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Weak operator topology

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4325: 25: 1585: 2005: 3510: 2709: 1371: 1813: 3251:
can sometimes be confusing. For instance, "strong convergence" for vectors in a normed space sometimes refers to norm-convergence, which is very often distinct from (and stronger than) than SOT-convergence when the normed space in question is
3402: 3122: 3799: 1768: 3695: 1580:{\displaystyle {\text{Tr}}\left(T_{\alpha }F\right)=\sum _{i=1}^{n}\lambda _{i}v_{i}^{*}\left(T_{\alpha }u_{i}\right)\longrightarrow \sum _{i=1}^{n}\lambda _{i}v_{i}^{*}\left(Tu_{i}\right)={\text{Tr}}(TF).} 2543: 510: 1349: 1670: 2000:{\displaystyle {\text{Tr}}\left(T_{\alpha }S\right)=\sum _{i}\lambda _{i}v_{i}^{*}\left(T_{\alpha }u_{i}\right)\longrightarrow \sum _{i}\lambda _{i}v_{i}^{*}\left(Tu_{i}\right)={\text{Tr}}(TS),} 6088: 1710: 1171: 5707: 860:
is the topology of pointwise convergence. Because the inner product is a continuous function, the SOT is stronger than WOT. The following example shows that this inclusion is strict. Let
2457: 5490: 902: 3178: 2765: 5580: 2798: 2949: 1028:
are precisely those that are continuous in the WOT (actually, the WOT is the weakest operator topology that leaves continuous all strongly continuous linear functionals on the set
2341: 221: 3839: 3393:, the weak topology can be very different than the weak operator topology. And while the WOT is formally weaker than the SOT, the SOT is weaker than the operator norm topology. 1262:. Since every finite-rank operator is trace-class, this implies that WOT is weaker than the σ-weak topology. To see why the claim is true, recall that every finite-rank operator 768: 584: 3739: 2997: 1801: 373: 5617: 3204: 1103: 2824: 2292: 5814: 4868: 4214: 5656: 5424: 5783: 5513: 968: 652: 935: 717: 619: 2226: 3591: 3371: 3285: 3249: 2901: 2859: 2531: 2496: 2376: 2252: 2194: 678: 536: 6081: 3336: 995: 749: 346: 319: 1055: 858: 796: 5809: 3877: 3553: 3533: 3391: 3309: 2090: 2058: 1123: 1015: 817: 413: 393: 288: 265: 245: 186: 162: 3505:{\displaystyle \{{\text{WOT-open sets in }}B(X,Y)\}\subseteq \{{\text{SOT-open sets in }}B(X,Y)\}\subseteq \{{\text{operator-norm-open sets in }}B(X,Y)\},} 6074: 4923: 4040: 3005: 4895: 4167: 4022: 5852: 4534: 4529: 4361: 3998: 42: 3747: 5242: 5184: 1715: 6330: 5083: 4522: 3599: 6151: 4550: 2704:{\displaystyle N(T,F,\Lambda ,\epsilon ):=\left\{S\in B(X,Y):\left|y^{*}((S-T)x)\right|<\epsilon ,x\in F,y^{*}\in \Lambda \right\},} 6325: 3890: 2092:. (Because WOT coincides with the σ-weak topology on bounded sets, multiplication is not jointly continuous in the σ-weak topology.) 89: 5976: 4724: 4507: 3979: 3870: 418: 108: 61: 1272: 6218: 6201: 4642: 4485: 4249: 4953: 5172: 5108: 4659: 3894: 68: 6191: 5167: 4846: 4625: 46: 5924: 4938: 1604: 5205: 4983: 4928: 4045: 2011: 5991: 4761: 4101: 5929: 5040: 5030: 4990: 4958: 4885: 4430: 4328: 4050: 4035: 3863: 75: 4968: 4065: 5845: 5378: 4354: 3850: 1210: 6246: 5737: 5539: 4908: 4903: 4588: 4310: 4070: 2018: 1678: 1128: 5672: 6032: 5945: 5201: 5015: 5000: 4798: 4771: 4736: 4481: 4264: 4188: 57: 5495: 5145: 4963: 4305: 35: 6267: 5189: 5162: 4808: 4477: 4121: 3593:
is a formally weaker topology than the SOT, but they nevertheless share some important properties. For example,
2381: 6251: 6052: 5712: 5005: 4995: 4913: 4055: 6223: 5981: 5446: 4851: 4778: 4732: 4647: 4472: 4157: 3958: 1025: 863: 828: 165: 4978: 4918: 4030: 3130: 2717: 5543: 2770: 4254: 2906: 1590:
Extending slightly, one can say that the weak-operator and σ-weak topologies agree on norm-bounded sets in
5950: 5919: 5838: 5020: 4933: 4714: 4466: 4460: 4347: 4285: 4229: 4193: 2300: 191: 547: 6131: 6001: 5955: 5898: 5804: 5799: 5274: 5222: 5179: 5103: 5056: 4793: 4455: 4422: 4395: 1069: 5093: 3703: 2954: 1773: 351: 6230: 5884: 5742: 5595: 4948: 4943: 4654: 4538: 4444: 4268: 3183: 1256: 1075: 2803: 2257: 82: 6304: 6161: 6136: 5880: 5386: 5343: 5157: 4880: 4610: 4417: 4234: 4172: 3886: 2158: 224: 122: 6181: 5819: 5730: 5634: 5397: 5368: 5364: 5353: 5323: 5319: 5140: 5098: 4705: 4615: 4560: 4407: 4259: 4126: 2295: 291: 5746: 940: 624: 1213:
or σ-weak topology. The weak-operator and σ-weak topologies agree on norm-bounded sets in 
907: 683: 589: 6213: 6006: 5986: 5959: 5903: 5875: 5500: 4973: 4754: 4697: 4677: 4239: 2199: 2095:
However, a weaker claim can be made: multiplication is separately continuous in WOT. If a net
1021: 542: 3822: 6283: 6016: 5893: 5130: 5125: 5113: 5025: 5010: 4873: 4813: 4788: 4719: 4709: 4572: 4517: 4244: 4162: 4131: 4111: 4096: 4091: 4086: 3923: 3561: 3341: 3255: 3219: 2871: 2829: 2501: 2466: 2346: 2231: 2164: 657: 515: 138: 3314: 973: 722: 324: 297: 6208: 6101: 5996: 5150: 5135: 5061: 5035: 4863: 4856: 4823: 4783: 4749: 4741: 4669: 4637: 4502: 4434: 4106: 4060: 4008: 4003: 3974: 3855: 2534: 1031: 834: 772: 3933: 6146: 5720: 5668: 5585: 5328: 5194: 4841: 4831: 4450: 4402: 4295: 4147: 3948: 3538: 3518: 3376: 3294: 2075: 2043: 1108: 1000: 802: 398: 378: 273: 250: 230: 171: 147: 6319: 6186: 6169: 6126: 5889: 5861: 5725: 5531: 5338: 5292: 5260: 5227: 5078: 5073: 5066: 4687: 4620: 4593: 4412: 4385: 4300: 4224: 3953: 3938: 3928: 3844: 3288: 142: 6066: 5237: 5232: 4692: 4682: 4555: 4545: 4390: 4370: 4290: 3943: 3913: 2999:. Thus, a topological base for the SOT is given by open neighborhoods of the form 3117:{\displaystyle N(T,F,\epsilon ):=\{S\in B(X,Y):\|(S-T)x\|<\epsilon ,x\in F\},} 6121: 6097: 6011: 5526: 5442: 5348: 5333: 5313: 5287: 5252: 4803: 4766: 4439: 4219: 4209: 4116: 3918: 1190: 24: 2149:
We can extend the definitions of SOT and WOT to the more general setting where
6116: 5631: 5592: 5282: 5247: 5088: 4836: 4598: 4152: 3992: 3988: 3984: 1062: 1024:
on the set of bounded operators on a Hilbert space that are continuous in the
6288: 6174: 6141: 5358: 4603: 4567: 1065:
of operators in the WOT is the same as the closure of that set in the SOT.
3794:{\displaystyle {\overline {S}}^{\text{SOT}}={\overline {S}}^{\text{WOT}},} 3515:
and these inclusions may or may not be strict depending on the choices of
5661: 5624: 5508: 5434: 5394: 5297: 5120: 134: 2861:
is a locally convex topological vector space when endowed with the WOT.
2060:
be the unilateral shift. Appealing to Cauchy-Schwarz, one has that both
5429: 5263: ((cs, lcs)-closed, (cs, bcs)-complete, (lower) ideally convex, (H 4512: 2037:, as an immediate consequence of its definition, is continuous in WOT. 4339: 3804:
in other words, SOT-closure and WOT-closure coincide for convex sets.
1763:{\displaystyle \sup \nolimits _{\alpha }\|T_{\alpha }\|=k<\infty ,} 3690:{\displaystyle (B(X,Y),{\text{SOT}})^{*}=(B(X,Y),{\text{WOT}})^{*}.} 5830: 6070: 5834: 4343: 3859: 3311:
is the coarsest topology that makes the linear functionals in
937:
of right shifts. An application of Cauchy-Schwarz shows that
505:{\displaystyle |y_{i}(T(x_{i})-S(x_{i}))|<\varepsilon _{i}} 18: 1344:{\displaystyle F=\sum _{i=1}^{n}\lambda _{i}u_{i}v_{i}^{*}.} 2040:
Multiplication is not jointly continuous in WOT: again let
2017:
Therefore every norm-bounded set is compact in WOT, by the
294:
of the following type: choose a finite number of vectors
3216:
The different terminology for the various topologies on
1665:{\displaystyle S=\sum _{i}\lambda _{i}u_{i}v_{i}^{*},} 5749: 5675: 5637: 5598: 5546: 5449: 5400: 3840:
Topologies on the set of operators on a Hilbert space
3750: 3706: 3602: 3564: 3541: 3521: 3405: 3379: 3344: 3317: 3297: 3258: 3222: 3186: 3133: 3008: 2957: 2909: 2874: 2832: 2806: 2773: 2720: 2546: 2504: 2469: 2384: 2349: 2303: 2260: 2234: 2202: 2196:
is the space of bounded linear operators of the form
2167: 2078: 2046: 1816: 1776: 1718: 1681: 1607: 1374: 1275: 1131: 1111: 1078: 1034: 1003: 976: 943: 910: 866: 837: 805: 775: 725: 686: 660: 627: 592: 550: 518: 421: 401: 381: 354: 327: 300: 276: 253: 233: 194: 174: 150: 6297: 6276: 6260: 6239: 6160: 6109: 6025: 5969: 5938: 5912: 5868: 5792: 5377: 5306: 5215: 5049: 4894: 4822: 4668: 4581: 4495: 4378: 4278: 4202: 4181: 4140: 4079: 4021: 3967: 3902: 2459:. The resulting family of seminorms generates the 49:. Unsourced material may be challenged and removed. 5777: 5701: 5650: 5611: 5574: 5484: 5418: 4215:Spectral theory of ordinary differential equations 3793: 3733: 3689: 3585: 3547: 3527: 3504: 3385: 3365: 3330: 3303: 3279: 3243: 3198: 3172: 3116: 2991: 2943: 2895: 2853: 2818: 2792: 2759: 2703: 2525: 2490: 2451: 2370: 2335: 2286: 2246: 2220: 2188: 2084: 2052: 1999: 1795: 1762: 1704: 1664: 1579: 1343: 1165: 1117: 1097: 1049: 1009: 989: 962: 929: 896: 852: 811: 790: 743: 711: 672: 646: 613: 578: 530: 504: 407: 387: 367: 340: 313: 282: 259: 239: 215: 180: 156: 1705:{\displaystyle \sum \nolimits _{i}\lambda _{i}} 1166:{\displaystyle T_{\alpha }^{*}T_{\alpha }\to 0} 5702:{\displaystyle S\left(\mathbb {R} ^{n}\right)} 3209:Relationships between different topologies on 6082: 5846: 5810:Mathematical formulation of quantum mechanics 4355: 3871: 1598:): Every trace-class operator is of the form 8: 3496: 3470: 3464: 3438: 3432: 3406: 3108: 3087: 3066: 3036: 2986: 2977: 2965: 2958: 2917: 2910: 2392: 2385: 2311: 2304: 1742: 1729: 1201:), and it generates the w*-topology on  1092: 1079: 924: 911: 210: 195: 3396:In general, the following inclusions hold: 2452:{\displaystyle \|T\|_{x,y^{*}}=|y^{*}(Tx)|} 799:, the bounded operators on a Hilbert space 6089: 6075: 6067: 5853: 5839: 5831: 4362: 4348: 4340: 3906: 3878: 3864: 3856: 1061:). Because of this fact, the closure of a 1057:of bounded operators on the Hilbert space 5766: 5748: 5689: 5685: 5684: 5674: 5642: 5636: 5603: 5597: 5551: 5545: 5485:{\displaystyle B_{p,q}^{s}(\mathbb {R} )} 5475: 5474: 5465: 5454: 5448: 5399: 3782: 3772: 3762: 3752: 3749: 3705: 3678: 3669: 3636: 3627: 3601: 3563: 3540: 3520: 3473: 3441: 3409: 3404: 3378: 3343: 3322: 3316: 3296: 3257: 3221: 3185: 3132: 3007: 2968: 2956: 2920: 2908: 2873: 2831: 2805: 2784: 2772: 2719: 2681: 2621: 2545: 2503: 2468: 2444: 2426: 2417: 2406: 2395: 2383: 2348: 2325: 2314: 2302: 2278: 2265: 2259: 2233: 2201: 2166: 2077: 2045: 1977: 1963: 1945: 1940: 1930: 1920: 1902: 1892: 1877: 1872: 1862: 1852: 1831: 1817: 1815: 1781: 1775: 1736: 1723: 1717: 1696: 1686: 1680: 1653: 1648: 1638: 1628: 1618: 1606: 1557: 1543: 1525: 1520: 1510: 1500: 1489: 1471: 1461: 1446: 1441: 1431: 1421: 1410: 1389: 1375: 1373: 1332: 1327: 1317: 1307: 1297: 1286: 1274: 1151: 1141: 1136: 1130: 1110: 1086: 1077: 1033: 1002: 981: 975: 948: 942: 918: 909: 897:{\displaystyle H=\ell ^{2}(\mathbb {N} )} 887: 886: 877: 865: 836: 804: 774: 724: 697: 685: 659: 638: 626: 591: 555: 549: 517: 496: 484: 472: 450: 431: 422: 420: 400: 380: 359: 353: 332: 326: 305: 299: 275: 252: 232: 193: 173: 149: 109:Learn how and when to remove this message 4168:Group algebra of a locally compact group 3173:{\displaystyle T\in B(X,Y),F\subseteq X} 2903:is generated by the family of seminorms 2760:{\displaystyle T\in B(X,Y),F\subseteq X} 767:The WOT is the weakest among all common 415:lies in the neighborhood if and only if 5575:{\displaystyle L^{\lambda ,p}(\Omega )} 3823:Combinatorial Set Theory of C*-algebras 3813: 2793:{\displaystyle \Lambda \subseteq Y^{*}} 5815:Ordinary Differential Equations (ODEs) 4929:Banach–Steinhaus (Uniform boundedness) 2944:{\displaystyle \|\cdot \|_{x},x\in X,} 755:Relationship with other topologies on 7: 2336:{\displaystyle \|\cdot \|_{x,y^{*}}} 216:{\displaystyle \langle Tx,y\rangle } 47:adding citations to reliable sources 6152:Topologies on spaces of linear maps 1683: 579:{\displaystyle T_{i}\subseteq B(H)} 5643: 5604: 5566: 5410: 2774: 2690: 2565: 1754: 586:of bounded operators converges to 14: 5977:Compact operator on Hilbert space 5307:Subsets / set operations 5084:Differentiation in FrĂ©chet spaces 3734:{\displaystyle S\subseteq B(X,Y)} 2072:is the identity operator for all 4324: 4323: 4250:Topological quantum field theory 3475:operator-norm-open sets in  2992:{\displaystyle \|T\|_{x}=\|Tx\|} 1796:{\displaystyle T_{\alpha }\to T} 368:{\displaystyle \varepsilon _{i}} 23: 16:Weak topology on function spaces 5612:{\displaystyle \ell ^{\infty }} 3199:{\displaystyle \epsilon >0.} 2010:by invoking, for instance, the 1098:{\displaystyle \{T_{\alpha }\}} 375:indexed by the same finite set 34:needs additional citations for 5772: 5753: 5569: 5563: 5479: 5471: 5413: 5407: 5001:Lomonosov's invariant subspace 4924:Banach–Schauder (open mapping) 3728: 3716: 3675: 3663: 3651: 3645: 3633: 3621: 3609: 3603: 3580: 3568: 3493: 3481: 3461: 3449: 3429: 3417: 3360: 3348: 3274: 3262: 3238: 3226: 3155: 3143: 3081: 3069: 3060: 3048: 3030: 3012: 2890: 2878: 2848: 2836: 2819:{\displaystyle \epsilon >0} 2742: 2730: 2648: 2642: 2630: 2627: 2606: 2594: 2574: 2550: 2520: 2508: 2485: 2473: 2445: 2441: 2432: 2418: 2365: 2353: 2287:{\displaystyle y^{*}\in Y^{*}} 2212: 2183: 2171: 1991: 1982: 1913: 1803:in WOT. For every trace-class 1787: 1571: 1562: 1482: 1157: 1044: 1038: 954: 891: 883: 847: 841: 785: 779: 738: 729: 706: 690: 608: 602: 573: 567: 485: 481: 478: 465: 456: 443: 437: 423: 348:, and positive real constants 1: 4046:Uniform boundedness principle 2012:dominated convergence theorem 4886:Singular value decomposition 3777: 3757: 2498:. Equivalently, the WOT on 270:Explicitly, for an operator 6331:Topology of function spaces 5651:{\displaystyle L^{\infty }} 5419:{\displaystyle ba(\Sigma )} 5288:Radially convex/Star-shaped 3851:Weak-star operator topology 2228:. In this case, each pair 2068:converges to 0 in WOT. But 1720: 1211:weak-star operator topology 1177:Weak-star operator topology 6347: 5946:Hilbert projection theorem 5778:{\displaystyle W(X,L^{p})} 4189:Invariant subspace problem 2800:is also a finite set, and 963:{\displaystyle T^{n}\to 0} 904:and consider the sequence 647:{\displaystyle y\in H^{*}} 6326:Topological vector spaces 6268:Transpose of a linear map 5925:Cauchy–Schwarz inequality 5324:Algebraic interior (core) 4939:Cauchy–Schwarz inequality 4582:Function space Topologies 4319: 3909: 3847: â€“ Mathematical term 3338:continuous; when we take 930:{\displaystyle \{T^{n}\}} 712:{\displaystyle y(T_{i}x)} 614:{\displaystyle T\in B(H)} 321:, continuous functionals 4158:Spectrum of a C*-algebra 2866:strong operator topology 2535:basic open neighborhoods 2533:is formed by taking for 2221:{\displaystyle T:X\to Y} 1026:strong operator topology 829:strong operator topology 823:Strong operator topology 58:"Weak operator topology" 4255:Noncommutative geometry 2537:those sets of the form 5779: 5703: 5652: 5613: 5576: 5486: 5420: 4589:Banach–Mazur compactum 4379:Types of Banach spaces 4311:Tomita–Takesaki theory 4286:Approximation property 4230:Calculus of variations 3795: 3735: 3691: 3587: 3586:{\displaystyle B(X,Y)} 3549: 3529: 3506: 3443:SOT-open sets in  3411:WOT-open sets in  3387: 3367: 3366:{\displaystyle B(X,Y)} 3332: 3305: 3281: 3280:{\displaystyle B(X,Y)} 3245: 3244:{\displaystyle B(X,Y)} 3200: 3174: 3118: 2993: 2945: 2897: 2896:{\displaystyle B(X,Y)} 2855: 2854:{\displaystyle B(X,Y)} 2820: 2794: 2761: 2705: 2527: 2526:{\displaystyle B(X,Y)} 2492: 2491:{\displaystyle B(X,Y)} 2461:weak operator topology 2453: 2372: 2371:{\displaystyle B(X,Y)} 2337: 2288: 2248: 2247:{\displaystyle x\in X} 2222: 2190: 2189:{\displaystyle B(X,Y)} 2086: 2054: 2029:The adjoint operation 2019:Banach–Alaoglu theorem 2001: 1797: 1764: 1706: 1666: 1581: 1505: 1426: 1345: 1302: 1243:in WOT if and only Tr( 1167: 1125:in SOT if and only if 1119: 1099: 1051: 1011: 991: 964: 931: 898: 854: 813: 792: 745: 713: 674: 673:{\displaystyle x\in H} 648: 615: 580: 532: 531:{\displaystyle i\in I} 506: 409: 389: 369: 342: 315: 284: 267:in the Hilbert space. 261: 241: 217: 188:to the complex number 182: 158: 127:weak operator topology 5956:Polarization identity 5899:Orthogonal complement 5805:Finite element method 5800:Differential operator 5780: 5704: 5653: 5614: 5577: 5487: 5421: 5261:Convex series related 5057:Abstract Wiener space 4984:hyperplane separation 4539:Minkowski functionals 4423:Polarization identity 4306:Banach–Mazur distance 4269:Generalized functions 3796: 3736: 3692: 3588: 3550: 3530: 3507: 3388: 3368: 3333: 3331:{\displaystyle X^{*}} 3306: 3282: 3246: 3201: 3180:is a finite set, and 3175: 3119: 2994: 2946: 2898: 2856: 2821: 2795: 2762: 2706: 2528: 2493: 2454: 2373: 2338: 2289: 2249: 2223: 2191: 2087: 2055: 2002: 1798: 1765: 1707: 1667: 1582: 1485: 1406: 1346: 1282: 1168: 1120: 1100: 1070:polarization identity 1052: 1012: 997:does not converge to 992: 990:{\displaystyle T^{n}} 965: 932: 899: 855: 814: 793: 746: 744:{\displaystyle y(Tx)} 714: 675: 649: 616: 581: 533: 507: 410: 390: 370: 343: 341:{\displaystyle y_{i}} 316: 314:{\displaystyle x_{i}} 292:base of neighborhoods 285: 262: 242: 218: 183: 159: 5930:Riesz representation 5885:L-semi-inner product 5747: 5673: 5635: 5596: 5544: 5447: 5398: 5387:Absolute continuity 5041:Schauder fixed-point 5031:Riesz representation 4991:Kakutani fixed-point 4959:Freudenthal spectral 4445:L-semi-inner product 4051:Kakutani fixed-point 4036:Riesz representation 3748: 3704: 3600: 3562: 3539: 3519: 3403: 3377: 3342: 3315: 3295: 3256: 3220: 3184: 3131: 3006: 2955: 2907: 2872: 2830: 2804: 2771: 2718: 2544: 2502: 2467: 2382: 2347: 2301: 2258: 2232: 2200: 2165: 2076: 2044: 1814: 1774: 1716: 1679: 1605: 1372: 1273: 1257:finite-rank operator 1129: 1109: 1076: 1068:It follows from the 1050:{\displaystyle B(H)} 1032: 1001: 974: 970:in WOT. But clearly 941: 908: 864: 853:{\displaystyle B(H)} 835: 803: 791:{\displaystyle B(H)} 773: 723: 684: 658: 625: 590: 548: 516: 419: 399: 379: 352: 325: 298: 274: 251: 231: 192: 172: 168:sending an operator 148: 129:, often abbreviated 43:improve this article 6305:Biorthogonal system 6137:Operator topologies 5951:Parseval's identity 5920:Bessel's inequality 5470: 5208:measurable function 5158:Functional calculus 5021:Parseval's identity 4934:Bessel's inequality 4881:Polar decomposition 4660:Uniform convergence 4418:Inner product space 4235:Functional calculus 4194:Mahler's conjecture 4173:Von Neumann algebra 3887:Functional analysis 1950: 1882: 1712:converges. Suppose 1658: 1530: 1451: 1337: 1146: 123:functional analysis 5820:Validated numerics 5775: 5731:Sobolev inequality 5699: 5648: 5609: 5572: 5501:Bounded variation 5482: 5450: 5435:Banach coordinate 5416: 5354:Minkowski addition 5016:M. 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