We give a construction of an eigenstate for a non-critical level of the Hamiltonian function, and investigate the contribution of Morse critical points to the spectral decomposition. We compare the rigorous result with the series obtained by a perturbation theory. As an example the relation to the spectral asymptotics is discussed.

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Consideraremos o problema elípitco $-\\Delta u + \\alpha\\chi_Du = \\lambda u$ em $\\Omega$, onde $\\Omega$ é um domínio de R^n com fronteira regular, e $D\\subset \\Omega$ é um subconjunto fechado de medida de Lebesgue fixada. A motivação para este problema vem da Mecânica, onde esta equação é encontrada no estudo de vibrações de uma membrana composta. Seja $\\lambda_1(D)$ o primeiro autovalor do problema, como função do conjunto D. Nesse trabalho mostraremos que $\\lambda_1$ é um autovalor simples, e estudaremos o problema de minimizar $\\lambda_1$ ao variarmos D no conjunto de todos os subconjuntos de medida fixada de $\\Omega$. Mais especificamente, determinaremos fórmulas para a variação primeira e segunda de $\\lambda_1$. / We will consider the elliptic problem $-\\Delta u + \\alpha\\chi_Du = \\lambda u in $\\Omega$, where $\\Omega$ is a domain in R^n with regular boundary, and $D \\subset\\Omega$ is a closed subset with prescribed Lebesgue measure. The motivation for this problem comes from Mechanics, where this equation models the vibrations of a composite membrane. Let $\\lambda_1(D)$ be the first eigenvalue of the problem, which is seen as a function of the set D. In this work, we will show that $\\lambda_1$ is a simple eigenvalue, and we will study the problem of minimizing $\\lambda_1(D)$ when D varies in the family of all closed subsets of $\\Omega$ with a given Lebesgue measure. More precisely, we will determine formulas for the first and the second variation of $\\lambda_1$.

Consideraremos o problema elípitco $-\\Delta u + \\alpha\\chi_Du = \\lambda u$ em $\\Omega$, onde $\\Omega$ é um domínio de R^n com fronteira regular, e $D\\subset \\Omega$ é um subconjunto fechado de medida de Lebesgue fixada. A motivação para este problema vem da Mecânica, onde esta equação é encontrada no estudo de vibrações de uma membrana composta. Seja $\\lambda_1(D)$ o primeiro autovalor do problema, como função do conjunto D. Nesse trabalho mostraremos que $\\lambda_1$ é um autovalor simples, e estudaremos o problema de minimizar $\\lambda_1$ ao variarmos D no conjunto de todos os subconjuntos de medida fixada de $\\Omega$. Mais especificamente, determinaremos fórmulas para a variação primeira e segunda de $\\lambda_1$. / We will consider the elliptic problem $-\\Delta u + \\alpha\\chi_Du = \\lambda u in $\\Omega$, where $\\Omega$ is a domain in R^n with regular boundary, and $D \\subset\\Omega$ is a closed subset with prescribed Lebesgue measure. The motivation for this problem comes from Mechanics, where this equation models the vibrations of a composite membrane. Let $\\lambda_1(D)$ be the first eigenvalue of the problem, which is seen as a function of the set D. In this work, we will show that $\\lambda_1$ is a simple eigenvalue, and we will study the problem of minimizing $\\lambda_1(D)$ when D varies in the family of all closed subsets of $\\Omega$ with a given Lebesgue measure. More precisely, we will determine formulas for the first and the second variation of $\\lambda_1$.

Neste trabalho buscamos caracterizar o espectro de uma classe de operadores bloco--Jacobi limitados definidos em $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ representa uma faixa de largura $L\\ge 2$ no semi--plano $\\mathbb{Z}_+^2$) e sujeitos a perturbações esparsas (no sentido que as distâncias entre as ``barreiras\'\' crescem geometricamente à medida que estas se afastam da origem) distribuídas aleatoriamente. Tais operadores são construídos a partir da soma de Kronecker de matrizes de Jacobi $J$, cada qual atuando em uma direção do espaço. Demonstramos, por meio da bloco--diagonalização do operador, que %o estudo de suas principais propriedades espectrais dependem da %se limita à caracterização da ``medida de mistura\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ a medida espectral associada à matriz de Jacobi $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I $. Para tanto, buscamos primeiramente caracterizar cada uma das medidas $\\mu_j$, explorando e aperfeiçoando algumas técnicas bastante conhecidas no estudo de operadores esparsos unidimensionais. Demonstramos, por exemplo, que a seqüência de ângulos de Prüfer (variáveis que, juntamente com os raios de Prüfer, parametrizam as soluções da equação de autovalores) é uniformemente distribuída no intervalo $[0,\\pi)$, o %que %resultado que nos permite determinar o comportamento assintótico médio das soluções da equação de autovalores. Tal resultado, aliado às técnicas desenvolvidas por Marchetti \\textit{et. al.} em \\cite{MarWre} e a uma adaptação dos critérios de Last e Simon \\cite{LS} para operadores esparsos, nos permitem demonstrar a existência de uma transição aguda (pontual) entre os espectros singular--contínuo e puramente pontual. Empregamos em seguida os resultados de Jitomirskaya e Last presentes em \\cite{JitLast} e obtemos a dimensão Hausdorff exata associada à medida $\\mu_j$, dada por $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4- (\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[-2,2]$), recuperando um resultado análogo obtido por Zlato\\v s em \\cite{Zla}. Por fim, adaptamos tais resultados à situação da medida de mistura associada à matriz bloco--Jacobi, obtendo $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, como sua dimensão Hausdorff exata. Estudamos modelos idênticos com esparsidades sub e super-geométricas, obtendo na primeira situação um espectro puramente pontual (de dimensão Hausdorff nula) e na segunda um espectro puramente singular--contínuo (de dimensão Hausdorff 1). Finalmente, verificamos a existência de transição entre os espectros puramente pontual e singular--contínuo em um modelo com esparsidade super-geométrica cuja dimensão Hausdorff associada à medida espectral é nula. / In this work we attempt to caracterize the spectrum of a class of limited block--Jacobi operators defined in $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ represents a strip of width $L\\ge 2$ on the semi--plane $\\mathbb{Z}_+^2$) subject to a sparse perturbation (which means that the distance between the ``barries\'\' grow geometrically with their distance to the origin) randomly distributed. Such operators are defined as Kronecker sums of unidimensional Jacobi matrices $J$, each one acting in different directions of the space. We prove, by means of a block--diagonalization of the operator, that %the study of its most relevant spectral properties depend on %is related to the caracterization of the ``mixture measure\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ the spectral measure of the Jacobi matrix $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I$. For this, we must characterize at first each one of the measures $\\mu_j$, exploiting and improving some well known techniques developed in the study of unidimensional sparse operators. We prove, for instance, that the sequence of Prüfer angles (variables which parametrize the solutions of the eigenvalue equation) are uniform distributed on the interval $[0,\\pi)$, a result which gives us condition to determine the average asymptotic behavior of the solutions of the eigenvalue equation. Such result, in association with the techniques developed by Marchetti \\textit{et. al.} in \\cite{MarWre} and with an adaptation of Last--Simon \\cite{LS} criteria for sparse operator, permit us to prove the existence of a sharp transition between singular continuous and pure point spectra. Following on, we use the results from Jitomirskaya--Last of \\cite{JitLast} and obtain the exact Hausdorff dimension of the measure $\\mu_j$, given by $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4-(\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[- 2,2]$), recovering an analogous result due to Zlato\\v s in \\cite{Zla}. At last, we adapt these results to the mixture measure of the block--Jacobi matrix, obtaining $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, as its exact Hausdorff dimension. We study as well identical models with sub and super geometric sparsities conditions, obtaining a pure point spectrum (with null Hausdorff dimension) in the first case, and a purely singular continuous spectrum (such that its Hausdorff dimension is 1) in the second. Finally, we prove the existence of a transition between pure point and singular continuous spectra in a model with sub--geometric sparsity whose Hausdorff dimension related to the spectral measure is null.

Neste trabalho buscamos caracterizar o espectro de uma classe de operadores bloco--Jacobi limitados definidos em $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ representa uma faixa de largura $L\\ge 2$ no semi--plano $\\mathbb{Z}_+^2$) e sujeitos a perturbações esparsas (no sentido que as distâncias entre as ``barreiras\'\' crescem geometricamente à medida que estas se afastam da origem) distribuídas aleatoriamente. Tais operadores são construídos a partir da soma de Kronecker de matrizes de Jacobi $J$, cada qual atuando em uma direção do espaço. Demonstramos, por meio da bloco--diagonalização do operador, que %o estudo de suas principais propriedades espectrais dependem da %se limita à caracterização da ``medida de mistura\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ a medida espectral associada à matriz de Jacobi $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I $. Para tanto, buscamos primeiramente caracterizar cada uma das medidas $\\mu_j$, explorando e aperfeiçoando algumas técnicas bastante conhecidas no estudo de operadores esparsos unidimensionais. Demonstramos, por exemplo, que a seqüência de ângulos de Prüfer (variáveis que, juntamente com os raios de Prüfer, parametrizam as soluções da equação de autovalores) é uniformemente distribuída no intervalo $[0,\\pi)$, o %que %resultado que nos permite determinar o comportamento assintótico médio das soluções da equação de autovalores. Tal resultado, aliado às técnicas desenvolvidas por Marchetti \\textit{et. al.} em \\cite{MarWre} e a uma adaptação dos critérios de Last e Simon \\cite{LS} para operadores esparsos, nos permitem demonstrar a existência de uma transição aguda (pontual) entre os espectros singular--contínuo e puramente pontual. Empregamos em seguida os resultados de Jitomirskaya e Last presentes em \\cite{JitLast} e obtemos a dimensão Hausdorff exata associada à medida $\\mu_j$, dada por $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4- (\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[-2,2]$), recuperando um resultado análogo obtido por Zlato\\v s em \\cite{Zla}. Por fim, adaptamos tais resultados à situação da medida de mistura associada à matriz bloco--Jacobi, obtendo $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, como sua dimensão Hausdorff exata. Estudamos modelos idênticos com esparsidades sub e super-geométricas, obtendo na primeira situação um espectro puramente pontual (de dimensão Hausdorff nula) e na segunda um espectro puramente singular--contínuo (de dimensão Hausdorff 1). Finalmente, verificamos a existência de transição entre os espectros puramente pontual e singular--contínuo em um modelo com esparsidade super-geométrica cuja dimensão Hausdorff associada à medida espectral é nula. / In this work we attempt to caracterize the spectrum of a class of limited block--Jacobi operators defined in $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ represents a strip of width $L\\ge 2$ on the semi--plane $\\mathbb{Z}_+^2$) subject to a sparse perturbation (which means that the distance between the ``barries\'\' grow geometrically with their distance to the origin) randomly distributed. Such operators are defined as Kronecker sums of unidimensional Jacobi matrices $J$, each one acting in different directions of the space. We prove, by means of a block--diagonalization of the operator, that %the study of its most relevant spectral properties depend on %is related to the caracterization of the ``mixture measure\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ the spectral measure of the Jacobi matrix $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I$. For this, we must characterize at first each one of the measures $\\mu_j$, exploiting and improving some well known techniques developed in the study of unidimensional sparse operators. We prove, for instance, that the sequence of Prüfer angles (variables which parametrize the solutions of the eigenvalue equation) are uniform distributed on the interval $[0,\\pi)$, a result which gives us condition to determine the average asymptotic behavior of the solutions of the eigenvalue equation. Such result, in association with the techniques developed by Marchetti \\textit{et. al.} in \\cite{MarWre} and with an adaptation of Last--Simon \\cite{LS} criteria for sparse operator, permit us to prove the existence of a sharp transition between singular continuous and pure point spectra. Following on, we use the results from Jitomirskaya--Last of \\cite{JitLast} and obtain the exact Hausdorff dimension of the measure $\\mu_j$, given by $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4-(\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[- 2,2]$), recovering an analogous result due to Zlato\\v s in \\cite{Zla}. At last, we adapt these results to the mixture measure of the block--Jacobi matrix, obtaining $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, as its exact Hausdorff dimension. We study as well identical models with sub and super geometric sparsities conditions, obtaining a pure point spectrum (with null Hausdorff dimension) in the first case, and a purely singular continuous spectrum (such that its Hausdorff dimension is 1) in the second. Finally, we prove the existence of a transition between pure point and singular continuous spectra in a model with sub--geometric sparsity whose Hausdorff dimension related to the spectral measure is null.

Neste texto são demonstrados, a partir do ponto de vista da teoria dos espaços de Hilbert e da teoria das C*-álgebras, teoremas relacionados a operadores auto-adjuntos em espaços de Hilbert, entre os quais estão o Teorema Espectral, o teorema de Kato-Rellich e a desigualdade de Kato. Também são dadas aplicações destes teoremas a alguns operadores de Schrödinger provenientes da Física-Matemática. / In this text we prove, within the Hilbert spaces theory and C*-algebras points of view, some theorems which are related to self-adjoint operators acting on Hilbert spaces, among which are the Spectral Theorem, the Kato-Rellich theorem and Kato\'s inequality. Also, some applications to Schrödinger operators coming from the Mathematical-Physics context are given.

Neste texto são demonstrados, a partir do ponto de vista da teoria dos espaços de Hilbert e da teoria das C*-álgebras, teoremas relacionados a operadores auto-adjuntos em espaços de Hilbert, entre os quais estão o Teorema Espectral, o teorema de Kato-Rellich e a desigualdade de Kato. Também são dadas aplicações destes teoremas a alguns operadores de Schrödinger provenientes da Física-Matemática. / In this text we prove, within the Hilbert spaces theory and C*-algebras points of view, some theorems which are related to self-adjoint operators acting on Hilbert spaces, among which are the Spectral Theorem, the Kato-Rellich theorem and Kato\'s inequality. Also, some applications to Schrödinger operators coming from the Mathematical-Physics context are given.

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