겔판드 표현

함수해석학에서 겔판드 표현(이즈라일 겔판드의 이름을 따서 명명됨)은 다음 두 가지 중 하나다.

 가환 바나흐 대수를 연속 함수의 대수로 표현하는 방법;
 가환 C*-대수학의 경우 이 표현은 등장 동형사상이라는 사실이다.

전자의 경우 겔판드 표현을 적분 가능한 함수의 푸리에 변환의 광범위한 일반화로 볼 수 있다. 후자의 경우 겔판드-나이마크 표현 정리는 정규 연산자에 대한 스펙트럼 이론을 만드는 한 가지 방법이며, 정규 행렬을 대각화하는 개념을 일반화한다.

역사적 언급 
겔판드의 원래 응용 중 하나(역사적으로 바나흐 대수 연구의 많은 동기를 부여한 응용)는 군 대수 와  각각의 대수에서 변환이 조밀 부분 공간을 생성하는 원소들을 특성화 함으로써 유명한 노베르트 위너의 보조정리를 더욱 짧고 개념적으로 증명을 하는데 있다.

모델 대수학 
임의의 국소 콤팩트 하우스도르프 위상 공간 에 대해, 에서 정의된 무한대에서 영인 연속 복소 함수들의 공간 는 가환 -대수이다:

 복소수들에 대한 대수 구조는 덧셈과 곱셈의 점별 연산을 고려하여 얻는다.
 인볼루션은 점별 복소 켤레이다.
 노름은 함수에 대한 고른 노름이다.

가 국소 콤팩트 하우스도르프인 것의 중요성은 이것이 를 완비 정규 공간으로 바꾼다는 것이다. 그러한 공간에서 의 모든 닫힌 부분 집합은 에서 정의된 연속 복소 함수 족의 공통 영 집합이므로 에서 의 위상를 복원할 수 있다.

는 가 콤팩트인 경우에만 단위 대수이며, 이 경우 는 에서 정의된 모든 연속 복소 함수들의 대수인 와 같다.

가환 바나흐 대수학의 겔판드 표현 
가 복소수 체 에 대해 정의된 가환 바나흐 대수라 하자. 이 아닌 대수 준동형사상 (곱셈적 선형 범함수) 는 의 특성이라고 한다; 의 모든 특성들의 집합은 로 표시된다.

위의 모든 특성이 표시될 수 있다.  자동으로 연속이므로 는 에서 정의된 연속 선형 범함수 공간 의 부분 집합이다; 게다가  약한-* 상대 위상을 부여했을 때, 는 국소 콤팩트 및 하우스도르프로 밝혀졌다. (이것은 바나흐–엘러오글루 정리에 따라 그렇다.) 공간 가 콤팩트함은(방금 정의된 위상에서) 대수 가 항등원을 가짐과 동치이다.

주어진 에 대해, 함수 를 로 정의한다. 의 정의와 이 위의 위상은 가 연속이며 무한대에서 임을 보장한다. 사상 는 에서 로 가는 노름 감소 단위 보존 대수 동형 사상을 정의한다. 이 준동형사상은 의 겔판드 표현이다. 그리고 는 원소 의 겔판드 변환이다. 일반적으로 표현은 단사도 전사도 아니다.

에 항등원이 있는 경우에 와  안의 극대 이데알들의 집합 사이에 전단사가 있고(이것은 겔판드-마주르 정리에 의존한다). 결과적으로 겔판드 표현 의 핵은 의 제이콥슨 라디칼과 동일시될 수 있다. 따라서 겔판드 표현은 가 (제이콥슨) 반단순인 경우에만 단사이다.

예 
인 경우에, 의 군 대수, 그러면 는 과 위상동형이고 의 겔판드 변환은 푸리에 변환 이다.

, -실 반직선의 컨볼루션 대수인 경우에, 는 와 위상동형이고 의 원소의 겔판드 변환은 라플라스 변환 이다.

C*-대수의 경우 
동기 부여로, 특별한 경우 를 고려하자. 주어진 에 대해, 를 에서 점별 계산이라 하자. 즉, . 그러면, 는 의 특성이며 의 모든 특성이 이 형식임을 보일 수 있다. 더 정확한 분석은 를 와 함께 집합 뿐만 아니라 위상 공간으로 식별할 수 있음을 보여준다. 겔판드 표현은 다음 동형사상이다:

가환 C*-대수학의 스펙트럼 
로 표시되는 가환 -대수 의 스펙트럼 또는 겔판드 공간은 에서 복소수 공간으로 가는 이 아닌 *- 동형사상들의 집합으로 구성된다. 스펙트럼의 원소를 의 특성이라고 한다.(에서 복소수 공간으로 가는 모든 대수 준동형사상은 자동으로 *-동형이므로 '특성'이라는 용어의 정의는 위의 것과 일치한다. )

특히, 가환적 -대수학의 스펙트럼은 국지적으로 콤팩트한 하우스도르프 공간이다: 유니탈 경우, 즉 -대수가 곱셈 단위 원소 을 갖는 경우, 모든 문자 는 유니탈이어야 한다. 즉, 은 복소수 이다. 이것은 제로 동형을 제외한다. 그래서 는 약한-* 수렴에서 닫히고 스펙트럼은 실제로 콤팩트다. 단위가 아닌 경우에, 의 약한 -*닫음은 이며, 여기서 은 제로 준동형이고 콤팩트 하우스도르프 공간에서 한 점을 제거하면 국소 콤팩트 하우스도르프 공간이 생성된다.

스펙트럼은 과중한 단어임을 주의하라. 또한 이는 단위가 인 대수의 원소 의 스펙트럼 , 즉 에 대해 이 에서 가역이 아닌 복소수 의 집합도 나타낸다. 단위 -대수학의 경우 두 개념은 다음과 같은 방식으로 연결된다. 스펙트럼 반지름 공식과 함께 이것은 가 의 단위 공의 부분 집합이며, 약한-* 상대 위상이 주어질 수 있음을 보여준다. 이것이 점별 수렴의 위상이다.  스펙트럼의 원소의 그물 는 의 각 에 대해 복소수 그물 가 로 수렴하는 경우에만 로 수렴한다.

가 분리 가능한 -대수인 경우 약한-* 위상은 제한된 부분 집합에서 가측이다. 따라서 분리 가능한 가환 -대수 의 스펙트럼은 거리 공간으로 볼 수 있다. 따라서 위상은 수열의 수렴을 통해 특성화할 수 있다.

동등하게, 는 의 치역이며, 여기서 는 겔판드 표현이다.

가환 겔판드-나이마크 정리 
를 가환 -대수라고 하고 를 의 스펙트럼이라고 한다.

 

가 위에서 정의된 겔판드 표현이라 하자.

정리. 겔판드 사상 는 에서 로의 등장 *-동형사상이다.

아래의 아르베슨을 참조.

가환 -대수학의 스펙트럼은 또한 헐-커널 위상를 사용하여 의 모든 극대 이데알 의 집합으로 볼 수 있다. (일반적인 가환 바나흐 대수 예시에 대해서는 이전 설명 참조) 이러한 에 대해 몫 대수 은 차원(겔판드-마주르 정리에 의해)이므로 의 모든 는 에 대한 복소 함수를 발생시킨다.

단위원이 있는 -대수의 경우, 스펙트럼 사상은 단위 및 단위 보존 연속 *-동형사상을 갖는 가환 -대수 범주에서 콤팩트 하우스도르프 공간 및 연속 사상 범주로 반변 함자를 발생시킨다. 이 함자는 이 두 범주 사이의 반변 동치의 절반이다(각 콤팩트 하우스도르프 공간 에 -대수 를 할당하는 함자가 인접함). 특히, 콤팩트 하우스도르프 공간 와 가 주어지면 가 와 동형인 경우에만 는 와 동형이다(-대수).

'완전한' 겔판드–나이마크 정리는 겔판드 표현과 상당히 유사하지는 않지만 연산자의 대수학으로서 의 구체적인 표현을 제공하는 임의의(추상적) 비가환  대수 에 대한 결과이다.

응용 
가장 중요한 응용 중 하나는 -대수 의 정규 원소에 대한 연속 함수 미적분의 존재이다. 원소 는 가 인접 원소 와 교환하는 경우에만 정규이다. 가환 -대수 에 적용된 겔판드 동형사상에 의해 이것은 국소 콤팩트 공간에서 연속 함수의 대수에 대해 *-동형이다. 이 관찰은 거의 즉시 다음으로 이어진다.

정리. 를 항등원을 갖는 -대수라고 하고 를 의 정규 원소로 두자. 그러면, 스펙트럼 에서 로의 연속 함수의 대수로부터 다음과 같은 *-사상 가 존재한다.

 을 의 곱셈 항등식에 사상한다.
 스펙트럼의 항등 함수를 에 사상한다.

이를 통해 힐베르트 공간의 유계 정규 연산자에 연속 함수를 적용할 수 있다.

참조 

 
 
 
 

연산자 이론
함수해석학