Кіріспе
Функционалдық талдауда, бірлік операторы – ішкі көбейтіндісін сақтайтын Хилберт кеңістігіндегі сюръективті шектелген оператор. Бірлік операторлар көбінесе Хилберт кеңістігінде әрекет ететін операторлар ретінде қарастырылады, бірақ дәл осы түсінік Хилберт кеңістіктері арасындағы изоморфизм ұғымын анықтауға да қолданылады.
In functional analysis, a unitary operator is a surjective bounded operator on a Hilbert space that preserves the inner product. Unitary operators are usually taken as operating on a Hilbert space, but the same notion serves to define the concept of isomorphism between Hilbert spaces.
Мысалдар
Тұлға функциясы тривиальды түрде бірлік оператор болып табылады. R^(2)-дегі айналулар – бірлік операторлардың ең қарапайым емес мысалы. Айналу вектордың ұзындығын немесе екі вектор арасындағы бұрышты өзгерте алмайды. Бұл мысал R^(3)-ке дейін кеңейтілуі мүмкін. Комплекс сандардың C векторлық кеңістігінде абсолюттік шамасы 1-ге тең санға көбейту, яғни θ ∈ R үшін e^(iθ) түріндегі сан, бірлік оператор болып табылады. θ фаза деп аталады, ал осы көбейту фазаға көбейту деп аталады. θ-ның 2π модулі бойынша мәні көбейту нәтижесіне әсер етпейтінін ескеріңіз, сондықтан C-дегі тәуелсіз бірлік операторлар шеңбермен параметрленеді. Осы топ, жиын ретінде шеңбер болып табылады және U(1) деп аталады. Жалпы алғанда, бірлік матрицалар – шекті өлшемді Гильберт кеңістіктеріндегі бірлік операторлардың өзі, сондықтан бірлік оператор ұғымы бірлік матрица ұғымының жалпылануы болып табылады. Ортогональды матрицалар – барлық элементтері нақты болатын бірлік матрицалардың ерекше жағдайы. Олар R^(n)-дегі бірлік операторлар болып табылады. Бүтін сандармен индексиленген тізбе кеңістігіндегі ℓ^(2) екі жақты ауытқу бірлік оператор болып табылады. Жалпы алғанда, ортонормалды базаны ауыстыру арқылы әрекет ететін Гильберт кеңістігіндегі кез келген оператор бірлік болып табылады. Шекті өлшемді жағдайда, мұндай операторлар ауыстыру матрицалары болып табылады. Бір жақты ауытқу (оңға қарай жылжу) изометрия болып табылады; оның конъюгаты (солға қарай жылжу) коизометрия болып табылады. Фурье операторы – бірлік оператор, яғни дұрыс нормализациямен Фурье түрлендіруін орындайтын оператор. Бұл Парсеваль теоремасынан туындайды. Бірлік операторлар бірлік бейнелеулерде қолданылады. Кванттық логикалық қақпалар – бірлік операторлар. Барлық қақпалар Гермиттік емес. Біртұтас элемент – бірлік оператордың жалпылауы. Бірыңғай алгебрада алгебраның U элементі, егер , онда бірлік элемент деп аталады, мұнда I – көбейтуге қатысты сәйкестік элементі.
Қасиеттері
U операторының спектрі бірлік шеңберінде жатады. Яғни, спектрдегі кез келген λ комплекс саны үшін, бұл нормаль операторларға арналған спектрлік теореманың салдары ретінде қарастырылады. Теорема бойынша, U белгілі бір шекті өлшем кеңістігі (X, μ) үшін L^(2)(μ)-де Borel өлшенетін f-ке бірлік эквивалентті. Онда |f(x)| = 1, μ-ге дерлік барлық x үшін. Бұл f-тің негізгі диапазоны, демек U операторының спектрі бірлік шеңберде жататынын көрсетеді. Сызықтық оператор, егер ол сюръективті және изометриялық болса, онда ол унитар болады. (Тек қана «егер» бөлігін көрсету үшін поляризациялық тождествоны пайдаланыңыз.)