设A为Hilbert空间H上的自伴算子。求证:任取z∈H有<Ax x>=0当且仅当A=0

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设A为Hilbert空间H上的自伴算子。求证:任取z∈H有<Ax,x>=0当且仅当A=0

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答案解析

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  • 若A=0,则显然有任取x∈H,<Ax,x>=0。反之,设任取y∈H有<Ay,y>=0若y=x+Ax,则Ay=Ax+A2x,因而
     0=<Ay,y>=<Ax+A2x,x+Ax>=<Ax,x>+<Ax,Ax>+(A2x,x>+(A2x,Ax>
       上式最后一行的第一项为0,最后一项也为0,这是由于它可以写成<Az,z>,z=Ax。而由于A为自伴的,第三项可以写为<Ax,Ax>。故有
       0=2<Ax,Ax>,x∈H
      因此任取x∈H有Ax=0,即A=0