正算子
定义
设
注意,在
是复向量空间时,只有在 是自伴算子的情况下才有讨论是否为正算子的意义,因为复向量空间中只有自伴算子才能使得 ,从而有与 比较的意义。
算子的平方根
设有算子
正算子的等价条件
设
是正算子; 是自伴的且 的所有本征值都不为负; 有正的平方根; 有自伴的平方根; - 存在算子
使得 ;
证明:首先假设条件1成立,那么根据正算子定义,显然
因为
假设条件2成立,因为所有的自伴算子一定是正规的,所以根据谱定理可知
显然对于每个
设
上式右边的每一项显然都大于等于零,故而可知
设条件4成立,显然
设条件5成立,那么
所以
故而
至此已经证明条件1至5循环蕴含,故而这5个条件等价成立。
正算子的正平方根唯一
对于任意正算子
证明: 设
再设算子
因为正算子必然是自伴算子,故而根据谱定理可知
那么对于
于是
因为
说明对于
那么
此时我们得到
此处证明的核心思路可以形象地理解为:
在空间 中各个“方向”上的“变化”都是确定的,那么 整体的变化也就确定下来了)。