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        Hilbert空間中g(shù)-R-對(duì)偶的一些性質(zhì)

        2018-05-28 07:15:07龐橋森楊守志
        關(guān)鍵詞:對(duì)偶等價(jià)算子

        龐橋森,楊守志

        (汕頭大學(xué)數(shù)學(xué)系,廣東 汕頭 515063)

        0 引言

        Hilbert空間中的框架概念由Duffin和Schaeffer[1]在研究非調(diào)和Fourier級(jí)數(shù)時(shí)提出.之后很多學(xué)者對(duì)其做了廣泛的研究,使得框架理論應(yīng)用于信號(hào)處理,信號(hào)采樣,圖像處理,系統(tǒng)模型等諸多領(lǐng)域,隨著對(duì)框架理論研究的不斷深入,許多學(xué)者對(duì)框架理論進(jìn)行了各種推廣,孫文昌教授[2]首先提出了一種更為一般的框架概念即g-框架,并對(duì)g-框架的性質(zhì)進(jìn)行了一些研究.為了在Gabor分析中得到更具一般性的對(duì)偶原則,Casazza,Kutyniook和Lammers[3]于2004年首次提出了框架的R-對(duì)偶(第一類R-對(duì)偶)的概念,并討論了框架R-對(duì)偶的一些性質(zhì).之后Christensen[4]于2015年提出了第二類R-對(duì)偶、第三類R-對(duì)偶、第四類R-對(duì)偶的概念,進(jìn)一步豐富了框架的R-對(duì)偶的內(nèi)容.

        在文獻(xiàn)[5]中,Osgooei和Najati首先把R-對(duì)偶的內(nèi)容推廣到g-框架,并研究了Hilbert空間上g-框架的第一類g-R-對(duì)偶的某些性質(zhì).在文獻(xiàn)[6]中,Khosravi和Takhteh又把第二類R-對(duì)偶、第三類R-對(duì)偶、第四類R-對(duì)偶的概念推廣到g-框架上,同樣也討論了這三類R-對(duì)偶在g-框架上的一些性質(zhì),并且根據(jù)第一類g-R-對(duì)偶,給出了對(duì)偶g-框架的一個(gè)刻畫(huà).本文在此基礎(chǔ)上,討論了g-框架上第一類g-R-對(duì)偶的一些新的性質(zhì),并且根據(jù)第三類g-R-對(duì)偶給出對(duì)偶g-框架的一個(gè)刻畫(huà).

        在本文中,H是復(fù)的可分Hilbert空間,其內(nèi)積為<·,·>,I是整數(shù)集的子集,{Hi}i∈I是H的閉子空間序列,B(H,Hi)表示H到Hi的所有有界線性算子的全體.

        1 預(yù)備知識(shí)

        定義1序列Λ={Λi∈B(H,Hi):i∈I}稱為Hilbert空間H關(guān)于{Hi}i∈I的g-框架,如果存在A,B>0,對(duì)任意的f∈H有

        成立,稱A,B分別為g-框架的下界和上界.

        若僅有右邊不等式成立,則稱Λ是界為B的g-Bessel序列.

        若A=B,則稱為緊g-框架.若A=B=1,則稱為g-Parseval框架.

        如果{Λi}i∈I是的一個(gè)g-框架,則稱為g-框架序列.

        定義線性空間:

        和內(nèi)積〈·,·〉

        則是一個(gè)Hilbert空間.

        如果Λ={Λi}i∈I是一個(gè)g-Bessel序列,那么Λ的合成算子為

        它的共軛算子,即分析算子為

        g-Bessel序列 Λ={Λi}i∈I的框架算子 SΛ定義為:

        因此有如果Λ={Λi}i∈I是H的一個(gè)界為A,B的g-框架,那么g-框架算子SΛ是有界的,自伴的且可逆的.它的典范對(duì)偶定義為其中也是 H 的一個(gè)g-框架,框架界為B-1,A-1,并且

        定義 2 設(shè) Λ={Λi}i∈I和 Θ={Θi}i∈I是 H 關(guān)于{Hi}i∈I的兩個(gè) g-Bessel序列,如果

        成立,則稱Λ和Θ互為對(duì)偶g-框架.

        定義3 序列Λ={Λi}i∈I稱為Hilbert空間H關(guān)于{Hi}i∈I的g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,如果滿足下列兩個(gè)條件:

        定義4 序列Λ={Λi}i∈I稱為Hilbert空間H關(guān)于{Hi}i∈I的g-Riesz基,如果滿足下列兩個(gè)條件:

        (1){Λi}i∈I是 g-完備的,即{f∈H:Λif=0,i∈I}={0};

        (2)存在正數(shù)A,B使得對(duì)任意有限集合I1∈I和任意gi∈Hi,i1∈I1有

        注1如果{Λi}i∈I是一組g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,那么根據(jù)定義有

        則有

        設(shè)Λ={Λi∈B(H,Hi):i∈I}和Θ={Θi∈B(H,Hi):i∈I}是g-Bessel界為B,C的兩個(gè)g-Bessel序列,定義算子:

        那么根據(jù)文獻(xiàn)[8]有特別地

        定義5[6]設(shè)Λ={Λi∈B(H,Hi):i∈I}是H的一個(gè)g-框架,S為g-框架算子.

        (1)令Γ={Γi∈B(H,Hi):i∈I}和Υ={Υi∈B(H,Hi):i∈I}是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,Λ與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶是其中

        (2)令Γ={Γi∈B(H,Hi):i∈I}和Υ={Υi∈B(H,Hi):i∈I}是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,Λ與(Γ,Υ)相關(guān)的第二類 g-R-對(duì)偶是其中

        (3)令是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,M:HH是一個(gè)滿足的有界可逆算子,Λ與(Γ,Υ,M)相關(guān)的第三類g-R-對(duì)偶是其中

        (4)令是g-Riesz基,Λ與(Γ,Υ)相關(guān)的第四類 g-R-對(duì)偶是其中

        注2在第三類g-R-對(duì)偶中,M的選擇有無(wú)窮多種.顯然是成立的,那么也成立,其中U為任意酉算子.

        定義6[7]設(shè)Λ和Θ是H的兩個(gè)g-框架

        (1)如果存在一個(gè)有界線性可逆算子T:HH,使得Θi=ΛiT,?i∈I,則稱Λ和Θ相似.

        (2)如果存在一個(gè)酉線性算子T:HH,使得Θi=ΛiT,?i∈I,則稱Λ和Θ酉等價(jià).

        引理1[7]設(shè)Λ和Θ是H的兩個(gè)g-框架,那么當(dāng)且僅當(dāng)Λ和Θ相似.

        引理 2[5]設(shè) Λ={Λi}i∈I為 Hilbert空間 H 關(guān)于{Hi}i∈I的 g-Bessel序列,表示Λ 的第一類 g-R-對(duì)偶,那么對(duì)所有的有

        其中

        引理 3[5]設(shè) Λ={Λi}i∈I為 Hilbert空間 H 關(guān)于{Hi}i∈I的 g-Bessel序列表示 Λ 與g-標(biāo)準(zhǔn)正交基 Γ={Γi}i∈I和 Υ={Υi}i∈I相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶,對(duì)有下列結(jié)論成立:

        引理4[6]設(shè)Λ={Λi∈B(H,HI):i∈I}是H的一個(gè)g-框架序列,其g-框架算子為S,Γ={Γi∈B(H,HI):i∈I}和 Υ={Υi∈B(H,HI):i∈I}是 g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,是 Λ 與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類g-R-對(duì)偶,那么下面兩個(gè)結(jié)論等價(jià):

        (1)Θ是Λ的一個(gè)對(duì)偶g-框架;

        (2)存在一個(gè)g-Bessel序列使得對(duì)每個(gè)gj∈Hj,j∈I都有

        2 主要結(jié)論

        在這部分,首先給出第一類g-R-對(duì)偶的幾個(gè)性質(zhì),最后再根據(jù)第三類g-R-對(duì)偶給出對(duì)偶g-框架的一個(gè)刻畫(huà).

        性質(zhì)1 如果 Λ={Λi}i∈I是Hilbert空間H關(guān)于{Hi}i∈I的g-Bessel序列,Λ 的g-框架算子為表示 Λ 與 g-標(biāo)準(zhǔn)正交基 Γ={Γi}i∈I和 Υ={Υi}i∈I相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶,則有

        特別地,即酉等價(jià).

        證明:根據(jù)第一類g-R-對(duì)偶和g-標(biāo)準(zhǔn)正交基的定義,有

        當(dāng)j=k時(shí),有故存在酉算子U,使得因?yàn)槭亲园榈?,所以可得即酉等價(jià).

        性質(zhì) 2 如果 Λ={Λi}i∈I和 Θ={Θi}i∈I是 Hilbert空間 H 關(guān)于{Hi}i∈I的 g-框架,和分別表示Λ和Θ的第一類g-R-對(duì)偶,則下列兩個(gè)結(jié)論等價(jià).

        (1)Λ和Θ相似.

        證明:因?yàn)镽T*=(kerT)⊥,所以由引理1知Λ和Θ相似當(dāng)且僅當(dāng)kerTΛ=kerTΘ,然后根據(jù)引理3得證.

        性質(zhì) 3 如果 Λ={Λi}i∈I和 Θ={Θi}i∈I是 Hilbert空間 H 關(guān)于{Hi}i∈I的 g-框架,和分別表示Λ和Θ的第一類g-R-對(duì)偶,則下列兩個(gè)結(jié)論等價(jià).

        (1)Λ和Θ酉等價(jià).

        (2)ΦΛ的 g-框架算子 SΦΛ和 ΦΘ的g-框架算子SΦΘ相同.

        證明:Λ和Θ酉等價(jià)當(dāng)且僅當(dāng),對(duì)?{gi}i∈I∈kerTΛ,

        由引理2,上式等價(jià)于

        對(duì)所有的成立.又因?yàn)?/p>

        所以可得g-框架算子相同.

        性質(zhì) 4 如果 Λ={Λi}i∈I和 Θ={Θi}i∈I是 Hilbert空間 H 關(guān)于{Hi}i∈I的 g-框架,和分別表示Λ和Θ的第一類g-R-對(duì)偶,則下列兩個(gè)結(jié)論等價(jià).

        (1)Λ和Θ的g-框架算子相同.

        (2)ΦΛ和ΦΘ酉等價(jià).

        證明:若是 Λ={Λi}i∈I與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶,那么 Λ={Λi}i∈I是與(Υ,Γ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶,見(jiàn)文獻(xiàn)[6]的引理 3.3.再由性質(zhì) 3 可證.

        下面將根據(jù)第三類g-R-對(duì)偶,給出對(duì)偶g-框架的一個(gè)刻畫(huà),為了證明的方便,我們先討論第一類g-R-對(duì)偶和第三類g-R-對(duì)偶的一個(gè)關(guān)系.

        定理1設(shè) Λ={Λi∈B(H,H)i:i∈I}是H的一個(gè)g-框架序列,其g-框架算子為S,Γ={Γi∈B(H,H)i:i∈I}和 Υ={Υi∈B(H,H)i:i∈I}是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,M:HH是一個(gè)滿足的有界可逆算子,記為 Λ 與(Γ,Υ,M)相關(guān)的第三類g-R-對(duì)偶,那么Λ是g-框架當(dāng)且僅當(dāng)ΦΛ是g-Riesz序列.

        證明:由g-框架的知識(shí)得到,是g-Parseval框架,ΥM是g-Riesz基,若其g-Riesz界為見(jiàn)文獻(xiàn)[8].假設(shè)Λ是一個(gè)界為0<A1<A2的g-框架,那么對(duì)任意有限子集F∈I,有

        同理可得

        所以ΦΛ是g-Riesz序列.

        若ΦΛ是H上的g-Riesz序列,其g-Riesz界為0<D1<D2,令g-Riesz基的 g-Riesz 界為 0<B1<B2,假設(shè)則有一個(gè)有限子集F∈I和{gj∈Hj:j∈F},使得

        所以有

        同理可得

        因?yàn)樗驭荋的g-框架.

        注3以上的定理給出了g-框架與它的第三類g-R-對(duì)偶的一個(gè)充要條件,因?yàn)槿我獾膅-標(biāo)準(zhǔn)正交基都是g-Riesz基,所以它是文獻(xiàn)[6]中定理2.5的一個(gè)特例.

        定理2設(shè)Λ={Λi∈B(H,Hi):i∈I}是H的一個(gè)g-框架序列,其g-框架算子為S,是g-Riesz序列,Γ={Γi∈B(H,Hi):i∈I}和Υ={Υi∈B(H,Hi):i∈I}是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,是一個(gè)滿足的有界可逆算子,那么下面兩個(gè)結(jié)論等價(jià):

        (1)Λ 與(Γ,Υ,M)相關(guān)的第三類 g-R-對(duì)偶是 ΦΛ;

        (2)與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶是

        證明:(1)?(2)由第三類 g-R-對(duì)偶的定義有

        所以

        即與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶是{ΦΛjM-1}j∈I.

        (2)?(1)同理易證.

        定理3設(shè) Λ={Λi∈B(H,H)i:i∈I}是H的一個(gè)g-框架序列,其g-框架算子為S,Γ={Γi∈B(H,H)i:i∈I}和 Υ={Υi∈B(H,H)i:i∈I}是g-標(biāo)準(zhǔn)正交基,M:HH是一個(gè)滿足的有界可逆算子,是 Λ 與(Γ,Υ,M)相關(guān)的第三類g-R-對(duì)偶,那么下面兩個(gè)結(jié)論等價(jià):

        (1)Θ是Λ的一個(gè)對(duì)偶g-框架;

        (2)存在一個(gè)g-Bessel序列使得對(duì)每個(gè)gj∈Hj,j∈I,都有

        其中表示序列與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶.

        證明:首先證明Θ是Λ的一個(gè)對(duì)偶g-框架是的一個(gè)對(duì)偶g-框架.若對(duì)?f∈H,有則有

        所以有

        故是的一個(gè)對(duì)偶g-框架.充分性的證明類似可證.

        由定理2可知與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶是因?yàn)槭莋-Parseval框架,所以其g-框架算子是單位算子I,若記序列與(Γ,Υ)相關(guān)的第一類 g-R-對(duì)偶為則根據(jù)引理 4 有,是的一個(gè)對(duì)偶g-框架?(2),所以(1)?(2).得證.

        注4定理3是根據(jù)第三類g-R-對(duì)偶,給出對(duì)偶g-框架的一個(gè)刻畫(huà),它是文獻(xiàn)[6]中定理2.9的一個(gè)推廣,當(dāng)Λ={Λi}i∈I是g-Parseval框架,M=I時(shí),其中I是單位算子,定理3與文獻(xiàn)[6]中定理2.9是一致的.

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