定義
定義1(閉線性運算元)設X,Y均為Banach空間,T是 的線性運算元。對於任意的 ,若由 可得 ,且 ,則稱T為閉線性運算元,簡稱閉運算元。
註:每個連續線性運算元T都可以將定義域 延拓到 的閉包上,因此每個連續線性運算元T都可以看成是有閉定義域的,於是每個連續線性運算元必是閉運算元;但一般的閉線性運算元不一定是連續運算元(下面的例1證實了這一說法)。
例1考察微分運算元 ,它是定義在 上,取值於 的線性運算元。取函式 ,則
因此T是無界運算元,從而不是連續運算元。下證T是閉運算元。設 則對 另一方面,
所以,
故
定義2(線性運算元的圖像)令T是定義在 上到Y的線性運算元,稱
為T的圖像。
註: 是 的線性子空間。
性質
上面定義的閉線性運算元有一個重要性質,即T的圖象 為乘積空間 的一個閉線性子空間。定理描述為:
定理1 T是閉運算元的充分必要條件是 為閉集。
證明:(1)必要性 設 , . 因為T是閉運算元,則 , ,於是 ,故 是閉集。
(2)充分性 設 是閉的,若 ,那么
這表明
套用-閉圖像定理
定理2(閉圖像定理)設X,Y均為Banach空間,T是 的線性運算元。 是X中的閉集。若 是 中閉集,則T是連續的。
證:該定理的證明參見參考文獻[1] 的291-292頁。
由定理1可知,定理2還可敘述成:在定理2的條件下,若T是閉運算元,則T是連續的。因此定義域是閉子空間的閉運算元是連續運算元。
拓展
閉線性運算元原是泛函分析中的概念,後被引入魯棒控制中討論系統的不穩定攝動問題。經研究發現,控制系統中一個對象的傳遞函式P(s)(n×m階實有理矩陣),若僅在有限功率譜輸入與輸出情況下考慮,實際上等於引入了一個從輸入空間H到輸出空間H的閉線性運算元,這一結論為在魯棒控制中引入隔撲(Gap)概念討論系統的不穩定攝動打下了基礎。