REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
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<strong>REPUBLIQUE</strong> <strong>ALGERIENNE</strong> <strong>DEMOCRATIQUE</strong> <strong>ET</strong> <strong>POPULAIRE</strong><br />
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURE <strong>ET</strong> DE LA RECHERCHE<br />
SCIENTIFIQUE<br />
UNIVERSITE DE MENTOURI - CONSTANTINE<br />
FACULTE DES SCIENCES EXACTES<br />
DEPARTEMENT DE MATHEMATIQUES<br />
N° d’ordre : …………<br />
N° de série : …………<br />
MEMOIRE<br />
Présenté pour l’obtention du diplôme de :<br />
Magister en Mathématiques<br />
OPTION<br />
Analyse<br />
Thème<br />
Somme d’opérateurs bissectoriaux<br />
Devant le jury :<br />
Président : Marhoune A.L.<br />
Par :<br />
AMIRAOUI Mohamed<br />
Professeur Université Constantine<br />
Rapporteur : Denche.M. Professeur Université Constantine<br />
Examinateurs : Saidouni.C. M.C Université Constantine<br />
Abdelli.M. M.C Université Constantine<br />
Soutenu le ……………
En préambule à ce mémoire, je souhaite adresser ici tous mes<br />
remerciements aux personnes qui m’ont apporté leur aide et qui ont ainsi<br />
contribué à l’élaboration de ce mémoire.<br />
Tout d’abord Monsieur Denche M, Professeur à l’université de<br />
Constantine, Encadreur de ce mémoire, pour l’aide et le temps qu’il a<br />
bien voulu me consacrer et sans lui ce mémoire n’aurait jamais vu<br />
le jour.<br />
Mes remerciements s’adressent vivement à Monsieur le président<br />
Marhoune A.L et Monsieur Abdelli.A, Saidouni.C qui ont accepté<br />
de juger mon travail.<br />
Merci à toute ma famille qui m’a soutenu en toutes circonstances.<br />
J’espère qu’ils trouvent ici l’expression de mon éternelle reconnaissance.<br />
Enfin, j’adresse mes plus sincère remerciements à tous mes proches<br />
et amis qui m’ont toujours soutenu et encouragé au cours de la<br />
réalisation de ce mémoire.
Table des matières<br />
Introduction 1<br />
1 Notions préliminaires 4<br />
1.1 Théorème de fermeture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
1.2 Les espaces d’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
1.3 Lemme de séparation des courbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2 Sommes d’opérateurs 13<br />
3 Somme d’opérateurs bissectoriaux 23<br />
bibliographie 33<br />
Résumé 33<br />
Abstract 34<br />
1
Introduction<br />
La méthode des Sommes d’opérateurs a été utilisée pour la première fois par Da Prato et<br />
Grisvard [11] pour les opérateurs sectoriaux (voir également [6; 9]) : Ils donnent les conditions<br />
pour lesquelles l’équation Ay+By = x peut être résolue. Ici A et B sont deux opérateurs linéaires<br />
fermés dans un espace de Banach X des domaines D(A) et D(B) respectivement. Il est clair en<br />
generale que pour un x 2 X arbitraire, seulement l’existence de la solution régulière peut être<br />
garantie. Cependant, quand x est dans un espace d’interpolation entre X et D(A) (resp D(B)) ;<br />
alors la solution y est dans D(A)\D(B). Cependant, on a Ay et By qui appartiennent à certains<br />
espaces d’interpolation c-à-d l’espace d’interpolation entre X et D(A) (resp D(B)) ; qui sont les<br />
espaces de la régularité maximale pour l’equation Ay + By = x:<br />
Dans ce travail on s’est intéressé à la méthode des sommes d’opérateurs bissectoriaux, on<br />
a présenté des résultats de [12] qui sont similaires au cas des opérateurs sectoriaux [11]. Plus<br />
exactement : Soit A et B deux opérateurs linéaires fermés dans X, supposons que tous les deux<br />
sont sectoriaux. On suppose que A et B permutent dans le sens de résolvantes et que (A) et<br />
( B) sont disjoints, alors on peut trouver à l’intérieur de l’ensemble (A) \ ( B) une courbe<br />
qui sépare (A) et ( B), chose pas du tout évidente (pour cela voir l’annexe). Comme dans<br />
le cas des opérateurs sectoriaux, on dé…nit l’opérateur linéaire borné S dans X par une intégrale<br />
par rapport à en utilisant les résolvantes des opérateurs A et B. Pour x 2 X, l’élément Sx<br />
est la solution de l’équation Ay + By = x dans le sens faible. En particulier, quand D(A) + D(B)<br />
est dense dans X; il existe yn 2 D(A) \ D(B) tel que yn ! Sy et Ayn + Byn ! x quand<br />
n ! 1: On devrait noter que l’on sait, que pour x 2 X, l’équation Ay + By = x n’a pas<br />
nécessairement de solution y 2 D(A) \ D(B): Cependant, quand X est un espace d’interpolation<br />
DA( ; p) (resp DB( ; p)) entre X et D(A) (resp D(B)) ; alors Sx 2 D(A)\D(B); ASx 2 DB( ; p)<br />
et BSx 2 DA( ; p), ceci signi…e que DA( ; p) et DB( ; p) sont des espaces de régularité maximale<br />
pour l’équation Ay+By = x: Dans notre traitement des espaces d’interpolation on s’est également<br />
inspiré de Clément-Gripenberg-Högnäs [9] qui ont prouvé "la régularité maximale" en prolongeant<br />
les résultats de DaPrato-Grisvard pour les opérateurs sectoriaux ( voir également [10]). Quelques<br />
mots devraient être dits au sujet des conditions spectrales plus compliquées que nous considérons<br />
et qui exigent des découpes sophistiquées. Dans le cas des opérateurs sectoriaux A et B, on peut<br />
réduire la situation au cas où le spectre de A et B sont situés dans des secteurs disjoints en<br />
2
emplaçant A et B par A + et B + et ceci est fait réellement dans [13] : Cependant, pour les<br />
opérateurs bissectoriaux cela n’est pas toujours réalisable.<br />
D’autre part, les spectres plus compliqués se produisent naturellement dans le contexte des<br />
problèmes périodiques. En outre, notre méthode nous permet de montrer l’inclusion spectrale<br />
pour les opérateurs bissectoriaux.<br />
A + B (A) + (B) :<br />
Cette relation a été montrée indépendamment dans [3, 8; 21] et [5] dans le cas des opérateurs<br />
sectoriaux.<br />
3
Chapitre 1<br />
Notions préliminaires<br />
1.1 Théorème de fermeture<br />
Soit X un espace de Banach complexe de norme x 7 ! kxk ; L(X) est une algèbre de Banach<br />
des opérateurs linéaires continus dans X munie de sa norme habituelle .<br />
L est une application de la forme suivante :<br />
(<br />
DL = DA \ DB;<br />
Lx = Ax + Bx; pour x 2 DL;<br />
(1.1)<br />
où A et B sont deux opérateurs linéaires de domaines respectifs, DA et DB dans X et<br />
d’ensembles résolvants non vides.<br />
Dé…nition 1.1.1 On appelle fermeture de l’opérateur L, l’opérateur L qui est dé…ni par :<br />
( DL = fx 2 X; 9(xn) DL; xn ! x et (Lxn) convergeg ;<br />
Lx = lim<br />
n !+1 Lxn:<br />
On supposera que A et B commutent dans le sens que<br />
)<br />
(1.2)<br />
(A ) 1 (B ) 1 = (B ) 1 (A ) 1 ; 8 2 (A) et 2 (B); (1.3)<br />
et on suppose de plus que A \ B ]0; +1[, et qu’il existe A et B > 0 tels que<br />
(A ) 1 A ; (B ) 1 B ; 8 0: (1.4)<br />
Dans cette situation, on a le théorème de fermeture suivant :<br />
Théorème 1.1.1 On suppose que (1:3) et (1:4) ont lieu et que<br />
(i) Il existe N 1 tel que<br />
kxk N k(Lx x)k ; 8 0; x 2 DL:<br />
4
(ii) Il existe !1 > 0 tel que (L !1) (DL) est dense dans X, alors L admet une fermeture L avec<br />
L<br />
]0; +1[, et<br />
1.2 Les espaces d’interpolation<br />
(L ) 1 N ; 8 > 0: (1.5)<br />
Soit X un espace de Banach et A : D(A) ! X, un opérateur fermé dans X, on note par<br />
(A) l’ensemble résolvante, et on note (A ) 1 par R( ; A):<br />
Dé…nition 1.2.1 Soit 0 < s < 1, et 1 P +1, on dé…nit<br />
DA(s; P ) = x 2 X= tsAR(tei ; A)x 2 LP (!; 1; dt<br />
t ) :<br />
kxkDA(s;P ) = kxk + tsAR(tei ; A)x LP dt : (!;1; ) t<br />
Et DA(s; 10) = x 2 DA(s; 1)= lim<br />
t !+1 ts AR(te i ; A)x = 0 :<br />
kxk DA(s;10) = kxk DA(s;1) :<br />
DA(1; P ) = x 2 X= tA2R(tei ; A) 2x 2 LP (!; 1; dt<br />
t ) :<br />
kxkDA(1;P ) = kxk + tA2R(tei ; A) 2x LP dt : (!;1; ) t<br />
Proposition 1.2.1 Soit 0 < s < 1, et P 2 [1; +1] [ f10g, ou s = 1; et P 2 [1; +1] :<br />
Alors DA(s; P ); k:k DA(s;P ) est un espace de Banach.<br />
Proposition 1.2.2 Soit 1 > s 0 > s, ou s 0 = s et 1 Q P +1;<br />
on a<br />
DA(s 0 ; Q) DA(s; P ):<br />
Pour s 0 > s et 1 P +1; on a DA(s 0 ; P ) DA(s; 10):<br />
1.3 Lemme de séparation des courbes<br />
Lemme 1.3.1 Soit C un ouvert et K C un compact alors il existe une courbe fermée<br />
dans n K telle que K est dans la partie de qui est bornée par :<br />
5
0<br />
Im(z)<br />
FIG.1<br />
Lemme 1.3.2 Soient a; b > 0, et R = [ a; a] + i [ b; b], et soient S; T C des ouverts tels que<br />
R = S [ T el que<br />
(i) S c \ T c = ?:<br />
(ii) a + i [ b; b] S:<br />
(iii) [ a; a] ib T:<br />
Alors on a l’un des résultats suivants<br />
(a) Il exsite deux courbes 1; 2 dans R \ S \ T telles que le point initial de 1 ( resp 2) est<br />
a ib ( resp a + ib) et le point …nal de 1 ( resp 2) est a + ib ( resp a ib) et telles que<br />
1 \ 2 = ?:<br />
(b) Il existe deux courbes 0<br />
1 ; 0<br />
2 dans R\S \T tel que le point initial de 0<br />
1 ( resp 0 2 ) est a ib<br />
= ?:<br />
( resp a + ib) et le point …nale 0 1 ( resp 0 2 ) est a ib ( resp a + ib) et telles que 0 1 \ 0 2<br />
On a les …gures suivantes :<br />
6<br />
Γ<br />
K<br />
Ω
a+ib Im(z) a+ib<br />
aib<br />
Γ2<br />
0<br />
Γ1<br />
Preuve (a) Il existe m 2 N tel que<br />
[ a; a + 1] i [ b; b + 2] T<br />
[a; a 1] i [b; b 2] T<br />
2<br />
1 + 2 2<br />
En e¤et, on a :<br />
aib<br />
Re(z)<br />
FIG.2<br />
a+ib<br />
aib<br />
1<br />
2 < dist (S c \ R; T c \ R) ; où 1 = 2a<br />
m ; 2 = 2b<br />
m :<br />
Γ'2<br />
Γ'1<br />
0<br />
Im(z)<br />
a+ib<br />
aib<br />
Re(z)<br />
[ a; a] ib T (T ouverte), alors il existe "1 > 0; "2 > 0 tels que D"1 ( a ib) T;<br />
D"2 (a + ib) T; soit " = min("1; "2) et on prend 0 < 0 1 < "<br />
2 et 0 < 0 2 <<br />
a; a<br />
0<br />
1 i b; b<br />
0<br />
2 T; et a; a + 0 1 i b; b + 0 2 T:<br />
p<br />
3"<br />
2 ; ce qui implique<br />
Maintenant 9?m tel que 1 = 2a<br />
m ; 2 = 2b<br />
m satisfait, on prend 1 < 0 1 et 2 < 0 2 pour que<br />
[ a; a + 1] i [ b; b + 2] T; et [a; a 1] i [b; b 2] T; on a si elles 1; 2 existe,<br />
il faut que : 2a<br />
m < 0 1 et 2b<br />
m < 0 h 2;<br />
c-à-d que m max<br />
d’autre part<br />
et il faut que :<br />
en…n en prend<br />
E min( 0 1 ; 0 2 )<br />
2a + 1; E min( 0 1 ; 0 2 )<br />
2b<br />
m E<br />
2<br />
1 + 2 2<br />
m max E min( 0 1 ; 0 2 )<br />
2a + 1; E min( 0 1 ; 0 2 )<br />
2b<br />
i<br />
+ 1 :<br />
1 2(a 2 = 2 + b2 ) 1<br />
2<br />
;<br />
m<br />
2(a2 + b2 ) 1<br />
2<br />
dist (Sc \ R; T c !<br />
+ 1;<br />
\ R)<br />
7<br />
+ 1; E<br />
2(a 2 +b 2 ) 1 2<br />
dist(S c \R;T c \R)<br />
+ 1
R; où<br />
L’idée de la démonstration est la suivante : on prend 1; 2 dans un grille G de rectangle<br />
G =<br />
m[<br />
[(ak + i [ b; b]) [ ([ a; a] + ibk)] ;<br />
k=0<br />
où bk+1 bk = constant , 8k = 0; m 1<br />
ak+1 ak = constant , 8k = 0; m 1<br />
et b0 = b; bm = b<br />
a0 = a; am = a:<br />
n[<br />
C-à-d =<br />
i=1<br />
k+1; k = 1; 2; :::; n 1:<br />
(b) Les vecteurs initiaux.<br />
i , tel que i G pour i = 1; n; et le point …nal de k est le point initial de<br />
FIG.3<br />
D’après (3.1), (3.2) et l’hypothèse (ii) on a deux vecteurs 1; 2 des points initiales a ib;<br />
a + ib respectivement et de position comme le montre la …gure suivante<br />
FIG.4<br />
8
(c) Le prolongement est unique :<br />
Pour 1, soit n un vecteur de 1 tel que le point …nal est a + ib ou a ib, alors il existe<br />
un seul vecteur n+1 qui prolonge n:<br />
En e¤et :<br />
Cas 1 : le point …nal de n 1 est dans l’intérieur de R, on note par Qd, Qg les rectangles à<br />
droite ( resp à gauche) de n 1, on a toujours<br />
Qd \ T c = ?; Qg \ T c 6= ?: (1.6)<br />
Le vecteur 1 satisfait la condition (1:6) et de même pour les vecteurs 2; :::; n 1, on montre<br />
qu’il existe un seul vecteur n satisfaisant (1:6) et prolongeant n 1. Pour cela on note f Qd (resp<br />
fQg) les rectangles dans G selon les di¤érentes …gures suivantes :<br />
On a 4 cas particuliers de ce cas<br />
Cas 1.1 f Qd \ T c = ?; et f Qg \ T c = ?<br />
Cas 1.2 f Qd \ T c = ?; et f Qg \ T c 6= ?<br />
FIG.5<br />
9
Cas 1.3 f Qd \ T c 6= ?; et f Qg \ T c = ?<br />
On prend le cas 2<br />
ou<br />
Cas 1.4 f Qd \ T c 6= ?; et f Qg \ T c 6= ?<br />
Cas 2 : Le point …nal de n est dans @R, on a deux cas particuliers.<br />
Cas 2.1 : Le seul point …nal de n est dans @R c-à-d par exemple si on prend la partie de<br />
@R, [ a; a] + ib<br />
:<br />
10
Cas 2.2 : Le vecteur complet est dans @R c-à-d par exemple si on prend la partie de @R,<br />
[ a; a] + ib:<br />
Cas 2.2.1 : f Qg \ T c = ?<br />
Cas 2.2.2 : f Qg \ T c 6= ?<br />
de même pour les autres parties de @R, d’où on a le résultat (c) et de même pour le vecteur<br />
0<br />
1 de 0 1 :<br />
11
(d) pour tout vecteur i de ( i) 1 i n , il existe un unique vecteur i 1 tel que i est le<br />
prolongement de i 1, en e¤et de même comme le résultat (c), ce résultat donne que les courbes<br />
1; 0 1 ne satisfont pas les cas suivants :<br />
:/swp55/temp/graphics/LBKBTZ0F 15:pdf<br />
FIG.6.1 FIG.6.2 FIG.6.3<br />
Mais peut être satisfait le cas suivant<br />
:/swp55/temp/graphics/LBKBU00G 16:pdf<br />
FIG.6.4<br />
Maintenent on prouve l’existence des courbes dans ce lemme.<br />
D’après le résultat (c) et la …gure de 6.3 il existe une courbe 1, du point initial a ib et<br />
de point …nal a + ib ou a ib, et d’aprés le résultat(c) et le …gure 6.3 il existe une courbe 2,<br />
le point initial a + ib et le point …nal a + ib ou a ib; et d’aprés la …gure 6.1 :<br />
- Si le point …nal de 1 est a + ib alors le point …nal de 2 est a ib:<br />
- Si le point …nal de 1 est a ib alors le point …nal de 1 est a + ib; non cache<br />
C-à-d<br />
:/swp55/temp/graphics/LBKBU10H 17:pdf<br />
FIG.7<br />
D’après (b) on a tous les vecteurs des courbes satisfont le (1:6) cela entraine que les courbes sont<br />
dans R \ S \ T: Il reste que le cas FIG -6.4- peut être satisfait dans cette situation on perturbe<br />
les courbes comme le montre la …gure suivante.<br />
FIG.8<br />
cela implique x0 2 S \ T (ouverte), 9Dx0 (") S \ T .<br />
12
Chapitre 2<br />
Sommes d’opérateurs<br />
Soit X un espace de Banach complexe, on considére un opérateur L de la forme<br />
(<br />
DL = DA \ DB;<br />
Lx = Ax + Bx; pour x 2 DL;<br />
(2.1)<br />
où A et B sont deux opérateurs fermés de domaine respectivement DA et DB dans X et<br />
d’ensembles résolvants non vides.<br />
On supposera que A et B commutent dans le sens que<br />
(A ) 1 (B ) 1 = (B ) 1 (A ) 1 ; 8 2 (A) et 2 (B): (2.2)<br />
On étudiera l’équation<br />
avec > 0:<br />
(<br />
Lx<br />
x 2 DL;<br />
x = y;<br />
Pour cela il est commode d’introduire une notion :<br />
(2.3)<br />
Soit P une application linéaire de domaine DP dans X et soit ' 2 [0; [ ; on dit que P véri…e<br />
H(') si :<br />
que<br />
(i) (P ) P = fz 2 C= + ' < arg z < 'g :<br />
(ii) il existe une fonction numérique paire et convexe CP dé…nie dans ] + '; '[ telle<br />
(P z) 1 CP ( )<br />
; pour arg z =<br />
jzj<br />
L’hypothèse dans cette situation est alors la suivante :<br />
Il existe A et B 0 tels que A véri…e H( A) (2.4)<br />
13
et<br />
B véri…e H( B) et A + B < (2.5)<br />
La résolution de (2:3) repose sur une construction explicite de sa solution sous la forme<br />
x = S y où<br />
S =<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 dz; > 0:<br />
où est la frontière orientée du domaine situé à gauche des droites :<br />
fz; arg z = 0g ; z; Re z = 2 ; fz; arg z = 0g ; et B < 0 < A:<br />
D’après (2:5) cette condition donne que l’un des angles A ou B est nécessairement inférieur<br />
à 2 ; on prend par exemple A < 2 et dans ( A ) \ ( B) selon la …gure suivante :<br />
FIG.9<br />
Le but qu’on se propose est d’appliquer au théorème de fermeture, dont on véri…e les hypo-<br />
thèses (i) et (ii) à l’aide de deux lemmes<br />
Lemme 2.1 Il existe N > 0 tel que kS k N ; 8 > 0:<br />
Preuve Soit > 0, on a<br />
kS k<br />
1<br />
2<br />
pour z 2 , on a d’après l’hypothèse (2:4)<br />
et<br />
Z<br />
(A z ) 1<br />
(B + z) 1<br />
(B + z) 1 jdzj ;<br />
C<br />
jzj ;<br />
(A z ) 1 C<br />
jz + j ;<br />
14
où C indépendant de Z et :D’où<br />
kS k<br />
C2 Z<br />
2<br />
jdzj<br />
; 8 > 0:<br />
jzj jz + j<br />
En e¤ectuant le changement de variable z = z, on obtient<br />
kS k<br />
C2 Z<br />
2<br />
jdzj<br />
jzj jz + 1j = N :<br />
Lemme 2.2 On a<br />
(i) S (Lx x) = x; 8x 2 DL:<br />
(ii) Si x 2 DA + DB alors S x 2 DL et (L )S x = x:<br />
Preuve (i) Soit x 2 DL, on a :<br />
et<br />
Alors<br />
On a<br />
Alors<br />
S (Lx x) =<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
1<br />
(B + z) 1 (A z ) 1 (Ax x)dz<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bxdz<br />
(A z ) 1 (Ax x) = x + z(A z ) 1 x;<br />
S (Lx x) =<br />
(B + z) 1 Bx = x z(B + z) 1 Bx:<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(B + z) 1 x + (A z ) 1 x dz:<br />
(B + z) 1 x = 1<br />
z x (B + z) 1 Bx ;<br />
(A z ) 1 (Ax x) = 1<br />
z (A z ) 1 (Ax x) x :<br />
S (Lx x) = 1<br />
2<br />
Z<br />
6<br />
4<br />
2 i<br />
(B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
Z<br />
(A z ) 1 (Ax x) dz<br />
z<br />
La fonction z ! (B+z) 1 Bx<br />
z est holomorphe et décroît comme 1<br />
jzj 2 à gauche de donc<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
15<br />
= 0:<br />
3<br />
7<br />
5 :
Le résidu en z = 0 de la fonction z ! (A z ) 1 (Ax x) qui est holomorphe sauf en z = 0<br />
et décroît comme 1<br />
jzj 2 à droite de donc<br />
Ainsi (i) est démontrée.<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 (Ax x) dz<br />
z<br />
(ii) les rôles de A et B étant symétriques, il su¢ t de considérer par exemple le cas où x 2 DB,<br />
d’après (2:2) on a S x 2 DB et :<br />
alors<br />
Et d’autre part on a :<br />
alors<br />
S x =<br />
BS x =<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
= x;<br />
B(B + z) 1 (A z ) 1 xdz:<br />
B(B + z) 1 = (B + z z)(B + z) 1 = I z(B + z) 1 ;<br />
BS x =<br />
=<br />
2<br />
Z<br />
1 6<br />
4<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
= S Bx:<br />
(A z ) 1 x z(B + z) 1 x dz<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bxdz<br />
(B + z) 1 x = 1<br />
z x (B + z) 1 Bx ;<br />
(A z ) 1 x dz<br />
z<br />
= (A ) 1 x + 1<br />
Z<br />
2 i<br />
Z<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bx dz<br />
z ;<br />
car la première intégrale vaut (A ) 1 x comme on le voit en déformant le contour d’intégration<br />
en un petit cercle centré à l’origine et orienté dans le sens négatif, il est à présent clair que y 2 DB<br />
16<br />
3<br />
7<br />
5
et que<br />
D’où (L )S x = x:<br />
AS x = Ay = A(A ) 1 x + 1<br />
Z<br />
2 i<br />
= A(A ) 1 x + 1<br />
Z<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
A(A z ) 1 (B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
(B + z) 1 Bx dz<br />
z +<br />
(z + )(A z ) 1 (B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
= x + (A ) 1 x + 1<br />
Z<br />
2 i<br />
2 i<br />
Z<br />
= x By + y:<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bx dz<br />
z<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 Bxdz +<br />
Théorème 2.1 Soient A et B deux opérateurs fermés dans X véri…ant DA + DB soit<br />
dense dans X ; alors l’opérateur L dé…ni par 1 admet une fermeture L avec L ]0; +1[ et<br />
(L ) 1 = S pour tout > 0:<br />
Preuve C’est une application du théorème de fermeture dont les hypothèses sont véri…ées ici car<br />
(1:3) coïncide avec (2:2), (1:4) résulte de (2:4), l’hypothèse (i) du théorème de fermeture résulte<br />
du lemme 2.1 et du point (i) du lemme 2.1 et en…n l’hypothèse (ii) du théorème de fermeture<br />
est véri…ée car d’après le point (ii) du lemme (2-2) on a (L )(DL) DA + DB qui est supposé<br />
dense dans X, il faut seulement véri…er que S = (L ) 1 pour avoir la conclusion complète,<br />
cela résulte évidement du point (i) du lemme 2.2.On continue l’étude de l’équation (2:3) en<br />
supposant (2:2) et (2:4) véri…ées dans le but de préciser D L , le but principal est de montrer que<br />
si x 2 DA( ; P ) [ou DB( ; P )] alors y = S x 2 DL, c’est-à-dire que le problème (2:3) admet<br />
une solution stricte unique et de plus Ay et By 2 DA( ; P ) [ou DB( ; P )] ce qui signi…er que L<br />
restreint à DA( ; P ) [ou DB( ; P )] est fermé et non plus seulement fermable.<br />
Lemme 2.3 S est linéaire continue de X dans DA(1; 1)\ DB(1; 1) comme on a vu que<br />
S = (L ) 1 ; cela implique que D L DA(1; 1)\ DB(1; 1) DA( ; I) \ DB( ; I); pour tout<br />
2 ]0; 1[, et P 2 [1; 1] :<br />
Preuve Les opérateurs A et B jouant des rôles interchangeables, on se contentera de prouver<br />
que pour tout y 2 X, on a<br />
x = S y 2 DB(1; 1) , t 'y ! tB 2 (B t) 2 S y 2 L 1 ;<br />
17
(B t) 1 x =<br />
=<br />
(B t) 1 (B + z) 1 =<br />
(B t) 1 x =<br />
Z<br />
1<br />
1<br />
(B t)<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
1<br />
t + z<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
(A z ) 1 (B t) 1 (B + z) 1 ydz<br />
(B t) 1<br />
(B + z) 1<br />
(A z ) 1 (B t) 1 y dz<br />
t + z +<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 y dz<br />
t + z :<br />
la première intégrale est nulle car la fonction à intégrer est holomorphe et décroit comme<br />
1<br />
jzj 2 à droite d’un contour à condition que passe à droite du point z = t; (t > 0), d’où<br />
(B t) 1 x = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
par la même méthode, on obtient :<br />
B 2 (B t) 2 x =<br />
=<br />
=<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 y dz<br />
t + z :<br />
1 2t(z + t) 1 + t 2 (z + t) 2 (A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
1 t(t + z) 1 2 (A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
z 2 (t + z) 2 (A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
= z 2 (t + z) 2 (A z ) 1 (B + z) 1 y<br />
jzj mAmB kyk<br />
jz + tj 2 2 !<br />
jz + j z%0 0:<br />
Donc la fonction à intégrer reste bornée lorsque z ! 0 avec jarg zj 0, donc on peut<br />
déformer en 0 qui est un contour indépendant de t > 0 0 = re i 0 ; r 0<br />
Donc<br />
18
γ1<br />
γ5<br />
γ4<br />
Z<br />
0<br />
γ2<br />
0<br />
γ3<br />
uzdz =<br />
Im(z)<br />
FIG.10<br />
On applique le théorème de Cauchy et on trouve<br />
tB 2 (B t) 2 x<br />
t<br />
2<br />
C<br />
2<br />
Z<br />
0<br />
Z<br />
kyk t<br />
C 0 Z<br />
kyk t<br />
4X<br />
Z<br />
uzdz:<br />
i=1<br />
z 2<br />
(t + z) 2<br />
0<br />
0<br />
i<br />
CA( 0) CB( 0)<br />
jdzj kyk<br />
jz + j jzj<br />
jzj<br />
jt + zj 2 jz + j jdzj<br />
t jdzj<br />
jz + tj 2 = C0 Z<br />
kyk t<br />
0<br />
jdzj<br />
2 :<br />
jz + 1j<br />
Re(z)<br />
Ceci prouve que t 7 ! tB 2 (B t) 2 x est borné pour tout t > 0, par nombre proportionnel<br />
à kyk ce qui implique t 7 ! tB 2 (B t) 2 x borné presque partout sur ]0; +1[, d’où t 7 !<br />
tB 2 (B t) 2 x 2 L 1 , alors S y 2 DB(1; +1):<br />
De la même manière on a S y 2 DA(1; +1), d’où S est linéaire et continue, d’après le<br />
lemme 2.1 et comme S = (L ) 1 ce qui implique Im S = D L , mais Im S DA(1; +1) \<br />
DB(1; +1), et comme 0 < < 1, d’après les propriétés d’inclusion on a DA(1; +1) DA( ; P )<br />
et DB(1; +1) DB( ; P ) pour I = [0; +1] :<br />
19
D’où<br />
D L<br />
DA(1; +1) \ DB(1; +1)<br />
Lemme 2.4 Pour y 2 DA( ; P ) + DB( ; P ); 2 ]0; 1[ ; P 2 [1; +1] ; on a<br />
x = S y 2 DL; et (L )x = y<br />
Preuve Soit y 2 DB( ; +1); montrons que x = S y 2 DA \ DB et (L )x = y;<br />
on a y 2 DB( ; +1); ce qui implique que la fonction jzj B(B + z) 1 y est bornée sur<br />
grâce à (2) il est clair x 2 DB et<br />
d’autre par on a :<br />
d’où<br />
x =<br />
Alors x 2 DA et<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Bx =<br />
= (A ) 1 y + 1<br />
Z<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 B(B + z) 1 ydz;<br />
(B + z) 1 y = 1<br />
z y B(B + z) 1 y ;<br />
(A z ) 1 y dz<br />
z<br />
Ax = A(A ) 1 y + 2 i<br />
= y + (A ) 1 Z<br />
1<br />
2 i<br />
y +<br />
Z<br />
1<br />
+<br />
2 i<br />
(A z ) 1 B(B + z) 1 y dz<br />
z :<br />
Z<br />
(A z ) 1 B(B + z) 1 y dz<br />
z<br />
A(A z ) 1 B(B + z) 1 y dz<br />
z<br />
B(B + z) 1 y + ( + z)(A z ) 1 B(B + z) 1 y dz<br />
z<br />
= y + (A ) 1 y + 2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
= y + x Bx:<br />
B(B + z) 1 y dz<br />
z<br />
Z<br />
(A z ) 1 B(B + z) 1 y dz<br />
z +<br />
Z<br />
1<br />
+<br />
2 i<br />
(A z ) 1 B(B + z) 1 ydz<br />
Grâce aux inclusions (I-2-3) on a le résultat pour 1 I < +1, en…n les opérateurs A et B<br />
jouant des rôles interchangeables, d’où on a les mêmes résultats que B.<br />
20
Théorème 2.2 Soient A et B deux opérateurs fermés dans X véri…ant alors pour<br />
y 2 DB( ; P ) [resp DA( ; P )] avec 2 ]0; 1[ et P 2 [1; +1] ; la solution x = S y de (3) véri…e<br />
Ax; Bx 2 DB( ; P ) [resp DA( ; P )] :<br />
Preuve On a<br />
(B t) 1 x = 1<br />
2 i<br />
d’où<br />
Alors<br />
D’où<br />
Z<br />
(t + z) 1 (A z ) 1 (B + z) 1 ydz;<br />
B(B t) 1 x = x + t(B t) 1 x<br />
=<br />
=<br />
=<br />
=<br />
B(B t) 1 Bx =<br />
où K est indépendant de t et<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
+ 1<br />
Z<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
0<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
t(t + z) 1 (A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
1<br />
B(B t) 1 Bx K<br />
t<br />
t + z<br />
(A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
z<br />
t + z (A z ) 1 (B + z) 1 ydz<br />
z<br />
t + z (A z ) 1 (B + z) 1 ydz:<br />
0<br />
z<br />
t + z (A z ) 1 B(B + z) 1 ydz:<br />
Z+1<br />
r<br />
r jcos 0j + t '(r)dr<br />
r ;<br />
'(r) = max B(B + e i 0 ) 1 y ; B(B + e i 0 ) 1 y ; r '(r) 2 L P :<br />
0<br />
En utilisant le théorème de Young, on obtient que t B(B t) 1 Bx 2 L P ; de même que<br />
0<br />
Z<br />
@<br />
+1<br />
0<br />
t P B(B t) 1 Bx<br />
P dt<br />
t<br />
1<br />
A<br />
1<br />
P<br />
0<br />
Z<br />
K @<br />
+1<br />
0<br />
r<br />
1<br />
dr<br />
A<br />
r jcos 0j + t<br />
0<br />
Z<br />
@<br />
+1<br />
0<br />
r P ' P (r) dr<br />
r<br />
alors Bx 2 DB( ; P ) et comme Ax = y+ x Bx, alors Ax 2 DB( ; P ) car x 2 DB DB( ; P ):La<br />
dernière partie va être consacrée au cas où X est un espace de Hilbert, on peut alors dans certains<br />
cas, a¢ rmer que L est fermé, on fera ici usage du résultat suivant :<br />
21<br />
1<br />
A<br />
1<br />
P<br />
;
Lemme 2.5 Soit V un espace de Banach ré‡exif contenu avec injection continue dans X<br />
espace de Hilbert, on suppose que V est dense dans X et on identi…e X à son antidual donc<br />
à un sous espace dense de V alors tout opérateur T linéaire continu dans V qui se prolonge<br />
également en un opérateur linéaire continu dans X:<br />
Dans ce qui suit, si B est un opérateur linéaire de domaine DB dense dans X, on désigne<br />
par B l’adjoint de B au sens de la théorie des opérateurs dits non bornés ceci posé, on a le<br />
Théorème 2.3 Soient A et B deux opérateurs fermés à domaine dense dans X espace de<br />
Hilbert, on suppose que A et B véri…ent (2 :2 ) et (2 :4 ) et qu’il existe > 0 tel que DB( ; 2) =<br />
DB ( ; 2) alors L dé…ni par (1) est fermé, L ]0; +1[ et (L ) 1 = S pour tout > 0:<br />
Preuve On note V = DB( ; 2), cet espace est ré‡exif on peut donc appliquer le lemme 2.5<br />
pour prouver que S est linéaire continu de X dans DB.<br />
On sait déjà d’après le théorème 2.2 que BS est linéaire continue dans V . En appliquant<br />
le théorème 2.2 à A et B qui véri…ent également (2:2) et (2:4) on voit que B S est linéaire<br />
continue dans V , par transposition on déduit que BS se prolonge en un opérateur linéaire<br />
continu dans V car pour y 2 DB et x 2 DB on a<br />
grâce à (2:2) d’où<br />
hBS y; xi = hS By; xi = hy; B S xi<br />
kBS ykY = sup jhBS y; xij kykY kB S kL(V )<br />
kxkV 1<br />
du lemme 2.5 il résulte que BS se prolonge en un opérateur linéaire continu dans X donc que<br />
S est linéaire continu de X dans DB, de même on véri…e que AS se prolonge en un élément<br />
de L(X) en écrivant que AS coïncide avec 1 + S BS sur V . A ce point on sait que S est<br />
continu de X dans DL et les autres conclusions du théorème résultent du théorème 2.1.<br />
22
Chapitre 3<br />
Somme d’opérateurs bissectoriaux<br />
Soit A et B deux opérateurs fermés dans X, on suppose qu’il existe 0 < A, B < 2 , et<br />
! > 0 tels que<br />
(H1) : A + B > 2 :<br />
(H2) : A et B commutative dans le sens que :<br />
R( ; A)R( ; B) = R( ; B)R( ; A); pour 2 (A)et 2 (B):<br />
8<br />
< B = fjarg(z)j < B ou j arg(z)j <<br />
(H3) :<br />
: CB = sup kzR(z; B)k < 1<br />
8 z2 B<br />
<<br />
(H4) :<br />
: CA = sup kzR(z; A)k < 1<br />
z2 A<br />
Bg \ fjRe(z)j ! g ( B)<br />
A = 2 arg(z) < A ou 3<br />
2 arg(z) < A \ fjIm(z)j ! g (A)<br />
(H5) : (A) \ ( B) = ?:<br />
On étudiera l’équation<br />
(<br />
x 2 D(A) \ D(B);<br />
Ax + Bx = y;<br />
:<br />
:<br />
(3.1)<br />
La résolution de cette équation repose sur une construction explicite de la solution sous la<br />
forme x = Sy, où<br />
S =<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
où est une courbe construite comme cela :<br />
R( ; A)R( ; B)dz;<br />
D’après (H1) il existe tel que 2 A < B; ce qui implique<br />
23
2 + A < < B<br />
3<br />
2<br />
A < + < + B<br />
2 B < 2 < 3<br />
2 + A:<br />
Soit z1 2 C tel que arg(z1) = et Re(z1) > !; Im(z1) > !, on prend alors : z2 2 C tel<br />
que arg(z2) = et Re(z2) = Re(z1); Im(z2) = Im(z1), z3 2 C tel que Re(z3) = Re(z1);<br />
Im(z3) = Im(z1); z4 2 C tel que Re(z4) = Re(z1); Im(z4) = Im(z1):<br />
On disigne par R le rectangle où a = Re(z1) et b = Im(z1), selon la …gure 11<br />
πθ<br />
ΩA? ΩB<br />
ΩA? ΩB<br />
Γ2<br />
σ (A)<br />
σ (A)<br />
π+θ θ<br />
b<br />
b<br />
θA<br />
FIG.11<br />
ΩA? ΩB<br />
ΩA? ΩB<br />
Lemme 3.1 Il existe deux courbes 1; 2 comme le montre la …gure suivante<br />
24<br />
Γ1<br />
θB<br />
a
Preuve On applique le lemme 3.2 avec S = B et T = A:<br />
Soit maintenant R3 la partie de R qui est bornée par 1; 2, [ a; a] ib:<br />
On disigne par 3 l’ensemble R3 \ ( B) qui est ouvert et par K3 = (A) \ R3 qui est<br />
compact, on a K3 3, alors on peut appliquer le lemme 3.1 pour obtenir une courbe 3 fermée<br />
tel que le spectre de A qui est dans R3 et dans la partie qui est bornée par 3, alors 3 est dans<br />
( B) \ (A):<br />
De la même manière, on trouve : :<br />
4 : une courbe fermée dans la partie qui est bornée par : 1; a + i [ b; b] telle que la partie<br />
de spectre de B est dans la partie qui est bornée par 4:<br />
5 : une courbe fermée dans la partie qui est bornée par : 2; a + i [ b; b] telle que la partie<br />
de spectre de B est dans la partie qui est bornée par 5:<br />
On prolonge 1de 1e i vers a + ib; et de a ib vers 1e i , et on prolonge 2de a + ib vers<br />
1e i( ) ; et de 1e i( ) vers a ib: selon la …gure 12<br />
Soit =<br />
5[<br />
i=1<br />
i (A) \ ( B):<br />
:/swp55/temp/graphics/LBKBTT0B 23:pdf<br />
FIG.12<br />
Lemme 3.2 L’opérateur S est linéaire borné dans X:<br />
Preuve D’aprés (H3) et (H4) on a :<br />
C0 A = sup kzR(z; A)k < 1:<br />
z2<br />
C0 B = sup kzR(z; B)k < 1:<br />
z2<br />
La fonction z 7 ! R(z; A)=R(z; B) est analytique sur et on a<br />
kSk<br />
D’où S est linéaire borné dans X:<br />
1<br />
2<br />
Z<br />
kR(z; A)k kR(z; B)k jdzj<br />
C0 AC0 Z<br />
B jdzj<br />
2 jzj 2<br />
C(independantde ):<br />
Proposition 3.1 Soient A et B deux opérateurs satisfaisant (H1) ! (H5), alors S est<br />
linéaire et borné de X vers DA(1; 1) [et vers DB(1; 1)] :<br />
Preuve Soit y 2 X, x = Sy, on a<br />
et<br />
R(t; B)x = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
B 2 R(t; B) 2 x = x 2tR(t; B)x + t 2 R(t; B) 2 x;<br />
R(z; A)R(z; B)y dz<br />
Z<br />
1<br />
+<br />
t + z 2 i<br />
25<br />
R(z; A)R(t; B)y dz<br />
t + z ;
pour t assez grand (t + z 6= 0) et comme la fonction R(z;A)R(t;B)y<br />
t+z<br />
D’où<br />
De même on trouve<br />
Alors par (3.1) et (3.2) on a<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
R(t; B)x = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
B 2 R(t; B) 2 x = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
tB 2 R(t; B) 2 x<br />
R(z; A)R(t; B)y dz<br />
t + z<br />
= 0:<br />
R(z; A)R(z; B)y dz<br />
t + z :<br />
z2 2 R(z; A)R(z; B)ydz:<br />
(t + z)<br />
1<br />
2<br />
Z C 0 A C 0 B kyk<br />
jt + zj 2 jdzj<br />
= C0 AC0 B kyk<br />
Z<br />
2<br />
t<br />
jdzj<br />
j1 + zj 2<br />
est analytique alors l’intégrale<br />
C kyk :<br />
où t = z<br />
7<br />
t =z 2 :<br />
D’où la fonction t ! tB2R(t; B) 2x est bornée, alors cette fonction appartient à Lp !; 1; dt<br />
d’où x 2 DB(1; 1):<br />
t ,<br />
De la même manière on trouve que x 2 DA(1; 1):<br />
Remarque 3.1 D’après les propriètés d’inclusion on a aussi S est linéaire borné de X vers<br />
DA( ; P ) et vers DB( ; P ):<br />
Lemme 3.3 Soient A et B deux opérateurs saisfaisant (H1) ! (H5), et soit 0 < < 1,<br />
1 P 1 et y 2 DA( ; P ) + DB( ; P ), alors x = Sy 2 DA \ DB et de plus (A + B)Sy = y:<br />
Preuve Soit y 2 DB( ; P )= (1 P 1), comme DB( ; P ) DB( ; 1), on prend y 2 DB( ; 1),<br />
alors la fonction z 7 ! jzj BR(z; B)y est bornée sur et on a :<br />
Alors<br />
R(z; A)R(z; B)y = R(z; A)BR(z; B)y:<br />
kBR(z; A)R(z; B)yk<br />
C0 AC0 B ; 8z 2 :<br />
jzj jzj<br />
Soit int = \ R et ext = \ R c ; alors dist(0; int) > 0; d’où jzj > dist(0; int) pour tout<br />
z 2 int et pour z 2 ext on a jzj p a 2 + b 2 , soit doncM = max dist(0; int); p a 2 + b 2 , on a<br />
kBR(z; A)R(z; B)yk<br />
26<br />
C<br />
;<br />
M +1
d’où x 2 D(B) et :<br />
pour que x 2 D(A), on écrit<br />
ce qui implique<br />
alors<br />
x = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
Bx = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
R(z; A)BR(z; B)ydz;<br />
zR(z; B)y = y BR(z; B)y;<br />
R(z; B)y =<br />
R(z; A)y dz<br />
z<br />
y BR(z; B)y<br />
;<br />
z<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
R(z; A)BR(z; B)y dz<br />
z :<br />
La première intégrale est dans D(A) car :<br />
Z<br />
1<br />
R(z; A)y<br />
2 i<br />
dz<br />
z =<br />
(<br />
0; si le zéro dans Rc A 1y si le zéro dans le partie qui borné par<br />
Alors<br />
pour la deuxième intégrale on a :<br />
D’où 1<br />
Z<br />
2 i<br />
et A<br />
2<br />
4 1<br />
2 i<br />
AR(z; A)BR(z; B)y = BR(z; B)y + zR(z; A)BR(z; B)y:<br />
k[AR(z; A)BR(z; B)y] zk<br />
Z<br />
D’où x 2 D(A) et<br />
[R(z; A)BR(z; B)y] dz<br />
z<br />
[R(z; A)BR(z; B)y] dz<br />
z<br />
Ax = 1<br />
2 i A<br />
Z<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
BR(z; B)y<br />
z<br />
C 0 A + 1<br />
(C 0 A<br />
2 D(A)<br />
3<br />
5 = 1<br />
2 i<br />
+ 1) C0<br />
jzj +1<br />
Z<br />
R(z; A)y dz<br />
z<br />
+ C 0 A<br />
BR(z; B)y<br />
z<br />
C:<br />
BR(z; B)y<br />
z<br />
AR(z; A)BR(z; B)y dz<br />
z :<br />
Z<br />
1<br />
+<br />
2 i<br />
R(z; A)BR(z; B)ydz:<br />
27<br />
BR(z; B)y dz<br />
z
Alors<br />
et on a<br />
On a<br />
d’où on a :<br />
C-à-d<br />
1<br />
2 i A<br />
Z<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
BR(z; B)y dz<br />
z =<br />
(<br />
R(z; A)y dz<br />
z<br />
Z<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
1<br />
+<br />
2 i<br />
y; 0 =2 R<br />
0; 0 2 R<br />
BR(z; B)y dz<br />
z<br />
R(z; A)BR(z; B)ydz = Bx;<br />
Ax = y Bx;<br />
(A + B) Sy = y<br />
Remarque 3.2 Comme D(A) DA( ; P ), D(B) DB( ; P ) avec 0 < < 1, 1 P 1;<br />
alors on a le corollaire suivant<br />
Crollaire 3.1 Si A et B satisfont (H1) ! (H5) alors pour x 2 D(A) + D(B); on a<br />
Sx 2 D(A) \ D(B) et (A + B) Sx = x:<br />
Théorème 3.1 Soit A et B satisfaisant (H1) ! (H5), alors A + B existe, de plus si<br />
= y;<br />
D(A) + D(B) est dense dans X, on a : 0 2 A + B et A + B 1 = S:<br />
Preuve On note A + B = L et D(A) \ D(B) = DL; soit (xn) DL tel que xn ! 0 et<br />
Lxn ! y 2 X:<br />
Lemme 3.4 Pour tout x 2 D(A) \ D(B); on a<br />
S (A + B) x = x:<br />
Donc S (A + B) xn = xn, lorsque n ! +1 et comme S est continu on a :<br />
Sy = 0:<br />
Soit 2 (A), on a R( ; A)y 2 D(A) D(A) + D(B); donc SR( ; A)y 2 D(A) \ D(B) et<br />
(A + B) SR( ; A)y = R( ; A)y:<br />
On a<br />
28
SR( ; A)y = 1<br />
Z<br />
2 i<br />
= 1<br />
Z<br />
2 i<br />
= 1<br />
Z<br />
2 i<br />
= R( ; A)<br />
R( ; A)y = (A + B)R( ; A)Sy = 0:<br />
R( ; A) injectif =) y = 0:<br />
D’où A + B existe.<br />
= R( ; A)Sy:<br />
R(z; A)R(z; B)R( ; A)ydz<br />
R(z; A)R( ; A)R(z; B)ydz:<br />
R( ; A)R(z; A)R(z; B)ydz:<br />
2<br />
4 1<br />
Z<br />
2 i<br />
3<br />
R(z; A)R(z; B)ydz5<br />
:<br />
On suppose que D(A) + D(B) est dense dans X, on va montrer que SL = ID L ; LS = IX:<br />
Soit x 2 D L ; 9(xn) DL, xn ! x et Lxn ! Lx:<br />
On a SLxn = xn =) quand n % +1 on a : SLx = x, d’où SL = ID L :<br />
Soit y 2 X, il existe (yn) D(A) + D(B); yn !<br />
n%+1 y:<br />
On a LSyn = yn et (Syn) DL, Syn !<br />
n%+1 Sy, et LSyn !<br />
n%+1 y =) Sy 2 DL et LSy = y;<br />
d’où LS = IX, alors L 1 = S; et comme S est continu alors 0 2 L .<br />
Corollaire 3.2 Soient A et B satisfaisant (H1) ! (H5), et on suppose que D(A) + D(B)<br />
est dense dans X.Si (A) + (B) 6= C, alors A + B existe avec (A + B) (A) + (B):<br />
Preuve Soit 2 C ( (A) + (B)), alors A = e A et B satisfont les hypothèses (H1) !<br />
(H5):En e¤et : il su¢ t de veri…er 9 eA ; B < 2 et ! > 0; tel que<br />
(H1) : e A + B > 2 :<br />
(H2) : 8 2 ( e A); 8 2 (B):<br />
R( ; e A)R( ; B) = R( ; B)R( ; e A):<br />
8<br />
< B ( B)<br />
(H3) :<br />
: CB = sup kzR(z; B)k < 1<br />
z2 B<br />
:<br />
8<br />
< eA (<br />
(H4) :<br />
:<br />
e A)<br />
C eA = sup zR(z;<br />
z2 eA<br />
e A) < 1 :<br />
(H5) : ( e A) \ ( B) = ?:<br />
La condition (H2) :<br />
29
Mais<br />
donc<br />
On a e A = A , et soit z 2 (A ) =) z + 2 (A) ; donc<br />
La condition(H5) :<br />
R(z + ; A)R( ; B) = R( ; B)R(z + ; A):<br />
R(z + ; A) = R(z; A );<br />
R( ; e A)R( ; B) = R( ; B)R( ; e A):<br />
On suppose que (A ) \ ( B) 6= ?, c-à-d, il existe z 2 (A ) et z 2 ( B),<br />
alors z + 2 (A) et z 2 (B), d’où 2 (A) + (B) et cela est une contradiction avec<br />
2 C ( (A) + (B)) :<br />
Les conditions (H1), (H3), (H4) :<br />
A (A) =) A (A) = (A ) :<br />
Il existe 0 < eA < 2 et !0 > 0, tel que e A A et e A + B > 2 :On prend ! 0 =<br />
max (!0; !), d’où les conditions (H1); (H3); (H4) satisfaites, comme D(A) + D(B) est dense dans<br />
X et DA = DA; on a A + B existe et A + B 1 2 L (X; D(A) \ D(B)) :<br />
Soit x 2 DA +B alors il existe (xn) D(A)\D(B) telle que xn !<br />
n%+1 x et A + Bxn !<br />
n%+1<br />
A + Bx, alors (A + B) xn !<br />
n%+1 A + Bx+ x, d’où x 2 DA+B et A + Bx = A + Bx+<br />
x, alors A + B = A + B , et comme A + B 1 2 L (X; D(A) \ D(B)), donc (A + B)<br />
(A) + (B):<br />
Théorème 3.2 Soient A et B deux opérateurs satisfaisant (H1) ! (H5), et soit 0 < < 1;<br />
p 2 [1; 1] [ f10g :<br />
8<br />
>< ASy 2 DA( ; p) \ DB( ; p);<br />
Si y 2 DA( ; p) Alors<br />
et<br />
>:<br />
BSy 2 DA( ; p):<br />
8<br />
>< BSy 2 DA( ; p) \ DB( ; p);<br />
Si y 2 DB( ; p) Alors<br />
>:<br />
et<br />
ASy 2 DB( ; p):<br />
Preuve Soit y 2 DB( ; p), 1 p 1 et x = Sy; de le lemme 3.3 on a x 2 D(A) \ D(B), et<br />
pour t > a on a : BSy 2B ( ; 1) () t 7 ! t BR(t; B)Bx borné presque partout dans ]!; 1[ :<br />
Soit t > 0, on a<br />
BR(t; B)x =<br />
BR(t; B)Bx =<br />
1<br />
2 i<br />
Z<br />
z<br />
t+z R(z; A)R(z; B)ydz:<br />
1<br />
Z<br />
2 i<br />
z<br />
t+z R(z; A)BR(z; B)ydz;<br />
il existe c > 0 tel que pour z 2 et t assez grand on a<br />
jt + zj c(t + r), où z = re i , par (3.1) et (3.2) on a<br />
30
t BR(t; B)Bx<br />
C0 Z<br />
A t kBR(z; B)yk<br />
jdzj<br />
2 jt + zj<br />
C0 Z<br />
A<br />
2<br />
t<br />
t + jzj<br />
(z) jdzj ;<br />
où (z) = kBR(z; B)yk, soit 0 le partie de dans R c a;b et 00 la partie de dans Ra;b,<br />
alors par (3.1) on a<br />
Z<br />
0<br />
t<br />
t + jzj (z) jdzj C00 t<br />
et comme la fonction dans Lp p a2 + b2 ; +1; dt<br />
t<br />
décompose 00 en quatre parties, 00 =<br />
n<br />
- 00<br />
1 = rei =r p a2 + b2 - 00<br />
2 =<br />
- 00<br />
3 =<br />
- 00<br />
4 =<br />
n<br />
n<br />
re i =r p a 2 + b 2<br />
o<br />
:<br />
o<br />
:<br />
o<br />
:<br />
o<br />
:<br />
re i( ) =r p a 2 + b 2<br />
n<br />
re i( ) =r p a 2 + b 2<br />
4[<br />
k=1<br />
00<br />
k ; tel que<br />
Soit '(r) = r BR(re i ; B)y si r p a 2 + b 2 ; et '(r) = 0; alors<br />
où h(t) = t<br />
t+1<br />
Z<br />
00<br />
t<br />
t + jzj<br />
le produit convolution.<br />
Par le théorème de Young<br />
kh 'k L p (0;+1; dt<br />
t )<br />
Z<br />
(z) jdzj =<br />
0<br />
1<br />
1 ;<br />
où C 00 est constant indépendant de t, alors on<br />
t r<br />
'(r)dr = h '(t);<br />
t + r<br />
khk L 1 (0;+1; dt<br />
t ) k'k L p (0;+1; dt<br />
t )<br />
khk L 1 (0;+1; dt<br />
t ) kyk DB( ;p) :<br />
De la même manière pour les parties 00<br />
2 ; 00<br />
3 ; et 00<br />
4 , on trouve que Bx 2 DB( ; p):<br />
Comme Ax = y Bx aussi Ax 2 DB( ; p) et<br />
et de (3.2) on a<br />
AR(it; A)Bx = R(it;A)<br />
2 i<br />
AR(it; A)R(z; A) = it<br />
R(it; A)<br />
z it<br />
Z<br />
it<br />
z itBR(z; B)ydz Z<br />
1<br />
2 i<br />
31<br />
z<br />
R(z; A);<br />
z it<br />
z<br />
z itR(z; A)BR(z; B)ydz:
Le première intérgrale est égale à 0 pout t assez grand.<br />
On a<br />
AR(it; A)Bx =<br />
1<br />
Z<br />
2 i<br />
z<br />
z itR(z; A)BR(z; B)ydz:<br />
Corollaire 3.3 Soient A et B deux opérateurs satisfaisant (H1) ! (H5), et soit 0 < < 1;<br />
p 2 [1; 1] [ f10g et Y = DA( ; p) ou Y = DB( ; p), on note par AY et BY les parties de A et<br />
B dans Y , alors AY + BY est inversible.<br />
Théorème 3.3 Soit H un espace de Hilbert, et Soient A et B deux opérateurs dans H<br />
satisfaisant (H1) ! (H5), on suppose qu’il existe 0 < < 1; tel que DA( ; 2) = DA ( ; 2)<br />
ou DB( ; 2) = DB ( ; 2), D(A) et D(B) est dense dans X, alors A + B est fermé, de plus<br />
0 2 (A + B) et (A + B) 1 = S:<br />
Preuve Par la remarque (II-3) on a DA( ; 2) = (H; D(A)) ;2 et DA ( ; 2) = (H; D(A )) ;2 , alors<br />
le théorème (3.3) implique DA( ; 2) = DA ( ; 2) si D(A) = D(A ), alors A + B est fermé et de<br />
plus fermable.<br />
32
Bibliographie<br />
[1] H. Amann : Operator-valued Fourier miltipliers Besov space , and application. Math. Na-<br />
chr. 186 (1997), 5-56.<br />
[2] W. Arendt, S. Bu : The operator-valued Marcinkiewicz miltiplier theorem and maximal<br />
regularity. Math. Z. 270 (2002), 311-343.<br />
[3] W. Arendt, S. Bu : Operator-valued Fourier miltipliers on periodicBesov space , and<br />
application. Proc. Edinburgh Math. 47 (2004), 15-33.<br />
[4] W. Arendt, C. Batty : Fourier miltipliers for Hölder continuous functions and maximal<br />
regularity. Studia Math. 160 (2004), 23-51.<br />
[5] W. Arendt, F. Räbiger, A. Sourour : Spectral properties of the operator equation<br />
AX+XB=Y. Quart. J. Math. Oxford 45 (2) (1994), 133-149.<br />
[6] S. Bu, Ph. Clément, Guerre-Delabrière : regularity of pairs of positive operators. Illinois<br />
J. Math. 42 (3) (1998), 357-370.<br />
[7] S. Bu, R. Chill : A remark about the interpolation of space of cantinuous, vector-valued<br />
functios. J. Math. Anal. Appl. 288 (2003), 246-250.<br />
[8] F. F. Bonsall, J. Duncan : Complex Normed Algebras. Springer. Berlin (1973).<br />
[9] Ph. Clémen, G. Gripenberg, V. Högnäs : some remark of the method of sums. Sto-<br />
chastic prosses, Physics and Geometry : new interplays Il (Leipzig 1999) 125-134 CMS conf.<br />
Proc. 29. American Math. Soc. Provedece, RI.2000.<br />
[10] Ph. Clémen, G. Gripenberg, S-O. Londen : Shauder estimates for equtions with func-<br />
tional derivatives . Trans. AMS 352 (200), 2239-2260.<br />
[11] G.Daproto, P.griward : Sommes d’opérateurs linéaires et équations di¤érentielles opéra-<br />
tionnelles. J.MATH. Pures et appl, 54, 1975, P, 305-387.<br />
[12] Wolfgang Arendt & Shangquan Bu : Sums of Bisectorial Operators and Applications.<br />
Integer. equ. theory 52 (2005), 299-321 c 2005 Birkhäuser Verlag Basel/ Switzerland 0378-<br />
620X/030299-23, published online June 28, 2005 DOI 10.1007/ s00020-005-1350-z.<br />
33
Résumé<br />
Le présent travail est consacré à l’étude de la somme d’opérateurs bissectoriaux<br />
dans un espace de banach X: Tout d’abord on traite le cas des<br />
opérateurs sectoriaux, ensuite on a présenté l’existence et l’unicité de la solution<br />
en donnant une construction explicite de celle-ci. La méthode utilisée<br />
est basée sur l’intégrale de Dunford et les espaces d’interpolation.<br />
34
Abstract<br />
In the present work, we study sums of bisectorial operators on a banach<br />
space X: Firstly we treat the case of sectorial operators, then we present the<br />
existence and uniqueness of the solutions by given its explicite representation.<br />
The method of study is based on a Dunford integral and interpolation<br />
spaces.<br />
35
صــــــــــــــــــخلم<br />
. X خانب ءاضف ًف تٌواص ًعاطق ثار ثاشثؤم عومجم تساسذل سشكم لمعلا ازه<br />
نمض لحلا تٍناذحوو دوجو انمذق مث ،يواص عاطق ثار ثاشثؤملا انسسد<br />
Dunford<br />
لاوأ<br />
لماكت ىلع تلمعتسملا تقٌشطلا هزه ذنتست و . تجشختسم تحٌشص ةسابع<br />
.<br />
باطقتسلاا ثاءاضف و