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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 />

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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

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