\begin{enumerate}
\renewcommand{\labelenumi}{\textbf{\CJKnumber{\theenumi}、}}
\renewcommand{\theenumii}{\arabic{enumii}}
\renewcommand{\labelenumii}{(\theenumii)}
\item 在Hilbert空间H=L2(0,1)中定义线性算子A如下:
{(Af)(x)=if′(x),∀f∈D(A),D(A)={f,f′∈L2(0,1)|f(0)=f(1)=0}.
证明:
\begin{enumerate}
\item A是H上的对称算子;
\item 试求A的伴随算子A∗,包括A∗的表达式和定义域D(A∗).
\end{enumerate}
\item 可分复Hilbert空间H上的基{en}∞1称为规范直交的,是指它满足
⟨en,em⟩={1,n=m,0,n≠m,∀n,m≥1.
且对任意的x∈H,存在复数序列{an}∞1使得x=∞∑n=1anen.
\begin{enumerate}
\item 记ℓ2={{an}∞1∣∣
∣∣∞∑n=1|an|2<∞}.试证对任意的x∈H,存在{an}∞1∈ℓ2,使得
x=∞∑n=1anen.
\item 试证: H中所有规范直交基都是等价的:即对H中任意两个规范直交基{en}∞1和{fn}∞1,必存在H上的有界可逆算子T,使T−1有界,且
Ten=fn,∀n≥1.
\end{enumerate}
\item 设T为Banach空间X上的线性有界算子且对任意的x∈X, limn→∞∥Tnx∥=0.证明:(λI−T)−1=∞∑n=1Tnλn+1,∀|λ|>1.
\item 设{en}可分为Hilbert空间X中的规范直交基, T为X中有界线性算子.
\begin{enumerate}
\item 试证X中弱收敛等价于"按坐标收敛",即xn=∞∑k=1ξ(n)kek弱收敛于元x0=∞∑k=1ξ(0)kek,当且仅当limn→∞ξ(n)k=ξ(0)k,∀k≥1.
\item 如果T满足∞∑k=1∥Tek∥2<∞,试证T是紧算子. (T称为紧算子,是指T把X中任意弱收敛序列变成强收敛序列)
\end{enumerate}
\item 试求L2(0,1)中以
k(t,s)={s(1−t),0≤s≤t,t(1−s),t<s≤1
为积分核的积分算子K:
(Kf)(t)=∫10k(t,s)f(s)ds
的本征值和本征函数. (提示:设法把本征值问题Kφ=λφ化成等价的关于φ的微分方程边值问题)
\end{enumerate}
3小时完成,每题20分,满分100分.
\begin{enumerate}
\renewcommand{\labelenumi}{\textbf{\CJKnumber{\theenumi}、}}
\renewcommand{\theenumii}{\arabic{enumii}}
\renewcommand{\labelenumii}{(\theenumii)}
\item 证明在[−1,1]上存在唯一的连续函数f,使得
f(x)=x+12sinf(x).
\item 设复平面上的序列{λn}∞n=1满足supn|Imλn|<∞,infn≠m,n,m≥1|λn−λm|>0 (这样的序列称为可分离的).定义
n+(r)=supx∈R{Reλn∈[x,x+r)的λn的个数}.这里Im表示复数的复部, Re表示复数的实部, R表示实直线, |⋅|表示复数间的距离.证明n+(r)是次可加的:
n+(s+t)≤n+(s)+n+(t),∀s,t∈R
由此证明:D(Λ)=limr→+∞n+(r)r存在且D(Λ)<+∞.
\item 证明所有n×n复矩阵在通常的加法,数量乘法形成的线性空间Hn在如下范数
∥A∥2=AA∗的最大特征值,\quad ∀A∈Hn下形成Banach空间.这里A∗表示矩阵A的共轭转置.
\item 设T为Hilbert空间H上的线性有界算子.证明: (a) 如果∥T∥≤1则T与其共轭算子T∗有相同的不动点: Tx=x当且仅当T∗x=x.
(b)如果λ是T的本征值,问λ的共轭¯λ是否一定为T∗的本征值?是否一定为T∗的谱点?
\item 证明Banach空间X上不存在这样的线性有界算子A,B使得
AB−BA=I,其中I为X上的单位算子. (提示:否则对任意正整数n, (n+1)Bn=ABn+1−Bn+1A).
\end{enumerate}
Let Un be the interarrival time between the n−1st and the nth customers, {Un,n≥1} is a sequence of i.i.d. random variables. Let Q(t) be the number of customers in the system at time t, the process Q(t) takes three values 0,1 and 2. The nth time Vn when Q(t) takes 2 is exponential with parameter μ. Let Cn be the nth time when Q(t) takes 0 or 1, Wn be the nth time when Q(t) takes 1, Dn be the nth time when Q(t) takes 2 or 0, and N(t) the number of potential arrivals during (0,t]. Then N(t) is the renewal process generated by {Un,n≥1}. Give V1=t,then
V1+C1=SN(t)+2.
By Wald' equation we have
E[V1+C1|V1=t]=(E[U1])×[2+m(t)].
Thus
E[V1+C1]=∫∞0μe−μt(E[U1])×[2+m(t)]dt=2E[U1]+E[U1]∫∞0μe−μtm(t)dt=2E[U1]+E[U1]טF(μ)1−˜F(μ)=2−˜F(μ)1−˜F(μ)E[U1].
It follows from Lecture 2, Theorem 6.3 that
limt→∞P(Q(t)=2)=E[V1]E[V1+C1]=1μ×E[U1]⋅1−˜F(μ)2−˜F(μ).
Give W1=t,then
W1+D1=SN(t)+2.
By Wald' equation we have
E[W1+D1|W1=t]=(E[U1])×[2+m(t)].
Thus
E[W1+D1]=∫∞−∞(E[U1])×[2+m(t)]dF(t)=2E[U1]+E[U1]∫∞−∞m(t)dF(t).
It follows from Lecture 2, Theorem 6.3 that
limt→∞P(Q(t)=1)=E[W1]E[W1+D1]=1E[U1]⋅∫∞−∞xdF(t)2+∫∞−∞m(t)dF(t).
考察取值在非负整数集E上的随机过程X={Xt,t∈T=[0,+∞)},如果对一切T中的时刻0≤t1<t2<⋯<tn+1及满足P(Xtk=ik,1≤k≤n)>0的任意状态ik∈E(1≤k≤n)成立着
P{Xtn+1=j|Xtk=ik,1≤k≤n}=P{Xtn+1=j|Xtn=in},
则称X是连续时间马尔可夫链.
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