开始正题,线性算符作用于函数上,使一个函数变为另一个函数,而这个作用是线性的。也就是所满足性质
直接讲线性算子可能比较抽象,让我们按照之前的顺序,从有限维线性空间开始。
关于n维向量空间,我们已经有了足够的了解,其中的元素就是n维向量,通过线性变换,我们可以从一个向量变化到另一个向量,可以写作。当我们选定了向量空间的一组基后,可以通过矩阵来表示这个线性变换;
具体而言,就是
,其中
,
这样,在特定的一组基下,线性变换就表示成了n×n的矩阵。
于是,我们得到了结论,在有限维向量空间下,线性变换和矩阵有着密切的联系,通过选定一组基,可以实现他们的互相转化。这样的性质,形式上可以毫无困难的推广到无穷维的线性空间,只不过,此时的矩阵是无穷矩阵。
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当然,具体上还有很多问题,比如收敛性问题,就比较复杂了。
让我们继续推广,在连续基向量空间上,该怎么处理呢?结合上面的例子,我们首先给出了一组基,然后将向量用这组基来表示,结果呢,向量在基上的系数关系就可以通过矩阵给出。
于是开始实践这一想法。
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类比,得到了矩阵l,可是这个l不太像矩阵,反而像一个泛函,给出一个函数,作用后得到了另一个函数,这只是看上去而言的,当我们通过狄拉克函数选择某一个特定的基时,l依然保持着基的对应。于是最后我们就得到这样的式子。
其中
然后,就结束了。L是线性算符,假设连续基的取值范围是,那么l就是下标定义在
上的矩阵,下标取定后就是一个数。考虑函数理论中的描述,这是一个双参数函数
就像一个张量,可以进行多重解读除了整体赋值,还可以分别对两个参数赋值,从而得到不同的函数
上面这个表示一个参数索引的单参数函数族。
对应的还有这样的
这种赋值过程的差异性是很有意思的,可以从一个对象得到不同的解释。
通过这种方法还可以揭示泛函的实质,上面是用数作为索引,得到函数,泛函使用函数作为索引,得到数。
这就是最常见的线性泛函,积分算子。
这个系列算是完结了,关于连续性的向量空间,也只是在形式上去推演一番,建立直观印象,具体的内容,了解不多,还需要进一步的学习。
最后,回想起最初的目的,是为了对量子力学产生更深的理解,在态的表示上面,这个任务可以说是完成了,态的表示,就是在本征态所构成的向量空间中对向量的表示,也可以认为是在态在态空间中的表示。对于算符也有了更深的理解,算符的作用就是从一个向量变换到另一个向量,也就是在态空间中从一个态变换到另一个态。
不过,量子力学还与另一个数学领域联系密切,那就是群表示,这又是一条漫长的学习之旅。
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