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    apm
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   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Advances in Pure Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2160-0368
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2160-0384
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/apm.2025.155017
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    apm-143099
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    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Results on Spectral Measures and an Application to a Spectral Theorem
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Paul
      </surname>
      <given-names>
       Bracken
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aDepartment of Mathematics, University of Texas, Edinburg, TX, USA
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   <pub-date pub-type="epub">
    <day>
     23
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    <month>
     05
    </month>
    <year>
     2025
    </year>
   </pub-date> 
   <volume>
    15
   </volume> 
   <issue>
    05
   </issue>
   <fpage>
    339
   </fpage>
   <lpage>
    349
   </lpage>
   <history>
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     <day>
      3,
     </day>
     <month>
      May
     </month>
     <year>
      2025
     </year>
    </date>
    <date date-type="published">
     <day>
      28,
     </day>
     <month>
      May
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      28,
     </day>
     <month>
      May
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date>
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   <permissions>
    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    Properties of Hilbert spaces, projections and spectral measures are introduced and studied. Spectral integrals and the related operator are considered, and their relationship with the spectrum of an operator is given. The theorems that result yield a version of the spectral theorem which is suited to infinite dimensions.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Projection
    </kwd> 
    <kwd>
      Adjoint
    </kwd> 
    <kwd>
      Hilbert Space
    </kwd> 
    <kwd>
      Spectral Measure
    </kwd> 
    <kwd>
      Operator
    </kwd> 
    <kwd>
      Spectrum
    </kwd> 
    <kwd>
      Idempotent
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>One of the main aims of functional analysis is to study the spectra of various operators on Hilbert spaces <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-1">
     [1]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-3">
     [3]
    </xref>. Some basic mathematical properties of Hilbert spaces and spectral measures are developed and used to generalize a particular version of a spectral theorem in infinite dimensions. The study of the spectral properties of operators has always been of great interest since such results have applications in other areas of science <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-4">
     [4]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-5">
     [5]
    </xref>. This subject has come up again in differential geometry, such as Ricci flow <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-6">
     [6]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-10">
     [10]
    </xref>. Moreover, there are numerous applications of these theorems and other ideas from functional analysis all through quantum mechanics as well.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143099-"></xref>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> denote the set of complex-valued continuous functions on the space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> the subset of functions of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which go to zero at infinity. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> is a set with a specified Boolean 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       σ 
     </mi> 
    </math>-algebra 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> of subsets. A spectral measure is a function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> whose domain is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> and whose values are idempotent Hermitian operators usually called projections which satisfy 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msub> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∑ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> whenever 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a disjoint sequence of sets in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math>. Such a set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       σ 
     </mi> 
    </math>-algebra 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> of subsets is called a measurable space, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. An example of a spectral measure is to take 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> a measure space with measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       μ 
     </mi> 
    </math> and Hilbert space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and write 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         χ 
       </mi> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         χ 
       </mi> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> denotes the characteristic function of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is a spectral measure then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is finitely additive.</p>
   <p>It can be shown that a projection-valued function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> on the class of measurable subsets of a measure space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> is a spectral measure if and only if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and moreover for each pair of vectors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       y 
     </mi> 
    </math>, the complex-valued set function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       μ 
     </mi> 
    </math> defined for any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is countably additive.</p>
   <p>Some important theorems are required at the end in the proof of the spectral theorem and they are stated now so they may be used later. First, the Stone-Weierstrass theorem states that for a given compact set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       K 
     </mi> 
    </math>, suppose 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
       A 
     </mi> 
    </math> is an algebra of continuous functions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        K 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> closed under conjugation and separates points of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       K 
     </mi> 
    </math> and there are no elements of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       K 
     </mi> 
    </math> on which all functions in 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
       A 
     </mi> 
    </math> vanish, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
       A 
     </mi> 
    </math> is dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. The Riesz theorem also appears: if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> is a locally compact Hausdorff space and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a bounded linear functional on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, there is a unique complex Borel measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       μ 
     </mi> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> be a Hilbert space such that for any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, the inner product is written 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. A star on the inner product or other complex object denotes complex conjugation whereas on an operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> it represents the adjoint 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Lemma 1. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a linear functional on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for a particular choice of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       w 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi mathvariant="script">
        K 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Ker 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> then it suffices to prove that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi mathvariant="script">
         K 
       </mi> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, since if not, take 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       w 
     </mi> 
    </math> is a nonzero vector in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi mathvariant="script">
         K 
       </mi> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and can be normalized by setting 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. Given any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Evaluating 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we get</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mi>
                 w 
               </mi> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0. 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        K 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi mathvariant="script">
         K 
       </mi> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, it is the case that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>◻</p>
   <p>Definition 1. A bounded linear functional is a map 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> which is linear in the first term, conjugate linear in the second and such that there exists a non-negative constant denoted 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which satisfies</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(1)</p>
   <p>Lemma 2. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a bounded bilinear functional on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, then there exists a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> be fixed and nonzero and let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. By Lemma 1, there exists a vector denoted 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(2)</p>
   <p>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a linear functional, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> has to be a linear transformation. It suffices to verify that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is bounded. Set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> in (2) to obtain</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>or dividing out 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <munder> 
       <mrow> 
        <mtext>
          sup 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </munder> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>◻</p>
   <p>Lemma 2 is often referred to as the Riesz lemma.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Projections</title>
   <p>Both the adjoint of an operator and projection operators as well play an important role here.</p>
   <p>Theorem 1. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> be an operator, then there exists a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> called the adjoint of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> which satisfies 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a bounded, bilinear functional Hence there exists a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This must agree with the preceding expression which implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>Definition 2. Operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is Hermitian if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, and it is normal if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proposition 1. An operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is normal if, and only if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Take an arbitrary vector 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then by the definition of normal operator, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> from which we conclude that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>Riesz lemma 2 implies that, if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is symmetric 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then the resulting operator will be Hermitean.</p>
   <p>Definition 3. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> is a closed subspace of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, then Hilbert space theory states that every vector 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> has a unique decomposition 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. The projection on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> is defined to be the mapping 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Note that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is necessarily an operator. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℂ 
     </mi> 
    </math>, denote 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> by 1 and if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, define 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> as 0. ◻</p>
   <p>Definition 4. Let the set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> be projections onto 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> respectively. These can be partially ordered by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Further, the projection onto the space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> can be defined as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∑ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>Theorem 2. An operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is a projection if and only if it is Hermitian and idempotent, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> is a subset of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> and projection 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> projects to the subspace 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> and for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> we have 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Thus 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> which gives 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. It follows that, since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This implies 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is Hermitian. ◻</p>
   <p>Lemma 3. Suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is Hermitian and idempotent. Define the space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is a projection onto 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. To show this, it suffices to prove that, for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Expanding the left-hand side then, since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is assumed Hermitian, we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>◻</p>
   <p>Corollary 1. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is a projection, then for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>◻</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Spectral Measures</title>
   <p>The final theorem is concerned with spectral measures, and so these are studied now. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ℂ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the set of Borel sets in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℂ 
     </mi> 
    </math> and <img width="52.060737527114966" src="https://html.scirp.org/file/5302600-rId364.svg?20250604104442"> the set of projections on the Hilbert space 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        H 
      </mi> 
     </math>.</img></p>
   <p>Definition 5. A complex spectral measure is a function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ℂ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which has the following properties: 1) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ℂ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 2) If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a family of disjoint Borel sets, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msub> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∑ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>It is the case that if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Spectral measures also have the property that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Act on both sides of this with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and use the corrolary and observation 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> to arrive at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∩ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∩ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which simplifies to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ∩ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proposition 2. Suppose <img width="107.59219088937093" src="https://html.scirp.org/file/5302600-rId394.svg?20250604104442"> is any operator such that for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the related function satisfies 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <msub> 
           <mo>
             ∪ 
           </mo> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <msub> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is a spectral measure.</img></p>
   <p>Proof. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a disjoint family of Borel sets in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℂ 
     </mi> 
    </math>, then</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munder> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mstyle displaystyle="true"> 
             <msub> 
              <mo>
                ∪ 
              </mo> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mstyle> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mstyle displaystyle="true"> 
              <msub> 
               <mo>
                 ∪ 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  B 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </mstyle> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>The sequence 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is therefore summable. For all disjoint Borel sets 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and vectors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The statement follows simply by examining the partial sums of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∑ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>Definition 6. 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> represents an arbitrary fixed measurable space and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℬ 
     </mi> 
    </math> the class of all complex-valued bounded measurable functions on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math>. 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        sup 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        ℬ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The expression spectral measure always refers to a spectral measure in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Definition 7. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> be a spectral measure then the spectral measure with respect to vectors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> of a measurable function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       f 
     </mi> 
    </math> is defined to be the Lebesgue-Stieltjes integral given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3)</p>
   <p>The spectrum of a spectral measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is denoted by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        X 
      </mi> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>. The union is taken over all open sets 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> which satisfy the condition 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. If the set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is compact, we say 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is compact. Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       λ 
     </mi> 
    </math> is changing, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mo>
          ∩ 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> means 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       λ 
     </mi> 
    </math> must overlap 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> to yield a nonzero contribution. ◻</p>
   <p>Theorem 3. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       f 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       g 
     </mi> 
    </math> be complex valued, bounded, measurable functions on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> a spectral measure, then</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(4)</p>
   <p>Proof. Suppose we denote the integrals as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Q 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>If the complex measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       μ 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> is defined for every set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> by writing 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          Q 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> fixed vectors in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, for every set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mo>
              ∩ 
            </mo> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>It follows that,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
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         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               Q 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>The conclusion is that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mi>
        Q 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> has to be equal to the integral 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>The next theorem makes an important connection between the spectral integral and a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> which is normal.</p>
   <p>Theorem 4. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is a compact spectral measure, then there is a unique normal operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> such that for all vectors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5)</p>
   <p>This is often expressed by writing 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which is finite for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> as the set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is compact. Moreover, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is a bilinear functional and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is bounded as shown by working out</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mtext>
        sup 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        sup 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Applying the parallelogram law, the following bound is obtained</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Thus 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> can be computed by evaluating the supremum of this under the constraint 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is bounded. By the Riesz lemma, a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> must exist.</p>
   <p>It remains to show that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is a normal operator. Construct an operator called 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ˜ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> along similar lines by means of the integral</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(6)</p>
   <p>It follows that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
               <mtext>
                 * 
               </mtext> 
              </msup> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Since the adjoint is unique, it must be that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Suppose a Borel set is taken, then we can calculate, for any elements 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mo>
              ∩ 
            </mo> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>This implies that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
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         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
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                 λ 
               </mi> 
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                 * 
               </mtext> 
              </msup> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mtext>
                * 
              </mtext> 
             </msup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(7)</p>
   <p>In a similar manner, we calculate</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(8)</p>
   <p>Comparing the two results (7) and (8), it follows that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are arbitrary, this implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is a normal operator. ◻</p>
   <p>Theorem 4 is related to a theorem which is just stated and not proved here: If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is a spectral measure and if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, then there exists a unique operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for every pair of vectors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       y 
     </mi> 
    </math> in the space.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Operators and Spectra</title>
   <p>Let us define what is meant by the spectrum of an operator. To get to the form of the theorem we want to prove, it is necessary to generalize the concept of eigenvalue. This often comes up very often in the study of both finite dimensional vector spaces as well as infinite.</p>
   <p>Definition 8. The spectrum of an operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is defined to be the set of numbers 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> such that the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is not invertible. ◻</p>
   <p>In order to use the definition, a characterization of invertible and non-invertible operators is required, and leads into the following theorem.</p>
   <p>Theorem 5. An operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> is invertible if the image of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> and as well there exists an 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> such that for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is bounded from below</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(9)</p>
   <p>Proof. First suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is invertible. The image of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is all of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, which is dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>. Let us define 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, and so for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Dividing this on both sides by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> gives 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Suppose the range of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> and there exists a real number 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. It has to be shown that the range of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>. It suffices to show that it is closed. Suppose that the set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a Cauchy sequence in the range of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math>. For all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       n 
     </mi> 
    </math>, choose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, then since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is linear,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>by hypothesis, dividing by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       α 
     </mi> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This result implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a Cauchy sequence whenever 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is. Hence, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> must converge to a 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. By continuity, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> has to approach 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, which implies the range is closed.</p>
   <p>To prove that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is injective, notice that if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. From this it follows that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is bijective. The inverse operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is also linear, so it suffices to show that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is a bounded operator. This is just a consequence of the fact that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>which implies that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>◻</p>
   <p>Proposition 3. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is any operator which satisfies the condition 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is invertible.</p>
   <p>Proof. Set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> . Then for any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, we find</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is bounded from below.</p>
   <p>Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ℛ 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> be the range of operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>. Define the constant 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mtext>
          inf 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              ℛ 
            </mi> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. It suffices to prove that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Suppose this is not the case. Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, there exists a 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℛ 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> such that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(10)</p>
   <p>It follows then that since we have taken 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, using (10), we estimate that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(11)</p>
   <p>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math> is assumed to be nonzero, a contradiction has been obtained. ◻</p>
   <p>Theorem 6. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is an operator then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is compact and if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. It is proved that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is closed so the first statement follows from the second. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is not an element of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        δ 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> be such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        δ 
      </mi> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mi>
        δ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Then we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mn>
          1. 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>By Proposition 3, the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is invertible in a ball of radius 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       δ 
     </mi> 
    </math> about 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. It may be concluded that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is open.</p>
   <p>Now suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> so we have 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> which, after adding and subtracting 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       I 
     </mi> 
    </math> is equivalent to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is invertible. Multiply this operator by the scalar 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       λ 
     </mi> 
    </math> and it follows that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is invertible and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       λ 
     </mi> 
    </math> is not an element of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
   <p>Theorem 7. If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is a compact spectral measure and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is open by definition. Hence there exists 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        δ 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <mi>
        ℂ 
      </mi> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is a spectral measure, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ℂ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and so for any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             ℂ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ℂ 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 λ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ℂ 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Consequently, the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is bounded from below.</p>
   <p>It remains to prove that the image of the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>. Suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is any normal operator which is bounded from below and has range 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. It suffices to show that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Suppose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> is nonempty set, so there is a 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <msubsup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⊥ 
       </mo> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>. Then for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, it follows that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and hence</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Moreover, since operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is bounded below, there exists 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> such that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This means 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, hence the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is invertible so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∉ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Suppose now that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Choose a 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        δ 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. For any 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>However, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       δ 
     </mi> 
    </math> is arbitrary, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is not bounded from below. Hence it cannot be invertible, which means 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. It follows that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Combining these two results, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, it is concluded that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. ◻</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Spectral Theorem</title>
   <p>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the set of complex-valued continuous functions on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> the subset of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of functions which approach zero at infinity. A spectral theorem is now developed from what has been proved so far. In the process, the Stone-Weierstrass and Riesz theorems are used.</p>
   <p>Theorem 8. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> be a Hermitean operator so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. Then there exists a spectral measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> such that for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(12)</p>
   <p>Proof. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       v 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       w 
     </mi> 
    </math> be two fixed vectors in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> and let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> be a given polynomial which is used to define a functional 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϑ 
     </mi> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϑ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(13)</p>
   <p>This functional is bounded above,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ‖ 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mtext>
          sup 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is compact, the Stone-Weierstrass theorem can be used to show these polynomials are dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϑ 
     </mi> 
    </math> defines a bounded linear functional on all of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Hence there exists a unique complex measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> such that, by the Riesz theorem,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(14)</p>
   <p>Take a Borel set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       B 
     </mi> 
    </math> and use it to define 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is a bounded symmetric bilinear form. By the Riesz lemma, there exists a unique Hermitean operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> such that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(15)</p>
   <p>So from (14), we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(16)</p>
   <p>Now let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Λ 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> in (16),</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This implies that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Next set 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and substitute it into (16) to obtain the important result valid for all 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(17)</p>
   <p>This can be expressed in an equivalent way,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(18)</p>
   <p>It is sufficient to check that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is projection valued so it can be said to be a spectral measure. It is known that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is Hermitian, so it suffices to verify that it is an idempotent operator. To this end, let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       q 
     </mi> 
    </math> be arbitrary polynomials and define a measure 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ν 
     </mi> 
    </math> as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ν 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(19)</p>
   <p>Then based on the construction of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> it follows that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       q 
     </mi> 
    </math> was chosen arbitrarily, the Stone-Weierstrass theorem and combined with the fact that compactly supported continuous functions are dense in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, replacing 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       q 
     </mi> 
    </math> by the characteristic function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         χ 
       </mi> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, leads to the conclusion that for all Borel sets 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       B 
     </mi> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ν 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The Stone-Weierstrass theorem can be employed once again, but with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math>. So using the fact 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is idempotent, it follows that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
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          <mo>
            , 
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            w 
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         </mo> 
        </mrow> 
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       <mtd> 
        <mo>
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          <mi>
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           <mo>
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           <mi>
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
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          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
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          <mrow> 
           <mo>
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           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
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          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             B 
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           <mo>
             ) 
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          </mrow> 
          <mi>
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            , 
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            w 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are arbitrary elements of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math>, result (12) of the theorem follows. ◻</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. Conclusions</title>
   <p>The spectral theorem has become a major part of functional analysis and not without reason, as it has many applications in science such as in quantum mechanics. It comes in different versions depending on such things as compactness of the operator and dimension of the space. Some introductory theorems from functional analysis have been proved related to functional, projectors, adjoints and spectra. Some new proofs have been given concerning spectral measure and spectra which results in the second last section in a proof of a particular form of a spectral theorem.</p>
  </sec>
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