Advances in Applied Mathematics
Vol. 11  No. 01 ( 2022 ), Article ID: 48055 , 7 pages
10.12677/AAM.2022.111018

Bergman空间上Toeplitz算子的拟正规性和 双正规性

李佳

辽宁师范大学数学学院,辽宁 大连

收稿日期:2021年12月13日;录用日期:2022年1月3日;发布日期:2022年1月18日

摘要

本文主要研究Bergman空间上以非调和函数为符号的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性:1) 以 φ ( z ) = z n + λ | z | s 为符号的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性;2) 以 ψ ( z ) = a z n z ¯ m + b z ¯ n z m 为符号的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性。

关键词

Bergman空间,Toeplitz算子,拟正规,双正规

Quasi-Normality and Binormality of Toeplitz Operators on Bergman Spaces

Jia Li

School of Mathematics, Liaoning Normal University, Dalian Liaoning

Received: Dec. 13th, 2021; accepted: Jan. 3rd, 2022; published: Jan. 18th, 2022

ABSTRACT

In this paper, we mainly study the quasi-normality and binormality of Toeplitz operators in Bergman space with non-harmonic functions: 1) The quasi-normality and binormality of Toeplitz operators with φ ( z ) = z n + λ | z | s as symbols; 2) Quasi-normality and binormality of Toeplitz operators with ψ ( z ) = a z n z ¯ m + b z ¯ n z m as symbols.

Keywords:Bergman Spaces, Toeplitz Operators, Quasi-Normality, Binormality

Copyright © 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

Toeplitz算子是算子理论的组成之一,Toeplitz算子理论在概率论、控制论和物理等领域中的许多问题上都有着广泛的应用。正规算子起源于正规矩阵。如今,正规算子的理论较完备,许多学者将正规性的概念推广得到拟正规性、亚正规性、次正规性、双正规性等概念。

2019年,Gu [1] 等人介绍了Hardy空间上以解析函数或余解析函数为符号的双正规算子。进一步,对于以三角多项式和有理函数为符号的Toeplitz算子,他们证明了这些Toeplitz算子是双正规的当且仅当他们是正规的。

Bergman空间上关于Toeplitz算子的相关性质见 [2] [3] [4] [5]。1989年,Nazih [6] 证明了对于有界解析函数 φ ,如果 T φ 或者 T φ ¯ 是拟正规的,则 φ 是一个常数。2010年,Guediri [7] 证明了若以有界解析函数或余解析函数为符号的对偶Toeplitz算子是拟正规的,则符号函数是一个常数。2020年Sumin [8] 等人给出了Bergman空间上以调和函数和非调和函数为符号的正规Toeplitz算子相关结论。

2. 预备知识

设H为无穷维复可分Hilbert空间上, B ( H ) 为H上一切有界线性算子所构成的Banach代数。设 D 是复数域上的单位圆盘,设 d A D 上的规范化面积测度。Bergman空间 L a 2 ( d A ) L 2 ( D , d A ) 上全体解析函数构成的空间。定义 L a 2 ( d A ) 上的内积为

f , g = D f ( z ) g ( z ) ¯ d A ( z ) , f , g L a 2 ( d A ) .

Bergman空间 L a 2 ( d A ) 上的再生核

设P是 L 2 ( D , d A ) L a 2 ( d A ) 的正交投影,积分算子P表示为

P f ( z ) = D K ( z , w ) f ( w ) d A ( w ) = D f ( w ) ( 1 z w ¯ ) 2 d A ( w ) .

L ( D ) D 上全体本质有界可测函数构成的空间。对 φ L ( D ) ,以 φ 为符号的算子 T φ : L a 2 ( d A ) L a 2 ( d A ) 定义为

T φ f = P ( φ f ) , f L a 2 ( d A ) .

T φ 被称为Bergman空间 L a 2 ( d A ) 上的Toeplitz算子。以 T φ * 定义 T φ 的共轭算子。对 T φ L a 2 ( d A ) ,如果 T φ * T φ = T φ T φ * ,则 T φ 是正规的;如果 T φ * T φ T φ = T φ T φ * T φ ,则 T φ 是拟正规的;如果 T φ T φ * T φ * T φ = T φ * T φ T φ T φ * ,则 T φ 是双正规的。这三类算子之间的关系如下

设a和b是复数, φ ψ 是上的有界函数。则Toeplitz算子有如下性质:

a) T a φ + b ψ = a T φ + b T ψ

b) T φ ¯ = T φ *

如果 φ H ,则

c) T ψ T φ = T ψ φ

d) T φ ¯ T ψ = T φ ¯ ψ

3. 以非调和函数为符号的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性

本节主要研究了两个非调和函数,分别是 φ ( z ) = z n + λ | z | s ψ ( z ) = a z n z ¯ m + b z ¯ n z m ,并给出了Toeplitz算子拟正规和双正规的充要条件。首先介绍本文常用的一个引理:

引理3.1 [9] 如果 k 0 并且 s ( 0 , ) ,则

1) P ( z k | z | s ) = 2 ( k + 1 ) 2 k + s + 2 z k

2) P ( z k z ¯ s ) = { k s + 1 k + 1 z k s k s 0 k < s

命题3.2 设 φ ( z ) = z n + λ | z | s ,其中 n > 0 s z D λ 。则

1) T φ 不是拟正规的;

2) T φ 是双正规的当且仅当 λ = 0

证明:1) 由引理2.1,有 T φ 1 = T z n + λ | z | s 1 = P ( z n ) + λ P ( | z | s ) = z n + 2 s + 2 λ ,进一步 T φ * T φ 1 = 1 n + 1 + ( 2 s + 2 ) 2 | λ | 2 + 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 λ ¯ z n n 1 ,再次运用引理2.1,可得

T φ T φ * T φ 1 = 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 λ ¯ z 2 n + 1 n + 1 z n + ( 2 s + 2 ) 2 | λ | 2 z n + ( 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 ) 2 | λ | 2 z n + 2 ( n + 1 ) ( s + 2 ) λ + ( 2 s + 2 ) 3 λ | λ | 2 ,

相似地,

T φ * T φ T φ 1 = 2 ( 2 n + 1 ) 4 n + s + 2 λ ¯ z 2 n + n + 1 2 n + 1 z n + 4 ( n + 1 ) ( s + 2 ) ( 2 n + s + 2 ) | λ | 2 z n + ( 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 ) 2 | λ | 2 z n + 2 ( n + 1 ) ( s + 2 ) λ + 2 2 n + s + 2 λ + ( 2 s + 2 ) 3 λ | λ | 2 .

T φ 是拟正规的,则 T φ T φ * T φ 1 = T φ * T φ T φ 1 。若 λ = 0 ,对比 z n 的系数,有 1 n + 1 = n + 1 2 n + 1 ,矛盾;若 λ 0 ,对比 z 2 n 的系数,有 n + 1 2 n + s + 2 = 2 n + 1 4 n + s + 2 ,矛盾。因此不论 λ 为何值, T φ 都不是拟正规的。

2) 证明过程同1),其中

T φ T φ * T φ * T φ 1 = ( 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 ) 2 λ ¯ 2 z 2 n + 2 2 n + s + 2 λ ¯ z n + 2 ( n + 1 ) ( s + 2 ) λ ¯ z n + ( 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 ) 3 | λ | 2 z n + ( 2 s + 2 ) 3 λ ¯ | λ | 2 z n + 4 ( 2 n + s + 2 ) ( s + 2 ) | λ | 2 + 4 ( n + 1 ) ( s + 2 ) 2 | λ | 2 + ( 2 s + 2 ) 4 | λ | 4 ,

同理可得,

T φ * T φ T φ T φ * 1 = 4 ( 2 n + 1 ) ( s + 2 ) ( 4 n + s + 2 ) λ ¯ 2 z 2 n + 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) ( s + 2 ) λ ¯ z n + ( 2 s + 2 ) 2 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 λ ¯ | λ | 2 z n + ( 2 ( n + 1 ) 2 n + s + 2 ) 2 2 s + 2 λ ¯ | λ | 2 z n + 2 s + 2 ( 2 s + 2 1 n + 1 + 2 2 n + s + 2 ) | λ | 2 + ( 2 s + 2 ) 4 | λ | 4 .

T φ 是双正规的,则 T φ T φ * T φ * T φ 1 = T φ * T φ T φ T φ * 1 。若 λ = 0 ,则等式成立。若 λ 0 ,对比 z 2 n 的系数,可得 ( n + 1 2 n + s + 2 ) 2 ( 2 n + 1 ) ( s + 2 ) ( 4 n + s + 2 )

λ = 0 时, φ ( z ) = z n ,此时对 k ,有

T φ T φ * T φ * T φ z k = T z n T z n z ¯ 2 n z k = { k n + 1 k + n + 1 z k , k n , 0 , k < n ,

T φ * T φ T φ T φ * z k = T z ¯ n z 2 n T z ¯ n z k = { k n + 1 k + n + 1 z k , k n , 0 , k < n ,

因此 T φ 是双正规的当且仅当 λ = 0 。结论得证。

n = s = 1 时,得到一个简单的实例如下:

例3.3 设 φ ( z ) = z + λ | z | ,其中 z D λ 。则

1) T φ 不是拟正规的;

2) T φ 是双正规的当且仅当 λ = 0

为了讨论以 φ ( z ) = a z n z ¯ m + b z ¯ n z m 为符号的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性,首先给出一个必要的引理:

引理3.4 [8] 设 ψ ( z ) = a z m z ¯ n + b z ¯ t z s ,其中 m n 0 t s 0 a , b 且非零。则 T φ 是正规的当且仅当 φ ( z ) 有形式

ψ ( z ) = ( a + b ) | z | 2 m ψ ( z ) = a z m z ¯ n + b z ¯ m z n ( | a | = | b | ) .

命题3.5 设 ψ ( z ) = a z n z ¯ m + b z ¯ n z m ,其中 n m > 0 , a , b 且非零,则

1) T ψ 是拟正规的当且仅当 | a | = | b |

2) T ψ 是双正规的当且仅当 | a | = | b |

证明:1) 根据引理2.4和 T ψ 是正规的则 T ψ 是拟正规的可得充分性,下证必要性。

由引理2.1可知

T ψ z n m = T a z n z ¯ m + b z ¯ n z m z n m = a P ( z 2 n m z ¯ m ) + b P ( z n z ¯ n ) = a 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 2 n 2 m + b 1 n + 1 ,

再次利用引理2.1,

T ψ T ψ z n m = T a z n z ¯ m + b z ¯ n z m ( a 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 2 n 2 m + b 1 n + 1 ) = a 2 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 3 n 3 m + a b [ n m + 1 ( n + 1 ) 2 + ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] z n m ,

T ψ * T ψ z n m = T a ¯ z ¯ n z m + b ¯ z n z ¯ m ( a 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 2 n 2 m + b 1 n + 1 ) = a b ¯ 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 3 n 3 m + [ | a | 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + | b | 2 n m + 1 ( n + 1 ) 2 ] z n m ,

进一步,

T ψ * T ψ T ψ z n m = a 2 b ¯ 4 n 4 m + 1 4 n 3 m + 1 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 4 n 4 m + a | a | 2 3 n 3 m + 1 ( 3 n 2 m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) 2 2 n m + 1 z 2 n 2 m + a | b | 2 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 [ n m + 1 ( n + 1 ) 2 + ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] z 2 n 2 m + b | a | 2 1 n + 1 [ n m + 1 ( n + 1 ) 2 + ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] ,

同样地,

T ψ T ψ * T ψ z n m = a 2 b ¯ 4 n 4 m + 1 4 n 3 m + 1 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 z 4 n 4 m + a | b | 2 3 n 3 m + 1 ( 3 n 2 m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) 2 2 n m + 1 z 2 n 2 m + a 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 [ | b | 2 n m + 1 ( n + 1 ) 2 + | a | 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] z 2 n 2 m + b 1 n + 1 [ | b | 2 n m + 1 ( n + 1 ) 2 + | a | 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] ,

T ψ 是拟正规的,则 T ψ T ψ * T ψ z n m = T ψ * T ψ T ψ z n m 。对比常数项,有

| a | 2 b 1 n + 1 [ n m + 1 ( n + 1 ) 2 + ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] = b 1 n + 1 [ | b | 2 n m + 1 ( n + 1 ) 2 + | a | 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 ] ,

( | a | 2 | b | 2 ) n m + 1 ( n + 1 ) 2 = 0 ,

因为 n m ,所以 n m + 1 ( n + 1 ) 2 0 ,由此可得 | a | = | b |

2) 同样容易得到充分性,下证必要性。通过直接的计算可得

T ψ T ψ * T ψ * T ψ 1 = a 2 b ¯ 2 n m + 1 n + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 4 n 4 m + 1 4 n 3 m + 1 z 4 n 4 m + a b ¯ | b | 2 n m + 1 n + 1 3 n 3 m + 1 2 n m + 1 ( 2 n 2 m + 1 ) 2 ( 3 n 2 m + 1 ) 2 z 2 n 2 m + a b ¯ | a | 2 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 [ ( n m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + ( n m + 1 ) 2 ( n + 1 ) 3 ] z 2 n 2 m + | a | 2 | b | 2 1 n + 1 [ ( n m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + ( n m + 1 ) 2 ( n + 1 ) 3 ] ,

T ψ * T ψ T ψ T ψ * 1 = a 2 b ¯ 2 n m + 1 n + 1 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 3 n 3 m + 1 3 n 2 m + 1 4 n 4 m + 1 4 n 3 m + 1 z 4 n 4 m + a b ¯ | a | 2 n m + 1 n + 1 3 n 3 m + 1 2 n m + 1 ( 2 n 2 m + 1 ) 2 ( 3 n 2 m + 1 ) 2 z 2 n 2 m + a b ¯ | b | 2 2 n 2 m + 1 2 n m + 1 [ ( n m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + ( n m + 1 ) 2 ( n + 1 ) 3 ] z 2 n 2 m + | a | 2 | b | 2 1 n + 1 [ ( n m + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( n + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + ( n m + 1 ) 2 ( n + 1 ) 3 ] ,

对比 z 2 n 2 m 的系数,可得

a b ¯ ( | a | 2 | b | 2 ) G ( n , m ) = 0 ,

其中 G ( n , m ) = ( n m + 1 ) ( 2 n 2 m + 1 ) ( 2 n m + 1 ) 2 + n m + 1 ( n + 1 ) 2 ( 2 n 2 m + 1 ) ( 3 n 3 m + 1 ) ( 3 n 2 m + 1 ) 2 0 ,由于 a , b 非零,可得 | a | = | b |

4. 研究结论

本文研究Bergman空间上Toeplitz算子的拟正规性和双正规性,并给出两个以非调和函数为符号函数的Toeplitz算子的拟正规性和双正规性的充分必要条件。

文章引用

李 佳. Bergman空间上Toeplitz算子的拟正规性和双正规性
Quasi-Normality and Binormality of Toeplitz Operators on Bergman Spaces[J]. 应用数学进展, 2022, 11(01): 126-132. https://doi.org/10.12677/AAM.2022.111018

参考文献

  1. 1. Gu, C., Kang, D.O., Ko, E., et al. (2019) Binormal Toeplitz Operators on the Hardy Space. International Journal of Mathematics, 30, 1950001. https://doi.org/10.1142/S0129167X19500010

  2. 2. Park, J.D. (2006) Bounded Toeplitz Products on the Bergman Space of the Unit Ball. Integral Equations and Operator Theory, 54, 571-584. https://doi.org/10.1007/s00020-005-1405-1

  3. 3. Raimondo, R. (2000) Toeplitz Operators on the Bergman Space of the Unit Ball. Bulletin of the Australian Mathematical Society, 62, 273-285. https://doi.org/10.1017/S0004972700018748

  4. 4. Ahern, P. and Čučković, Ž. (2001) Products of Toeplitz Operators on the Bergman Space. Illinois Journal of Mathematics, 45, 113-121. https://doi.org/10.1215/ijm/1258138257

  5. 5. Gu, C. and Kang, D. (2014) Normal Toeplitz and Hankel Operators with Operator-Valued Symbols. Houston Journal of Mathematics, 40, 1155-1181.

  6. 6. Faour, N. (1989) On Quasinormal, Subnormal, and Hyponormal Toeplitz Operators. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 38, 121-129. https://doi.org/10.1007/BF02844854

  7. 7. Guediri, H. (2010) Quasinormality and Numerical Ranges of Certain Classes of Dual Toeplitz Operators. Abstract and Applied Analysis, 2010, Article ID 426319. https://doi.org/10.1155/2010/426319

  8. 8. Kim, S. and Lee, J. (2020) Normal Toeplitz Operators on the Bergman Space. Mathematics, 8, 1463. https://doi.org/10.3390/math8091463

  9. 9. Simanek, B. (2019) Hyponormal Toeplitz Operators with Non-Harmonic Algebraic Symbol. Analysis and Mathematical Physics, 9, 1613-1626. https://doi.org/10.1007/s13324-018-00279-2

期刊菜单