• Aucun résultat trouvé

/ICJi j JJL /

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Partager "/ICJi j JJL / "

Copied!
4
0
0

Texte intégral

(1)

/

/ICJi j JJL /

.1

P.Exner

_gj;/t _ яy

сообщения обьеаиненного

ИНСТИТУТа ядерных иссJiедований дУб на

Е2-84-49

IMPROVED ROSEN' S CONDITIONS ON BOUND STATES

OF SCHRODINGER OPERATORS

1984

(2)

1. Introduction

V8rious quslit8tive methods for Qn8lyzing the discrete вpectrum

of Schr~dinger oper8torв h8ve been el8bOr8ted during the l8вt three dec8des- for 8 review вее Ref.1, Section XIII.3 • They ыrе of 8 gre8t physic8l intereвt, eвpec18lly bec8uee they c8n provide with 8n information 8bout ~disc(H) for the few-body 8nd m8ny-body H8gil- ton18ne, for which the qu8ntitвtive methods 8re uвually difficultto Ье

applied.It is not strange,therefore, that new results of this typc continue to 8ppe8r.

Recently, Rosen/ 2/ employed 8 Sobolev inequality to deduce 8 necess8ry condition for exiвtence of bound et8teв of 8 Schr~dinger

oper8tor Н=-6 + V on L2(1R3 ) , 8nd 8 lower bound to the ground- state energy of Н Тhеве reвultв 8re formul8ted in termв of 1nteg- r8le of cert81n powerв of 1 V 1 , 8nd no вyПIDietry of the potent18l is required. On the other h8nd, convergence of th~ mentioned 1ntegr8ls

demandв IVI to decreaвe r8pidly enough 8t infinity, excluding thuв

m8ny phyвic8lly intereвting с8вев. In thiв note, we are going to give 8n improvement which m8kes it ровв1Ьlе to rel8X thiв reвtriction. At the S8me time, we preвent exteneior. of the reвultв to 8DY dimenвion

d <: 3 of the configur8tion вр8се.

on

2. Тhе ;,;дin Resul t

We Bh8ll Ье concerned with the Schr~dinger oper8torв

~

=

L2(1id) , d ~ 3 • For 8 given Е. , we denote V_(t,x) m8x

1

О , Е. -V ( х)

J

H=-6~V

( 1 )

The functionв V_(t,.) 8re eвsent18l in formul8tion of our result

~ ' ,,~,.at ~-!C'i'-l'yt

1

I 11' "1' ;..;ot•,

w~ 1

БИ&Л!-·

--

(3)

Theorem: Suppo8e that Н 18 8elf-adjoint on D(H) =D(-A)(')D(V) (а) Let V (~,.)е Ld/2(Rd) , then the condition

1

d/2 _d Jt'1/2(~d(d-2) )d/2

v_<t,x) dx > кd е d- 1 (~) (2)

нd 2

r

2

18 nece88ary for the operator Н to have an eigenvalue below ~ ,

(Ь)

Let

V_(L,.)eL~/

2

(Rd)

for 8ome

Е.

and

1~1,

then any eigen- value Е of Н fulfil8 the inequвlity

( 1 1 1 )

2/d(f-1)

Е ~ Е. - ( 1- ,{ 1 )

J'

-d 2 Kdd d V- ( t 'х) fd 2 dx R

(3)

In partic~lar, thiв 18 true for the ground-вtate energy Во Proof : Since the improvementв of Ro8en'в argument8 follow the 8ame line, we limit ourselves with 8ketching the proof of the aввertion (Ь) ; the detail8 will Ье given in а forthcoming paper. The 8tarting point 18 the Sobolev inequality

11 Vf'U

2 ~ К

4 111f11q

(4)

where q = 2d/(d-2) and Kd 18 given Ьу (2). It the Ьевt con8tant for the inequalij{ (4) whoвe V8lue wa8 found Ьу Talenti/3/, and earlier

Ьу

Ro8en 4/ for d = 3 • If

'f

18

а

normalized eigenvector,

R'f/1

2 = 1 , correвponding to Е , then

Е

=

1/Vf/1~

+

J

V(x) ly,<x)l2 dx

~

Rd

~

1/

Vfll~

+

Е.

- jd V _ (

~, х) l1f< х) 1

2 dx R

во the inequality (4) giveв

Е ~E.+K~П"fU~-jd

V_(E,x)/'f'<x)/2

dx (5а)

IR

Next one ha8 to eвtimate the la8t term on the r.h.в. using twioe the Helder 1nequal1ty

J:

V_(t,x)/'f(x)/2 dx ~

R

~

(

~

V_(t,x)fd/2dx Y/fd

ll"fll~(f- 1 )/cl'll"f'll~/cf

R

2

(5Ь)

!

]

l1nally, one hав to aax1DI1ze the expre881on follow1ng from the 1nequa- 11t1eв (5) over 111J!Uq to get the .deвired re8ult.

3. Examples and Remarks

( 1) The Ro8en '8 re8ul t8 are recovered 1f d = 3 , t. = О and the potent1al V 18 non-po81t1ve. In part1cular, he treated the 8pher1- cally 8ymaetr1o exponential well, V(r) =-V

0 exp(-r/a) • Here the nece88ary cond1 t1on g1 ven Ьу ( 2) d1ffer8 Ьу О. б~ from the or1 t1cal value of v0a2 , lurthermore, the 1nequal1ty (3) for v0a2 >>1 and

f

~ 1. 7262 (

v

0 а2) 1/ 3 g1veв

[ 2 -1/3 2 -2/3

J

в0 ~-v0 1-1.73791(V0a) +O<<v0a) ) , wh1le the exact value 18 ea81ly found to Ье

в

0

"' -V

0 [ 1 - 2. 33810 < v

0a 2 )- 1/ 3 + 1. 45779 (V

0a 2 )-2/3 + O(v

0

1 а -2)

J

(11) Another в1mple three-d1men81onal example concern8 the 8phe- r1cally 8yaaetr1c вquare well, V(r) =-V

0

Э<a-r) • In th1в саве, the neoe88ary cond1t1on follow1ng from (2) 18 about 15~ from the cr1t1- cal value of

v

0a2 , The Ьевt lower bound from (3),

Е

0

~ -v0 [1- 2.10809 (V0a2 )- 1 ] ,

now ach1eved w1th а non-zero ~ ' and 1t 18 1ndependent of

r .

(111) The aввert1on (а) can Ье regarded al8o ав а conвequence of

Cw1kel-L1eb-Ro8enЬljum theorea (вее Ref.1, Theorem XIII.12, and Ref.5) except for the value of the conвtant. Moreover, the latter can Ъе ob- ta1ned from another Sobolev-1nequal1ty argument (cf. Ref.б, or Ref.7, Seotion III.9), The Roвen-type proof 1в, however, much more в1mple

and 8tra1ghtforward. Notioe al8o that for d = 3 and t. "'О , (2) be- oome8 а part1cular са8е of the GMGT-cond1tion (вее Ref.б, or Ref.1, Theorem XIII. 9) w1 th р = 3/2 •

(1v) In order to 11lu8trate how powerfull .the obtained cond1t1onв

Dlight Ье, we pre8ent two d-d1menв1onal example8 concern1ng thefollow- 1ng exactly вolveЬle proЬlea8 :

harmon1c oвc1llator V(r)

=

AJ2r2 (ба)

hydrogen-l1ke atom V(r) = 201'/r, (бЪ)

3

(4)

where r ,. 2

Z:

d xj • In both 2 св в ев, the 1neqll8l1 ty ( ' ' yieldв the lower bound j=l for 8 non-zero Е ; in the 11m1t

f_.l+

we get

Ьевt

Ео ~ 21/d(d(d-2) > 1/2 с.>

2

(78)

Е0 ~ -4 «. /d(d-2) (7Ь)

respectively (for det81lв вее the forthcoming p8per мentioned 8bove).

Since the ground-вt8te energieв 8re E0=~d for the oscillator, and Е

0

х -4~2/(d-1)2 for the hydrogen-like 8toшf8/, we see thвt both the lower bounds (7) 8re aвymptot1c8lly ex8ct with d~oo

References

1. Reed м. 8nd Simon в., Methods of Modern M8them8t1cal Рhувiсв,

Vol.4, Acsdemic Presв, New York, 1978.

2. Rosen G., Phyв.Rev.Lett., 1982, v.49, рр.1885-1887.

,. Tslenti G., Annali M8t.Pilr8 et Appl., 1976, v.110, рр.'5'-'72.

4. Roвen G., SIAИ J.of Appl.И8th., 1971, v.21, рр.,О-,2.

5. Lieb Е.Н., The N11mber of Bo11nd St8teв of One-Body Schrбdinger

Oper8tor вnd the Weyl ProЬlem, in "Geometry of the Lapl8ce Oper8tor" (R.Oвserm8n, A.Weinвtein, eds.), Proceedingв of Sympos18 in P11re M8them8t1cs, Vol.,б, рр.241-252, Amer.

Кath.Soc., Providence, Rhode Isl8nd, 1980.

б. Gl8ser V., M8rt1n А., Grбsвe Н. 8nd Th1rr1ng W., А F8m1ly of Opt1m8l Conditionв for the АЪвеnсе of Bound St8teв in 8 Potent18l, in "St11dies in M8them8tic8l Рhувiсв : Ess8ye in Honor of V.B8rgm8nn" (E.Lieb et вl., еdв. ), рр.169-194,

Princeton University Рrевв, 1976.

7. Simon Б., F11nction8l Integrвtion snd Q118nt11m Phyвics, Acsdemic

Рrевв, New York, 1979.

8. Bargmsnn V., Helv.Phyв.Act8,1972, v.45, рр.249-257.

Received Ьу PllЬ11sh1ng Department on January 30,1984

4

Экснер П.

Улучшенные условия Розена на связанные состояния операторов Шредингера

Е2-84-49

Выводится необходимое условие для того, чтобы оператор Шредингера

Н -!!. + V на I} (Rd ), d > 3, имел связанное состояние ниже заданной энергии

(, а также 011енка снизу -на энергию основного состояния оператора Н. Эти ус­

ловил выражаются только в терминах потенциала V и обобщают недавние результаты Розенана случаи размерности d>3 и для потенциалов, которые не должны быстро убывать на бесконечность.

Работа выполнена в Лаборатории теоретической физики ОИЯИ.

Сообщение Объединенного института ядерных исследований. Дубна \984

Exner

Р.

Improved

Rosen' s Condi ti ons on Bound States

of Schrodinger Operators

Е2-84-49

We derive а

necessary condition on

а

Schrodinger operator

н

=

-!!. + v

on

I} (Rd ), d ~ 3

to

have а Ьound state below а

qiven energy ( ,and

а lower Ьound

to the ground-state energy of

н.

These conditions are expressed in terms of the potential

v

alone, and generalize the recent results of Rosen to the dimensions

d > 3

and to the potential s that are not necessarily rapidly decreasinq. Some examples are given.

The investigation ·

has

Ьееn

performed at the Laboratory of Theoretical Physics, JINR.

Coaaunication of the Joint Institute for Nuclear Research. Dubna 1984

Références

Documents relatifs

L'adverbe poodaľ indique que X est éloigné de Y раї rapport à la position normale des objets dans une situation donnée : ici dans le cadre de la conversation où,

За последние 15 лет эти организации все в большей мере признают, что проблема устойчивости к антибиотикам является также проблемой безопасности пищевых

Находящийся в штаб-квартире ВОЗ Департамент по питанию для здоровья и развития вместе со своими внутренними партнерами будет обеспечивать

Данные правила должны включать в себя надлежащую гигиену рук и, при необходимости, правильное использование медицинских масок или респираторов, не только

Государства-члены обратились с просьбой во Всемирную организацию здравоохранения (ВОЗ) подготовить методические рекомендации относительно

EXPRESSES CONCERN at the deterioration in the health conditions of the Arab population in the occupied Ar^b territories, affirming that it is the role of the World Health

d У сводной оценки чувствительности для образцов откашливаемой или индуцированной мокроты был широкий доверительный интервал 95% (более ±10% от точечной

A.. Для каждого результата качество данных расценивалось как высокое, т.к. все исследования были поперечными или когортными, в них включались пациенты