Joachim Weidmann – författare

This English edition is almost identical to the German original Lineare Operatoren in Hilbertriiumen, published by B. G. Teubner, Stuttgart in 1976. A few proofs have been simplified, some additional exercises have been included, and a small number of new results has been added (e.g., Theorem 11.11 and Theorem 11.23). In addition a great number of minor errors has been corrected. Frankfurt, January 1980 J. Weidmann vii Preface to the German edition The purpose of this book is to give an introduction to the theory of linear operators on Hilbert spaces and then to proceed to the interesting applica­ tions of differential operators to mathematical physics. Besides the usual introductory courses common to both mathematicians and physicists, only a fundamental knowledge of complex analysis and of ordinary differential equations is assumed. The most important results of Lebesgue integration theory, to the extent that they are used in this book, are compiled with complete proofs in Appendix A. I hope therefore that students from the fourth semester on will be able to read this book without major difficulty. However, it might also be of some interest and use to the teaching and research mathematician or physicist, since among other things it makes easily accessible several new results of the spectral theory of differential operators.

This English edition is almost identical to the German original Lineare Operatoren in Hilbertriiumen, published by B. G. Teubner, Stuttgart in 1976. A few proofs have been simplified, some additional exercises have been included, and a small number of new results has been added (e.g., Theorem 11.11 and Theorem 11.23). In addition a great number of minor errors has been corrected. Frankfurt, January 1980 J. Weidmann vii Preface to the German edition The purpose of this book is to give an introduction to the theory of linear operators on Hilbert spaces and then to proceed to the interesting applica­ tions of differential operators to mathematical physics. Besides the usual introductory courses common to both mathematicians and physicists, only a fundamental knowledge of complex analysis and of ordinary differential equations is assumed. The most important results of Lebesgue integration theory, to the extent that they are used in this book, are compiled with complete proofs in Appendix A. I hope therefore that students from the fourth semester on will be able to read this book without major difficulty. However, it might also be of some interest and use to the teaching and research mathematician or physicist, since among other things it makes easily accessible several new results of the spectral theory of differential operators.

Seit Erscheinen meines Buches "Lineare Operatoren in Hilberträumen" [38] im Jahre 1976 und dessen englischer Übersetzung [39] im Jahre 1980 haben mich viele freundliche Stellungnahmen erreicht. Häufig wurde aber auch bedauert, daß die Anwendungen auf Differentialoperatoren der Quantenme­ chanik und auf die Streutheorie aus Gründen des Umfangs nur sehr un­ befriedigend behandelt werden konnten. Dieser Mangel soll jetzt behoben werden. Dazu ist allerdings die Verteilung des Stoffes auf zwei Bände nötig geworden. Ich bin Herrn Dr. P. Spuhler vom Teubner-Verlag sehr dankbar dafür, daß er diesen Plan von Anfang an unterstützte. Der vorliegende erste Teil soll die Grundlagen der Theorie darstellen; Anwen­ dungen treten hier nur in Form von illustrativen Beispielen auf. Dabei hat es auf Hilberträume zu be­ sich als nützlich erwiesen, sich nicht von Anfang an schränken, sondern, soweit dies die Darstellung nicht zu sehr belastet, auch allgemeinere normierte oder Banachräume zu betrachten. Dieser erste Band sollte deshalb eine für Mathematiker und Physiker nützliche Einführung in die Grundlagen der Funktionalanalysis und der Hilbertraumtheorie bieten, die auch zum Selbststudium geeignet ist. Als Voraussetzung zur Lektüre soll­ te dabei der Stoff der üblichen Anfängervorlesungen für Mathematiker oder Physiker und einige Kenntnisse aus der Funktionentheorie und der Theo­ rie der gewöhnlichen Differentialgleichungen genügen. Eine für diese Zwecke geeignete vollständige Einführung in die Lebesguesche Integration wird in Anhang A gegeben. Der geplante zweite Teil wird dann Anwendungen auf die gewöhnlichen und partiellen Differentialoperatoren der Quantenmechanik einschließlich einer Einführung in die Streutheorie enthalten.

Seit Erscheinen meines Buches "Lineare Operatoren in Hilberträumen" [38] im Jahre 1976 und dessen englischer Übersetzung [39] im Jahre 1980 haben mich viele freundliche Stellungnahmen erreicht. Häufig wurde aber auch bedauert, daß die Anwendungen auf Differentialoperatoren der Quantenme­ chanik und auf die Streutheorie aus Gründen des Umfangs nur sehr un­ befriedigend behandelt werden konnten. Dieser Mangel soll jetzt behoben werden. Dazu ist allerdings die Verteilung des Stoffes auf zwei Bände nötig geworden. Ich bin Herrn Dr. P. Spuhler vom Teubner-Verlag sehr dankbar dafür, daß er diesen Plan von Anfang an unterstützte. Der vorliegende erste Teil soll die Grundlagen der Theorie darstellen; Anwen­ dungen treten hier nur in Form von illustrativen Beispielen auf. Dabei hat es auf Hilberträume zu be­ sich als nützlich erwiesen, sich nicht von Anfang an schränken, sondern, soweit dies die Darstellung nicht zu sehr belastet, auch allgemeinere normierte oder Banachräume zu betrachten. Dieser erste Band sollte deshalb eine für Mathematiker und Physiker nützliche Einführung in die Grundlagen der Funktionalanalysis und der Hilbertraumtheorie bieten, die auch zum Selbststudium geeignet ist. Als Voraussetzung zur Lektüre soll­ te dabei der Stoff der üblichen Anfängervorlesungen für Mathematiker oder Physiker und einige Kenntnisse aus der Funktionentheorie und der Theo­ rie der gewöhnlichen Differentialgleichungen genügen. Eine für diese Zwecke geeignete vollständige Einführung in die Lebesguesche Integration wird in Anhang A gegeben. Der geplante zweite Teil wird dann Anwendungen auf die gewöhnlichen und partiellen Differentialoperatoren der Quantenmechanik einschließlich einer Einführung in die Streutheorie enthalten.

Die im Teil I "Lineare Operatoren in Hilberträumen" dargestellten Grundlagen werden in diesem zweiten Teil benutzt, um die Spektraltheorie von Ein- und Mehrteilchen-Schrödingeroperatoren sowie des Dirac-Operators eingehend zu untersuchen. Eine einfache Darstellung der Methode der Separation der Variablen und der Kugelfunktionen erlaubt es, viele Operatoren durch Separation der Variablen auf einfachere zurückzuführen und damit sehr detaillierte Resultate über deren Spektren zu erzielen. Die Grundlagen der "einfachen" Streutheorie sowie deren wichtigste Resultate der letzten Jahrzehnte werden ausführlich dargestellt.

These notes will be useful and of interest to mathematicians and physicists active in research as well as for students with some knowledge of the abstract theory of operators in Hilbert spaces. They give a complete spectral theory for ordinary differential expressions of arbitrary order n operating on -valued functions existence and construction of self-adjoint realizations via boundary conditions, determination and study of general properties of the resolvent, spectral representation and spectral resolution. Special attention is paid to the question of separated boundary conditions, spectral multiplicity and absolutely continuous spectrum. For the case nm=2 (Sturm-Liouville operators and Dirac systems) the classical theory of Weyl-Titchmarch is included. Oscillation theory for Sturm-Liouville operators and Dirac systems is developed and applied to the study of the essential and absolutely continuous spectrum. The results are illustrated by the explicit solution of a number of particular problems including the spectral theory one partical Schrödinger and Dirac operators with spherically symmetric potentials. The methods of proof are functionally analytic wherever possible.