L'indice di Fredholm generalizza l' teorema di rango-nullità agli spazi a dimensione infinita come gli spazi di Banach. Per un operatore di Fredholm [latex]T: X to Y[/latex], il suo indice è definito come [latex]text{ind}(T) = dim(ker(T)) – dim(text{coker}(T))[/latex], dove la dimensione di Cokernel’s misura quanto l'immagine è lontana dall'essere l'intero spazio. Questo indice è un valore intero stabile sotto piccole perturbazioni dell'operatore.
IL rank-nullity theorem, [latex]\dim(V) – \text{rank}(T) = \text{nullity}(T)[/latex], holds for linear maps between finite-dimensional vector spaces. In this context, [latex]\dim(V) – \text{rank}(T)[/latex] is the dimension of the cokernel, [latex]\text{coker}(T) = W/\text{im}(T)[/latex]. Thus, the theorem can be written as [latex]\dim(\ker(T)) – \dim(\text{coker}(T)) = 0[/latex]. The Fredholm index extends this idea to Fredholm operators, which are bounded linear operators between Banach spaces whose kernel and cokernel are both finite-dimensional.
Per un operatore [latex]T: X \to Y[/latex], l'indice di Fredholm è [latex]\text{ind}(T) = \dim(\ker(T)) – \dim(\text{coker}(T))[/latex]. A differenza del caso finito, dove questa differenza è sempre zero, per gli spazi infiniti l'indice può essere qualsiasi numero intero. Una proprietà fondamentale dell'indice è la sua stabilità: non cambia in presenza di perturbazioni compatte dell'operatore. Ciò significa che se [latex]K[/latex] è un operatore compatto, allora [latex]\text{ind}(T+K) = \text{ind}(T)[/latex].
The concept of the cokernel is crucial for this generalization. For a map [latex]T: X \to Y[/latex], the image [latex]\text{im}(T)[/latex] is a subspace of the codomain [latex]Y[/latex]. The cokernel, [latex]\text{coker}(T)[/latex], is the quotient space [latex]Y / \text{im}(T)[/latex]. Its dimension measures the ‘number of independent directions’ in [latex]Y[/latex] that are not reached by [latex]T[/latex]. In finite dimensions, the teorema di rango-nullità implies [latex]\dim(\ker(T)) = \dim(\text{coker}(T))[/latex]. In infinite dimensions, this equality breaks down, but the difference between these two finite dimensions remains a stable integer, the Fredholm index.
Questa stabilità rende l'indice un potente invariante topologico. Svolge un ruolo centrale nel teorema dell'indice di Atiyah-Singer, uno dei risultati più profondi della matematica del XX secolo, che collega l'indice analitico di un operatore differenziale su una varietà compatta agli invarianti topologici di quella varietà. Questo colma il divario tra analisi e topologia, con conseguenze di vasta portata in fisica teorica e geometria.
Correlati a: Indice di Fredholm, analisi funzionale, spazio di Banach, operatore di Fredholm, kernel, cokernel, teorema dell'indice di Atiyah-Singer, teoria degli operatori, invariante topologico, infinito-dimensionale.