm de la borne uniforme, $||T_{\alpha}||$ est borné uniformément. Or c'est impossible vu que la norme de $T$ est infinie !! $R(E)$ ne peut donc etre fermé...

Ou est l'erreur ??

Merci a ceux qui ont pris la peine de tout lire !

Réponses

  • Il n'y a pas beaucoup d'opérateurs compacts injectifs... Sinon, $B_E$ et $T(B_E)$ sont continûment en bijection et comme le second est compact, $E$ est de dimension finie.
  • Désolé j'ai pas pris la peine de tout lire.
  • c'est pas $T$, c'est $R$ bien sûr...
  • Vu que je ne suis pas très imaginatif, je reprends mon exemple (qui est dans l'autre post de Sasha).
    C'est un opérateur compact (il est même de Hilbert Schmidt sauf erreur), il est clairement injectif, et son image n'est pas fermée, c'est tout.
    Le truc à comprendre avec un opérateur compact, c'est que en gros il a tendance à replier la boule unité sur elle même: l'image des vecteurs d'une base hilbertienne tend vers 0, de telle facon que en fait il est de rang fini plus un epsilon qui correspond à l'infinité de dimension qui restent.
    Oula, je me mets à parler comme un physicien.
    Pour rester dans le registre mathématique, donc, si on considère mon opérateur compact, on peut montrer sans trop d'efforts que son image est en fait dense dans $l^2$:
    on prend $(x_1,x_2\cdots)\in l^2$. Bon ben c'est évident que l'image de $(x_1,2x_2,3x_3,\cdots ,nx_n,0\cdots)$ est une bonne approximation de ce vecteur, d'où image dense (et donc pas fermée, pasque l'opérateur est compact!)
  • Oubliez ce que j'ai dit...
  • Bonsoir je crois...je ne suis pas sur mais j'ose(je risque pas grand chose apres tout)
    bon j'ai regardé un peu ce que tu as écrit:
    tu dis a un moment:
    ($\forall p$, $T_{\alpha}p$ converge vers $Tp$ au sens de (.,.) dans $E$).
    donc il s'agit d'une convergence ponctuelle
    ensuite tu dis
    $||T_{\alpha}||$ est borné uniformément est ce que ca ca implique que $||T||$ est borné?
    je crois que tu es passé implicitement d'une convergence faible à une convergence en norme d'opérateur
    je me trompe peut etre..
  • Dsl je reviens à l'instant. Je suis allé voir le match (magnifique victoire de la France 3-2) dans un bar, et je crois avoir bu un coup de trop.

    En fait j'ai oublié le cas ou $R^*R$ a un nombre fini de valeur propre (par ex l'identité), dans ce cas je ne peux pas écrire tout ce que j'ai dit.

    Je suis d'accord avec toi Gecko mais j'ai du mal a voir une suite d'opérateur de norme uniformément bornée converger, même faiblement vers un opérateur de norme infinie. L'erreur est peut-etre ici, mais je crois aussi montré que la norme de $T_{\alpha}$ est égale à $\frac{\lambda}{\alpha}$. Cette approximaton est souvent utilisée pour régulariser une fonction inverse qui n'est pas continue.

    Merci en tout cas d'avoir lu mon message
  • Oula, je me mets à parler comme un physicien, a dit corentin.

    Mais il vaut mieux raisonner comme un physicien que ne pas raisonner du tout. Et il vaut mieux ne pas raisonner du tout que de raisonner comme un sociologue.
  • Bonjour.
    Je vais peut être raconbter une grosse bêtise, mais qu'est ce qui nous assure que l'opérateur $R$ sera diagonalisable dans une base de vecteurs propres ? Est ce qu'il ne faut pas supposer $R$ auto adjoint ?
  • Attention $R$ n'est pas un endomorphisme. En fait c'est $R^* R:E\longrightarrow E$ qui est autoadjoint compact et de noyau nul, et ses valeur propres sont les $\lambda_k^2$ associées aux $u_k$. On a de plus une base hilbertienne $v_k$ de $F$ telle que $Ru_k=\lambda_k v_k$ et $R^*v_k=\lambda_k u_k$ (d'où $\lambda_k^2$ valeur propre de $R^* R$).

    On peut voir ca comme la décomposition SVD d'une matrice rectangulaire
  • Bonjour,
    A mon avis Tp est mal définie. La somme $\Sigma u_k/\lambda_k $ n'est pas définie.
  • Tp est bien défini, avec p élement de l'image de E. Tp s'ecrit en le décomposant sur une base hilbertienne de vecteur propre, et cette somme converge par définition. Mais en effet la somme que tu considères n'est pas définie
  • Non, je n'ai rien dit... Mais pourquoi $R(E)$ serait-il fermé ?
  • Je ne fais que le supposer, et je vois que ca ne marche pas s'il n'y a une infinité de valeur propres (dans ce cas elles tendent vers 0), enfin si le raisonnement est correct !
  • il reste à montrer que T n'est pas continu sur R(E), mais je pense que c'est le cas (je ne trouve pas de majorant de la norme)

  • $v_k=R(u_k/\lambda_k)$ donc $v_k \in R(E)$ et norme de $Tv_k$ est 1/\lambda_k$ donc $T$ n'est pas continu.
  • Bonjour,

    C'est un peu maladroit comme demarche pour montrer que $R(E)$ n est
    pas ferme... Deja la suite la $T_\alpha$ ne converge pas faiblement...
    Si $R(E)$ était fermé, alors par le théorème de l'application ouverte, $R$
    serait inversible (car injectif), ce qui est difficile pour un opérateur compact
    en dimension infinie.
  • $T_{\alpha}$ converge faiblement si $p$ est dans l'image, il suffit d'écrire la norme au carré de la différence

    mais mon but n'etait pas de montrer que l'image n'est pas fermée, c'est juste que je suis tombé la dessus en travaillant sur cet opérateur
  • Ton raisonnement devient juste si tu rajoutes pour tout p
    dans l image. Mais je ne vois pas ou tu veux en venir si ce n est
    au fait que R(E) n est pas ferme...

    Eric
  • Disons que je trouvais ca étrange que R(E) n'est pas fermé s'il y a un nombre infini de valeur propres. Comme je ne suis pas très matheux, j'ai peur d'avoir des résultats faux dans mes travaux
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