2. Problèmes aux limites singuliers
La thèse de Weyl (1910) est consacrée à l'étude du problème de Sturm-Liouville sur R+. Si L est un opérateur linéaire du second ordre auto-adjoint :
la théorie de Hilbert-Schmidt (cf. équations
différentielles, chap. 3) montre que, pour tout intervalle compact [0,
l], il existe une suite discrète de valeurs propres positives λ (c'est le spectre de
u) pour lesquelles l'équation L(
u) = λ
u admet une solution non triviale satisfaisant aux conditions limites
u′(0) =
au(0) et
u′(1) =
bu(1), où
a et
b sont des constantes réelles quelconques. Weyl montre que le passage à la limite pour
l → + ∞ fait en général apparaître un spectre continu, le développement de Sturm-Liouville étant remplacé par des formules analogues à l'intégrale de Fourier. Par passage au cas où λ est complexe, il met en évidence une dichotomie dans le comportement des solutions pour λ fixé et pour
l → + ∞ : ou bien, pour tout λ, l'équation L(
u) = λ
u a une solution unique à un facteur près de carré sommable sur
R+ (cas du « point limite »), ou bien toutes les solutions sont, pour tout λ complexe, de carré sommable sur
R+ (cas du « cercle limite »).
Dans un article de 1911, Weyl, en vue d'applications à la théorie de l'élasticité, reviendra sur la répartition des valeurs propres.
Tous ces résultats de Weyl sur les opérateurs annoncent les travaux de J. von Neumann sur les opérateurs non bornés.
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