Generalized boundary triples, II : some applications of generalized boundary triples and form domain invariant Nevanlinna functions. - In: Mathematische Nachrichten, ISSN 1522-2616, Bd. 295 (2022), 6, S. 1113-1162
The paper is a continuation of Part I and contains several further results on generalized boundary triples, the corresponding Weyl functions, and applications of this technique to ordinary and partial differential operators. We establish a connection between Post's theory of boundary pairs of closed nonnegative forms on the one hand and the theory of generalized boundary triples of nonnegative symmetric operators on the other hand. Applications to the Laplacian operator on bounded domains with smooth, Lipschitz, and even rough boundary, as well as to mixed boundary value problem for the Laplacian are given. Other applications concern with the momentum, Schrödinger, and Dirac operators with local point interactions. These operators demonstrate natural occurrence of ES$ES$-generalized boundary triples with domain invariant Weyl functions and essentially selfadjoint reference operators A0.
https://doi.org/10.1002/mana.202000049
Relative oscillation theory and essential spectra of Sturm-Liouville operators. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mathematik, 2022. - 1 Online-Ressource (15 Seiten). - (Preprint ; M22,02)
The relationship between linear relations and matrix pencils is investigated. Given a linear relation, we introduce its Weyr characteristic. If the linear relation is the range (or the kernel) representation of a given matrix pencil, we show that there is a correspondence between this characteristic and the Kronecker canonical form of the pencil. This relationship is exploited to obtain estimations on the invariant characteristics of matrix pencils under rank one perturbations.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2022200169
On characteristic invariants of matrix pencils and linear relations. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mathematik, 2022. - 1 Online-Ressource (35 Seiten). - (Preprint ; M22,01)
The relationship between linear relations and matrix pencils is investigated. Given a linear relation, we introduce its Weyr characteristic. If the linear relation is the range (or the kernel) representation of a given matrix pencil, we show that there is a correspondence between this characteristic and the Kronecker canonical form of the pencil. This relationship is exploited to obtain estimations on the invariant characteristics of matrix pencils under rank one perturbations.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2022200140
The spectra of indefinite singular Sturm-Liouville operators. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (92 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
In der vorliegenden Arbeit werden die spektralen Eigenschaften singulärer Sturm-Liouville-Differentialoperatoren der Form Af=1/r(-(pf')' + qf) mit reellwertigen Koeffizienten p, q und r untersucht. Hierbei betrachten wir indefinite Gewichtsfunktionen r. Basierend auf Erkenntnissen der relativen Oszillationstheorie sowie der Floquet-Theorie für periodische Sturm-Liouville-Operatoren werden Kriterien nachgewiesen, welche die Stabilität der essentiellen Spektren unter Störung der Koeffizienten sicherstellen. Außerdem wird die Häufung von Eigenwerten in den Lücken des essentiellen Spektrums untersucht. Wir formulieren Bedingungen, die eine Häufung der Eigenwerte innerhalb einer Lücke implizieren, bzw. eine Häufung ausschließen. Weiterhin werden die nichtreellen Spektren indefiniter Sturm-Liouville-Operatoren untersucht. Hierbei werden Schranken der nichtreellen Eigenwerte hinsichtlich ihres Absolutbetrages and Imaginärteils bestimmt. Der Nachweis der Schranken beruht auf einer gewissenhaften Analyse der zugehörigen Eigenfunktionen.
https://doi.org/10.22032/dbt.50260
PT-symmetric Hamiltonians as couplings of dual pairs. - In: Contributions to mathematics and statistics, (2021), S. 55-68
Spectral perturbation & optimization of matrix pencils. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
In dieser Arbeit untersuchen wir lineare differentiell-algebraischen Gleichungen (DAEs). Die Lösungen solcher DAEs werden durch Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln beschrieben. Hierdurch kann insbesondere das qualitative Verhalten der Lösungen durch eine gezielte Veränderung (oder Störung), hinsichtlich gewisser Robustheits- oder Stabilitätsvorgaben, verbessert werden. Wir untersuchen zunächst das Verhalten der Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln unter Störungen niedrigen Ranges. Zur Beschreibung des Störverhaltens nutzen wir einen neuartigen Zugang mit linearen Relationen und einem Zusammenspiel der Segre und Weyr Charakteristiken. Von besonderem Interesse ist dabei das Problem der Eigenwertplatzierbarkeit durch Störungen niedrigen Ranges. Hierbei wird untersucht, ob eine vorgegebene Eigenwertlage durch eine gezielte Veränderung der DAE erreicht werden kann. Durch die Vorgabe der Eigenwertlage wird indirekt das Stabilitätsverhalten der DAE beeinflusst. Vereinfacht gesagt wird in dieser Arbeit gezeigt, dass jede vorgegebene Eigenwertlage durch eine Störung mit Rang eins realisierbar ist. Als Anwendung betrachten wir eine Designoptimierung von Operationsverstärkern, welche in den letzten Jahren in der Arbeitsgruppe um Ralf Sommer (TU Ilmenau & Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme) entwickelt wurde. Hierbei wurden gezielt Kapazitäten in die Verstärkerschaltung eingefügt, um ihr Übertragungsverhalten nach gewissen Vorgaben zu beeinflussen. Dabei entspricht jede neue Kapazität einer Störung der DAE vom Rang eins. In diesem Kontext sind die Platzierungsergebnisse jedoch nur bedingt geeignet. Hier treten zusätzliche Einschränkungen der erlaubten Modifikationen der DAE auf, da nur sehr wenige Störungen als Kapazitäten in der Schaltung realisiert werden können. Bei der Designoptimierung ist man zudem an kleinstmöglichen Veränderungen der DAE interessiert, um die Produktionskosten des Verstärkers zu minimieren. Daher untersuchen wir im zweiten Teil der Arbeit, wie platzierende Störungen mit kleinstmöglicher Norm sowie mit vorgegebener Struktur bestimmt werden können. Dieses Vorgehen bezeichnen wir als Spektrale Optimierung. Zur Bestimmung einer approximativen Lösung dieses Optimierungsproblems wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher dann bei der Designoptimierung von zwei industriellen Verstärkerschaltungen eingesetzt wird.
https://doi.org/10.22032/dbt.49285
The spectrum and the Weyr characteristics of operator pencils and linear relations. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mathematik, 2021. - 1 Online-Ressource (18 Seiten). - (Preprint ; M21,05)
The relation between the spectra of operator pencils with unbounded coeficients and of associated linear relations is investigated. It turns out that various types of spectrum coincide and the same is true for the Weyr characteristics. This characteristic describes how many independent Jordan chains up to a certain length exist. Furthermore, the change of this characteristic subject to one-dimensional perturbations is investigated.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021200091
Locally finite extensions and Gesztesy-Šeba realizations for the Dirac operator on a metric graph. - In: Operator theory, (2021), S. 25-54
Perturbations of periodic Sturm-Liouville operators. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mathematik, 2021. - 1 Online-Ressource (17 Seiten). - (Preprint ; M21,04)
We study perturbations of self-adjoint periodic Sturm-Liouville operators and conclude under L1-assumptions on the differences of the coeffcients that the essential spectrum and absolutely continuous spectrum remain the same. If a finite first moment condition holds for the differences of the coeffcients, then at most finitely many eigenvalues appear in the spectral gaps. This observation extends a seminal result by Rofe-Beketov from the 1960s. Finally, imposing a second moment condition we show that the band edges are no eigenvalues of the perturbed operator.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021200075
Generalized boundary triples, II : some applications of generalized boundary triples and form domain invariant Nevanlinna functions. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mathematik, 2021. - 1 Online-Ressource (54 Seiten). - (Preprint ; M21,03)
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021200058