Didattica


Anno accademico 2012/13

Corso di Fondamenti di Analisi Matematica, corso di laurea triennale in Fisica
  • Orario del corso
    Martedì ore 14.30 - 16.30 aula 19
    Venerdì ore 16.00 - 18.00 aula 20
  • Programma di massima
    Spazi normati e operatori limitati. Spazi metrici e topologici. Nets, continuità, compattezza (locale). Teoria dell'integrazione alla Lebesgue. Spazi di Hilbert e operatori. Algebre di Banach e C*-algebre. C*-algebre commutative e teorema di Gelfand-Naimark. Teoria spettrale per operatori autoaggiunti (limitati) su spazi di Hilbert. Applicazioni alla Meccanica Quantistica. Rappresentazioni delle relazioni di commutazione canoniche e algebra di Weyl. Oscillatore armonico.

    Il corso è rivolto a studenti del terzo (o del secondo) anno. Prerequisito essenziale è la piena comprensione del contenuto dei corsi di Calcolo 1 e 2 e di Geometria. È inoltre consigliabile aver seguito i corsi di Meccanica Quantistica e Metodi Matematici della Fisica.
  • Calendario delle lezioni
    5/3 Spazi normati, metrici e topologici. Topologia indotta da una metrica. Intorni. Spazi di Hausdorff. Chiusura. Caratterizzazione dei chiusi metrici tramite successioni (esercizi).
    8/3 Nets e caratterizzazione della topologia tramite loro convergenza. Limiti di funzioni e continutià in uno spazio topologico. Operatori limitati tra spazi normati (esercizi).
    12/3 Norme topologicamente equivalenti, esempi, equivalenza di norme su spazi a dimensione finita. Spazi metrici completi e spazi di Banach, esempi (esercizi).
    15/3 B(X,Y) è di Banach per Y di Banach. Estensione di operatori limitati densamente definiti. Completamento di spazi metrici e normati. Non-compattezza della palla unitaria in spazi a dimensione infinita. Teorema di Heine-Borel (esercizi).
    19/3 Spazi topologici compatti e loro caratterizzazione tramite net. Richiami di teoria della misura: anelli, algebre, σ-algebre e misure su di essi; insiemi elementari in Rp e loro misura; misura esterna di Lebesgue e completamento della misura su un anello; misure di Lebesgue e Lebesgue-Stieltjes; boreliani; misure regolari (esercizi).
    22/3 Richiami di teoria dell'integrazione alla Lebesgue: spazi di misura e funzioni misurabili; funzioni semplici; definizione dell'integrale; teoremi di convergenza monotona, di Fatou e di convergenza dominata; confronto con l'integrale di Riemann. Spazi Lp come spazi di Banach. Densità delle funzioni continue (esercizi).
    26/3 Forme sesquilineari e prodotti scalari. Disuguaglianza di Cauchy-Schwarz. Spazi di Hilbert. Identità di polarizzazione e del parallelogramma. Esempi. Completamento di uno spazio prehilbertiano (esercizi).
    2/4 Ortogonali. Teorema della proiezione; proiettore su un sottospazio chiuso. Teorema di Riesz. Sistemi e basi ortonormali. Caratterizzazioni delle basi ortonormali (esercizi).
    5/4 Esistenza di basi ortonormali. Procedimento di Gram-Schmidt e spazi di Hilbert separabili. Forme sesquilineari limitate e operatori. Aggiunto di un operatore. C*-algebre. Spettro di un elemento in un'algebra di Banach. Esempi (esercizi).
    9/4 Proprietà dello spettro. Teorema del raggio spettrale. Spettri di elementi di una C*-algebra. Spettro e trasformata di Gelfand di un'algebra di Banach commutativa (esercizi).
    16/4 Ideali propri. Quozienti di spazi normati rispetto a sottospazi chiusi e di algebre di Banach rispetto a ideali chiusi. Continuità dei caratteri di un'algebra di Banach. Spettro di un elemento di un'algebra di Banach commutativa e caratteri (esercizi).
    19/4 Teorema di Stone-Weierstrass. Teorema di Gelfand-Naimark commutativo. Funtorialità contravariante dell'isomorfismo di Gelfand (esercizi).
    23/4 Stabilità dello spettro per C*-sottoalgebre. Calcolo funzionale continuo. Estensione a C*-algebre senza identità. Cono degli elementi positivi di una C*-algebra (esercizi).
    3/5 Operatori positivi su uno spazio di Hilbert. Calcolo funzionale boreliano. Misure spettrali. Teorema spettrale per operatori autoaggiunti limitati: esistenza (esercizi).
    7/5 Teorema spettrale per operatori autoaggiunti limitati: unicità. Caratterizzazione degli elementi dello spettro tramite la misura spettrale. Versione del teorema spettrale con operatori di moltiplicazione (senza dim.) (esercizi).
    10/5 Contrattività di *-omomorfismi tra C*-algebre. Stati e rappresentazioni; teorema di Gelfand-Naimark-Segal. Teorema di Gelfand-Naimark. Rappresentazioni irriducibili (esercizi).
    14/5 Stati puri e rappresentazioni irriducibili. Formulazione assiomatica della Meccanica Quantistica. Ensembles e procedure, stati e osservabili. Postulato C* (esercizi).
    17/5 Commutatività dell'algebra delle osservabili in Meccanica Classica. Principio di Heisenberg generalizzato. Minimalità del supporto di uno stato puro e "variabili nascoste". Princpio di sovrapposizione e regole di superselezione (esercizi).
    21/5 Relazioni di commutazione di Heisenberg e di Weyl. Realizzazione di Schroedinger delle relazioni di Weyl. Esistenza e unicità della C*-algebra di Weyl (esercizi).
    24/5 Rappresentazioni regolari dell'algebra di Weyl. Regolarità e irriducibilità della rappresentazione di Schroedinger. Teorema di unicità di von Neumann. Quantizzazione di Wigner-Weyl (esercizi).
    28/5 Dinamica di un sistema quantistico come gruppo a un parametro di automorfismi. Implementazione unitaria della dinamica in stati stazionari. Operator non limitati. Operatori chiusi. Aggiunto di un operatore e sua chiusura. Operatori hermitiani e autoaggiunti. Criterio fondamentale di autoaggiuntezza. Classificazione di von Neumann delle estensioni autoaggiunte (senza dim.). Spettro (esercizi).
    31/5 Teorema spettrale e calcolo funzionale boreliano per operatori autoaggiunti non limitati (cenni). Generatore di un gruppo untario fortemente continuo e teorema di Stone (esercizi).
    4/6 Hamiltoniana di un sistema quantistico. Equazioni del moto di Schroedinger e di Heisenberg. Hamiltoniana della particella libera. Teorema di Kato-Rellich (senza dim.) e hamiltoniana atomica (esercizi).
    7/6 Vettori analitici. Teorema di Nelson. Autoaggiuntezza e spettro dell'hamiltoniana dell'oscillatore armonico (esercizi).
  • Esercizi proposti a lezione
  • Note del corso
    Le note del corso 2012/13, sebbene non complete, non saranno più aggiornate. Col procedere delle lezioni, si renderanno disponibili le note del corso 2013/14. Ogni segnalazione di errori o imprecisioni sarà ben gradita.

    Versione del 28/2/14
Esercitazioni del corso di Analisi Matematica II, corsi di laurea triennale in Ingegneria Meccanica e Energetica, titolare prof. R. Longo

 Last modified: Oct. 8, 2014 by G.M.