Теорема
Банаха
об
обратном операторе
— один из трёх основных принципов «банаховой» теории
линейных операторов
(два других —
теорема Хана — Банаха
и
принцип равномерной ограниченности
).
Формулировка
Если
ограниченный линейный оператор
A
{\displaystyle A}
отображает всё
банахово пространство
E
{\displaystyle E}
на всё банахово пространство
E
1
{\displaystyle E_{1}}
взаимно однозначно
, то существует линейный ограниченный оператор
A
−
1
{\displaystyle A^{-1}}
,
обратный оператору
A
{\displaystyle A}
, отображающий
E
1
{\displaystyle E_{1}}
на
E
{\displaystyle E}
.
Следствия
Теорема об открытом отображении
Лемма о тройке
Пусть
E
,
E
1
,
E
2
{\displaystyle E,E_{1},E_{2}}
— банаховы пространства и
A
:
E
→
E
1
{\displaystyle A\colon E\to E_{1}}
,
B
:
E
→
E
2
{\displaystyle B\colon E\to E_{2}}
—
линейные непрерывные операторы
, причем
B
{\displaystyle B}
отображает
E
{\displaystyle E}
на всё
E
2
{\displaystyle E_{2}}
(то есть
Im
B
=
E
2
{\displaystyle {\mbox{Im}}\,B=E_{2}}
). Если при этом
Ker
A
⊃
Ker
B
,
{\displaystyle {\mbox{Ker}}\,A\supset {\mbox{Ker}}\,B,}
то существует такой линейный непрерывный оператор
C
:
E
2
→
E
1
{\displaystyle C\colon E_{2}\to E_{1}}
, что
A
=
C
B
{\displaystyle A=CB}
.
Здесь
Ker
A
{\displaystyle {\mbox{Ker}}\,A}
—
ядро
,
Im
A
{\displaystyle {\mbox{Im}}\,A}
—
образ
оператора
A
{\displaystyle A}
. Символически утверждение леммы о тройке удобно изобразить такой схемой:
Ker
B
→
E
→
B
E
2
⋂
|
|
↓
C
Ker
A
→
E
→
A
E
1
{\displaystyle {\begin{array}{ccccc}{\mbox{Ker}}\,B&\to &E&{\xrightarrow {B}}&E_{2}\\\bigcap &&||&&\downarrow C\\{\mbox{Ker}}\,A&\to &E&{\xrightarrow {A}}&E_{1}\end{array}}}
Примечания
Хелемский А. Я.
Линейный оператор
//
Математическая энциклопедия
: [в 5 т.] / Гл. ред.
И. М. Виноградов
. —
М.
: Советская энциклопедия, 1982. — Т. 3: Коо — Од. — 1184 стб. : ил. —
150 000 экз.
, с. 159.
, с. 227.
, с. 228.
Литература
Колмогоров А. Н.
,
Фомин С. В.
Элементы теории функций и функционального анализа. — Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит.. —
М.
, 1976.
Люстерник Л. А.
,
Соболев В. И.
Элементы функционального анализа. — Изд. 2-е, перераб.. —
М.
: Наука, 1965. — 520 с.
Вайнберг М. М.
Функциональный анализ. — М.: Просвещение, 1979. — 128 с.