In matematica, il teorema di Hilbert–Schmidt, conosciuto anche come teorema di espansione di autofunzioni, è un teorema che caratterizza gli operatori compatti e autoaggiunti su uno spazio di Hilbert.

Si tratta di un risultato molto utile nello studio delle condizioni al contorno dell'operatore ellittico, che avviene nell'ambito delle equazioni differenziali alle derivate parziali.

Sia ${\displaystyle A}$ un operatore compatto e autoaggiunto definito su uno spazio di Hilbert ${\displaystyle H}$. Allora esiste una base ortonormale completa ${\displaystyle \{\phi _{n}\))$ di ${\displaystyle H}$ tale che:^[1]

${\displaystyle A\phi _{n}=\lambda _{n}\phi _{n}\qquad \forall n=1,2,\dots }$

ed inoltre:

${\displaystyle \lim _{n\to +\infty }\lambda _{n}=0}$

In particolare, le funzioni ${\displaystyle \{\phi _{n}\))$ permettono di scrivere ${\displaystyle A}$ nel seguente modo:

${\displaystyle Au=\sum _{n=1}^{N}\lambda _{n}\langle \phi _{n},u\rangle \phi _{n}\qquad \forall u\in H}$

• (EN) Michael Reed, Barry Simon, Methods of Modern Mathematical Physics, Vol. 1: Functional Analysis, 2ª ed., San Diego, California, Academic press inc., 1980, ISBN 0-12-585050-6.
• (EN) Renardy, Michael and Rogers, Robert C., An introduction to partial differential equations, Texts in Applied Mathematics 13, Second edition, New York, Springer-Verlag, 2004, p. 356, ISBN 0-387-00444-0.

• Operatore (matematica)
• Operatore limitato
• Operatore compatto

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