<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2025.1615447</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>On negative eigenvalues of 1D Schr&#x000F6;dinger operators with &#x003B4;&#x02032;-like potentials</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Yuriy</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/621804/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Hryniv</surname> <given-names>Rostyslav</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2799401/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Faculty of Mathematics and Mechanics, Ivan Franko National University of Lviv</institution>, <addr-line>Lviv</addr-line>, <country>Ukraine</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Faculty of Applied Sciences, Ukrainian Catholic University</institution>, <addr-line>Lviv</addr-line>, <country>Ukraine</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Faculty of Exact and Technical Sciences, University of Rzesz&#x000F3;w</institution>, <addr-line>Rzesz&#x000F3;w</addr-line>, <country>Poland</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Luis M. Nieto, University of Valladolid, Spain</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Osman Teoman Turgut, Bo&#x0011F;azi&#x000E7;i University, T&#x000FC;rkiye</p>
<p>Fabio Rinaldi, Universit&#x000E1; degli Studi Guglielmo Marconi, Italy</p>
<p>Ahmad Qazza, Zarqa University, Jordan</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Yuriy Golovaty <email>yuriy.golovaty&#x00040;lnu.edu.ua</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>10</day>
<month>07</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1615447</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>21</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>17</day>
<month>06</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2025 Golovaty and Hryniv.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Golovaty and Hryniv</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>In this paper, we investigate negative eigenvalues of exactly solvable quantum models, particularly one-dimensional Hamiltonians with &#x003B4;&#x02032;-like potentials used to represent localized dipoles. These operators arise as norm resolvent limits of Schr&#x000F6;dinger operators with suitably regularized potentials. Although the limiting operator is bounded below, we show that the approximating operators may possess a finite but arbitrarily large number of negative eigenvalues that diverge to &#x02212;&#x0221E; as the regularization parameter vanishes. This phenomenon illustrates a spectral instability of Schr&#x000F6;dinger operators with &#x003B4;&#x02032;-like singularities.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>1D Schr&#x000F6;dinger operator</kwd>
<kwd>point interaction</kwd>
<kwd>&#x003B4;-potential</kwd>
<kwd>&#x003B4;&#x02032;-potential</kwd>
<kwd>exactly solvable model</kwd>
<kwd>discrete spectrum</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="0"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="114"/>
<ref-count count="52"/>
<page-count count="12"/>
<word-count count="8000"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Mathematical Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>The aim of this study is to establish the existence and describe the asymptotic behavior of negative eigenvalues of one-dimensional Schr&#x000F6;dinger operators that serve as regularizations of formal Hamiltonians involving &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials. These questions arise in the construction and analysis of exactly solvable models in quantum mechanics, a topic that continues to draw considerable attention in the literature (see Albeverio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and Albeverio and Kurasov [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], as well as comprehensive reference lists therein, covering works up to the early 2000s).</p>
<p>Some point interactions (i.e., pseudopotentials supported on discrete sets) naturally lead to well-defined, exactly solvable models; others, however, exhibit essential ambiguities in defining the corresponding Hamiltonians. A notable example of this contrast is provided by the &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials. In the case of the &#x003B4; potential, the differential equation &#x02212;<italic>y</italic>&#x02033;&#x0002B;&#x003B1;&#x003B4;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic> &#x0003D; &#x003BB;<italic>y</italic> is well-posed in the space of distributions <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and has a two-dimensional solution space. In contrast, the equation &#x02212;<italic>y</italic>&#x02033;&#x0002B;&#x003B1;&#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic> &#x0003D; &#x003BB;<italic>y</italic> is ill-posed in <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and admits only the trivial solution when &#x003B1; &#x02260; 0. Moreover, while every reasonable regularization of Hamiltonians involving the &#x003B4; potential yields the same exactly solvable model, the &#x003B4;&#x02032; potential is sensitive to the regularization procedure, and different approximations may lead to different point interactions. As a result, the choice of the exactly solvable model for &#x003B4;&#x02032; potentials is not determined by mathematical considerations alone. However, it must reflect the specifics of the particular physical experiment&#x02014;a feature that only enriches the study of exactly solvable models.</p>
<p>In this study, we demonstrate a further distinction between the &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials, this time concerning the spectral properties of their regularized Hamiltonians. Natural approximations of both the &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials by regular potentials yield operator families that converge in the norm resolvent topology to semi-bounded limits. However, we show that in contrast to &#x003B4;-like perturbations, &#x003B4;&#x02032;-like perturbations lead to operator families that are not uniformly bounded from below as the regularization parameter tends to zero. As a consequence, such regularized Hamiltonians can possess a finite (but arbitrarily large) number of low-lying eigenvalues that diverge to negative infinity. We explicitly determine the number of these eigenvalues and describe their asymptotic behavior in the singular limit.</p>
<p>The rest of the article is organized as follows. Section 2 gives a brief overview of studies on exactly solvable models for Hamiltonians with &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials. In Section 3, we derive conditions under which Schr&#x000F6;dinger operators with &#x003B4;&#x02032;-like potentials possess low-lying eigenvalues that diverge to negative infinity as the regularization parameter tends to zero. Section 4 introduces methods for estimating the number of such eigenvalues and shows, in particular, that the emergence of a discrete spectrum is closely related to zero-energy resonances for the corresponding Schr&#x000F6;dinger operators. In Section 5, we investigate how the non-trivial interaction of &#x003B4;-like and &#x003B4;&#x02032;-like perturbations leads to the emergence of a negative eigenvalue with a finite limit as the perturbation parameter tends to zero. Finally, Section 6 contains the proofs of Theorems <bold>3</bold> and <bold>4</bold> on the asymptotic behavior of eigenvalues.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Short review of exactly solvable models for &#x003B4; and &#x003B4;&#x02032; potentials</title>
<p>In this section, we review existing approaches to constructing exactly solvable quantum mechanical models for one-dimensional Hamiltonians with pseudopotentials involving the Dirac &#x003B4;-function and its derivative &#x003B4;&#x02032;.</p>
<p>The simplest case is the formal (pseudo-)Hamiltonian</p>
<disp-formula id="E2.1"><label>(2.1)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Any reasonable method of associating a self-adjoint Hamiltonian to <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.1">Equation 2.1</xref>&#x02014;such as form-sum, generalized sum method, approximation by regular potentials&#x02014;yields the same operator <italic>H</italic>, acting as <italic>Hy</italic> &#x0003D; &#x02212;<italic>y</italic>&#x02033; on the domain</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M4"><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>dom</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;&#x02003;&#x000A0;&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In other words, the distributional potential &#x003B1;&#x003B4;(<italic>x</italic>) in the one-dimensional Schr&#x000F6;dinger operator results in the point interaction imposing the interface condition</p>
<disp-formula id="E2.2"><label>(2.2)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Moreover, this model serves as a good approximation in the norm resolvent sense of the Schr&#x000F6;dinger operators with integrable potentials of special form. Specifically, given a real-valued function <italic>U</italic> of compact support such that</p>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M6"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the scaled potentials <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> converge in the space of distributions <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> to the distribution &#x003B1;&#x003B4;(<italic>x</italic>) as &#x003B5; &#x02192; 0, and the corresponding operators</p>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M9"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>converge to <italic>H</italic> in the norm resolvent sense [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, Theorem I.3.2.3], i.e., their resolvents converge in operator norm to the resolvent of <italic>H</italic>. Similar convergence results hold even in the presence of background potentials <italic>W</italic>, i.e., for operators of the form</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M10"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>One should not expect that every pseudopotential gives rise to a unique point interaction. Certain pseudopotentials are highly sensitive to the way they are approximated, and the &#x003B4;&#x02032; potential is one of them. In physics, the symbol &#x003B4;&#x02032; is often used to describe a strongly localized dipole-type potential, such as a high narrow barrier followed by a deep well. Let <italic>V</italic> be an integrable function with compact support and a finite first moment; then, the sequence &#x003B5;<sup>&#x02212;2</sup><italic>V</italic>(&#x003B5;<sup>&#x02212;1</sup><italic>x</italic>) converges in <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, as &#x003B5; &#x02192; 0, if and only if <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and in that case</p>
<disp-formula id="E2.3"><label>(2.3)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For this reason, we refer to such families of scaled potentials as &#x003B4;&#x02032;-<italic>like</italic>.</p>
<p>The question of how to correctly define the formal Hamiltonian</p>
<disp-formula id="E2.4"><label>(2.4)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>has a long and intricate history. As mentioned earlier, difficulties arise already at the level of interpreting the differential expression in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.4">Equation 2.4</xref>, since the equation &#x02212;<italic>y</italic>&#x02033; &#x0002B; &#x003B2;&#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic> &#x0003D; &#x003BB;<italic>y</italic> admits only the trivial solution in the space of distributions <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Indeed, the product &#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)&#x003D5;(<italic>x</italic>) is well defined in <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> only if &#x003D5; is continuously differentiable, and in that case, it is equal to the distribution &#x003D5;(0)&#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>) &#x02212; &#x003D5;&#x02032;(0)&#x003B4;(<italic>x</italic>). However, any non-trivial solution <italic>y</italic> of the above equation would have to be discontinuous at the origin since its second derivative <italic>y</italic>&#x02033; &#x0003D; &#x003B2;&#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic> &#x02212; &#x003BB;<italic>y</italic> would necessarily include a &#x003B4;&#x02032; term. In this case, the product &#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic>(<italic>x</italic>) is not defined in <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, making the equation invalid.</p>
<p>Moreover, the operator in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.4">Equation 2.4</xref> cannot be rigorously defined using standard approaches such as the form-sum or generalized sum methods, or as a relatively bounded perturbation of the free Hamiltonian. For this reason, it is natural to approach this problem via regularization: one considers families of Schr&#x000F6;dinger operators of the form</p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;dom</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with &#x003B4;&#x02032;-like potentials &#x003B5;<sup>&#x02212;2</sup><italic>V</italic>(&#x003B5;<sup>&#x02212;1</sup><italic>x</italic>) as a starting point for studying physical phenomena associated with zero-range dipoles. The construction of exactly solvable models for such dipole interactions is thus reduced to analyzing the limits of <italic>H</italic><sub>&#x003B5;</sub> as &#x003B5; &#x02192; 0.</p>
<p>It has been shown that the operator family <italic>H</italic><sub>&#x003B5;</sub> indeed converges in the norm resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0. In a seminal paper, &#x00160;eba [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] argued that the limiting operator is the free Hamiltonian <italic>D</italic><sub>0</sub> decoupled at the origin by the Dirichlet condition, namely</p>
<disp-formula id="E2.5"><label>(2.5)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;dom</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>According to this result, no meaningful definition of a Schr&#x000F6;dinger operator with a &#x003B4;&#x02032;-potential would be possible since the limit <italic>D</italic><sub>0</sub> is completely impenetrable to a quantum particle and is independent of the specific form of the function <italic>V</italic>. However, this conclusion contradicts the findings of Zolotaryuk et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], who analyzed transmission probabilities through piecewise constant &#x003B4;&#x02032;-like potentials and observed examples of quantum tunneling. These results prompted the revision of &#x00160;eba [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]; it was later rigorously proved in Golovaty and Hryniv [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] that the operator <italic>D</italic><sub>0</sub> is the norm resolvent limit of <italic>H</italic><sub>&#x003B5;</sub> only in the so-called <italic>non-resonant</italic> case, while in the <italic>resonant</italic> case, the situation is different.</p>
<p>We begin by recalling the relevant definitions [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The operator <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is said to have a <italic>zero-energy resonance</italic> if the equation <italic>v</italic>&#x02033; &#x0003D; <italic>Vv</italic> admits a non-trivial solution <italic>v</italic> that is bounded on the entire real line. Such a solution is called a <italic>half-bound state</italic>, and the potential <italic>V</italic> is then referred to as <italic>resonant</italic>. Every half-bound state <italic>v</italic> has finite, non-zero limits <italic>v</italic><sub>&#x000B1;</sub> at &#x000B1;&#x0221E;, and the ratio</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M22"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is uniquely determined by <italic>V</italic>. As proved in [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] (see also Golovaty and Man&#x00027;ko [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] and Golovaty et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]), if the potential <italic>V</italic> is resonant, then the family <italic>H</italic><sub>&#x003B5;</sub> converges in the norm resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0 to the self-adjoint operator</p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>dom</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We call <italic>H</italic>(&#x003B8;) the <italic>Schr&#x000F6;dinger operator with</italic> <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <italic>potential</italic>, with &#x003B8; specifying the above interface conditions.</p>
<p>Regardless of whether the family &#x003B5;<sup>&#x02212;2</sup><italic>V</italic>(&#x003B5;<sup>&#x02212;1</sup><italic>x</italic>) converges in <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> as &#x003B5; &#x02192; 0 or not, the Schr&#x000F6;dinger operators <italic>H</italic><sub>&#x003B5;</sub> converge in the norm resolvent sense to either <italic>H</italic>(&#x003B8;) or <italic>D</italic><sub>0</sub> depending on whether <italic>V</italic> is resonant or non-resonant. Moreover, there is no functional dependence between the constant &#x003B2; appearing in the distributional limit (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.3">Equation 2.3</xref>) and the interface parameter &#x003B8; in the point interaction</p>
<disp-formula id="E2.6"><label>(2.6)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>corresponding to <italic>H</italic>(&#x003B8;). Two different resonant, zero-mean potentials <italic>V</italic> may produce the same &#x003B2; but different values of &#x003B8;, and conversely, the same &#x003B8; may arise for different &#x003B2;. It is worth noting that Kurasov [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] was the first to establish a connection between the &#x003B4;&#x02032;-potential and the point interactions described by <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.6">Equation 2.6</xref>.</p>
<p>In Golovaty [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], it was proved that the approximations of pseudo-Hamiltonians <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by the Hamiltonians</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with every regular functions <italic>U</italic> and <italic>V</italic> also converge in the norm resolvent topology. If <italic>V</italic> is non-resonant, the operators converge to <italic>D</italic><sub>0</sub>. However, if <italic>V</italic> is resonant with a half-bound state <italic>v</italic>, then the limiting operator is associated with point interaction, producing the interface conditions</p>
<disp-formula id="E2.7"><label>(2.7)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E2.8"><label>(2.8)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A comprehensive study of exactly solvable models with point interactions (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.7">Equation 2.7</xref>) has been done by Gadella et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Besides the approximation of pseudopotentials by regular potentials, there are other methods to construct exactly solvable models: e.g., the method of self-adjoint extensions has been used by Nizhnik [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>], and the distributional approach has been proposed by Lunardi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>].</p>
<p>We note that the point interactions characterized by the interface conditions</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M31"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>commonly referred to as &#x003B4;&#x02032;-<italic>interactions</italic>, are also sometimes interpreted as models of the formal &#x003B4;&#x02032; potential. Exner, Neidhardt, and Zagrebnov [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] proposed a refined potential approximation of such interactions using a family of three &#x003B4;-like potentials centered at the points &#x000B1;<italic>a</italic> and 0, with the separation distance <italic>a</italic> tending to zero in a carefully coordinated way with the coupling constants. Further contributions in this direction include the works of Cheon and Shigehara [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], Zolotaryuk [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>], and Albeverio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]; see also the recent publication [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. Although the potential families in Exner et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] do not converge to &#x003B4;&#x02032; in the sense of distributions, the term &#x0201C;&#x003B4;&#x02032;-interactions&#x0201D; can be partially justified by interpreting &#x003B4;&#x02032; as a finite-rank perturbation; see Albeverio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] and Kuzhel and Nizhnik [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] for further discussion.</p>
<p>Let &#x02329;&#x000B7;, &#x000B7;&#x0232A; be the dual pairing between the Sobolev spaces <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Since &#x003B4;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; <italic>y</italic>(0)&#x003B4;(<italic>x</italic>) &#x0003D; &#x02329;&#x003B4;, <italic>y</italic>&#x0232A;&#x003B4;(<italic>x</italic>), the formal operator (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.1">Equation 2.1</xref>) can be written as</p>
<disp-formula id="E2.9"><label>(2.9)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This shows that the &#x003B4;-potential can be interpreted as a rank-one perturbation of the free Hamiltonian, and the standard theory of regular finite-rank perturbations yields the same exactly solvable model as in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.2">Equation 2.2</xref>. In the physical literature, the &#x003B4;&#x02032;-interaction is typically associated with rank-one perturbation of the free Hamiltonian as in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.9">Equation 2.9</xref> but with &#x003B4;&#x02032; in place of &#x003B4; [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, Ch. 1.4]:</p>
<disp-formula id="E2.10"><label>(2.10)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The more general results of Albeverio and Nizhnik [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] and Albeverio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] imply that there exist regular potentials <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> converging to &#x003B4;&#x02032; in <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> such that the rank-one perturbations of the free Hamiltonian,</p>
<disp-formula id="E20"><mml:math id="M38"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>converge to <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.10">Equation 2.10</xref> in the strong resolvent topology as &#x003B5; &#x02192; 0. The difference, in terms of spectral effects, between the perturbation of the so-called 1D conic oscillator consisting of a mixed potential &#x003B1;&#x003B4;&#x0002B;&#x003B2;&#x003B4;&#x02032; and the one with the &#x003B4;&#x02032;-interaction in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.10">Equation 2.10</xref> was investigated in detail in Fassari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>].</p>
<p>However, the model (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.10">Equation 2.10</xref>) is not directly related to the formal expression (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.4">Equation 2.4</xref>) with a &#x003B4;&#x02032;-potential. Indeed, if the product &#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)<italic>y</italic>(<italic>x</italic>) is well defined in the distributional sense, then</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M39"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Using this identity, the formal expression (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2.4">Equation 2.4</xref>) can be interpreted as a rank-two perturbation of the free Schr&#x000F6;dinger operator:</p>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M40"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In Golovaty [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>], the norm resolvent convergence of the regular Hamiltonians</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M41"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>was studied. Here, <italic>f</italic><sub>&#x003B5;</sub> and <italic>g</italic><sub>&#x003B5;</sub> are sequences of real- or complex-valued functions in <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <italic>g</italic><sub>&#x003B5;</sub> &#x02192; &#x003B4; in the distributional sense, and (&#x000B7;, &#x000B7;) denotes the inner product in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;). Under suitable assumptions on <italic>f</italic><sub>&#x003B5;</sub>, <italic>g</italic><sub>&#x003B5;</sub>, and the potential <italic>U</italic>, such operators were shown to approximate the two-parameter family of point interactions defined by the interface conditions</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M44"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Although there is no established theory of distributions on metric graphs, the notions of &#x003B4;-like and &#x003B4;&#x02032;-like potentials can be naturally extended to this setting. The construction of exactly solvable models on quantum graphs, as well as the approximation of singular vertex couplings&#x02014;including mixed &#x003B1;&#x003B4;&#x02032;&#x0002B;&#x003B2;&#x003B4; interactions&#x02014;has been explored in Cheon and Exner [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>], Man&#x00027;ko [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>], Exner and Manko [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], and Golovaty [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>].</p>
<p>The above results illustrate the richness of approaches to modeling point interactions and exactly solvable models in quantum mechanics. While &#x003B4;-potentials admit a canonical interpretation, the situation becomes especially delicate when the formal &#x003B4;&#x02032;-potential is involved, as different approximations may lead to different exactly solvable models. The choice of the appropriate limit operator is, therefore, not unique and must be guided by the physical or mathematical context of the problem.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Existence of low-lying eigenvalues for &#x003B4;&#x02032;-like potentials</title>
<p>Let us consider the family of operators</p>
<disp-formula id="E3.1"><label>(3.1)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the domain <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <italic>U</italic>, <italic>V</italic>, and <italic>W</italic> are compactly supported <italic>L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;)-potentials. This restriction on the potentials avoids unnecessary technical complications; however, the results remain valid for a significantly broader class of potentials (cf. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] for an example of how this constraint can be relaxed). We are interested in the emergence of negative eigenvalues in Hamiltonians due to &#x003B4;-like and &#x003B4;&#x02032;-like perturbations. Accordingly, we assume that <italic>W</italic> &#x02265; 0, so that the unperturbed operator <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:math></inline-formula> is non-negative and has a purely continuous spectrum.</p>
<p>As follows from the result of Golovaty [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], the operators <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converge in the norm resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0. If the potential <italic>V</italic> is resonant, i.e., possesses a half-bound state <italic>v</italic> (see Section 2), then <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converge to the operator</p>
<disp-formula id="E3.2"><label>(3.2)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="multline"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;dom</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B8; and &#x003B7; are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.8">Equation 2.8</xref>. In the non-resonant case, the family converges to the operator <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:math></inline-formula> subject to the Dirichlet boundary condition at the origin as in <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.5">Equation 2.5</xref>. Both <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <italic>D</italic><sub>0</sub> can be interpreted as perturbations of the operator <italic>H</italic><sub>0</sub> by point interactions at the origin.</p>
<p>If the potential <italic>V</italic> is zero, then the family <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is uniformly bounded from below as &#x003B5; &#x02192; 0. This follows from the fact that the &#x003B4;-like perturbation is form-bounded relative <italic>H</italic><sub>0</sub>, with relative bound <italic>a</italic> &#x0003C; 1, so that there is a <italic>b</italic> &#x0003E; 0 such that</p>
<disp-formula id="E28"><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In this case, as we show below, the operators <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> may have at most one eigenvalue, and this eigenvalue converges to a finite limit as &#x003B5; &#x02192; 0.</p>
<p>In contrast, when <italic>V</italic> is not identically zero, although the limiting operators <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <italic>D</italic><sub>0</sub> are semibounded from below, the family <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is generally not uniformly bounded from below. Thus, the family <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> may exhibit eigenvalues that diverge to &#x02212;&#x0221E; as &#x003B5; &#x02192; 0; we refer to such eigenvalues as <italic>low-lying eigenvalues</italic>.</p>
<p>The following result characterizes precisely when such eigenvalues may occur.</p>
<p><bold>Theorem 1</bold>. <italic>Let</italic> <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>be the family of operators defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="E3.1">Equation 3.1</xref>. Then, the operators</italic> <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>admit low-lying eigenvalues as</italic> &#x003B5; &#x02192; 0 <italic>if and only if the potential V is not identically zero and</italic></p>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M62"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Moreover, the number of such eigenvalues is finite</italic>.</p>
<p>Proof. Assume that the potential <italic>V</italic> is not identically zero and that <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. By [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, Th.XIII.110], the operator <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> has then at least one negative eigenvalue &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup>, and we let <italic>u</italic> be a corresponding normalized eigenfunction. Denote by <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the perturbed potential in <xref ref-type="disp-formula" rid="E3.1">Equation 3.1</xref> and introduce the quadratic form</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M66"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then, the scaled function <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> belongs to <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;) and has norm one. A direct computation shows that</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M68"><mml:mtable class="multline-star"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as &#x003B5; &#x02192; 0. Therefore, for all sufficiently small &#x003B5;, one has <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and we conclude from the minimax principle that there exists an eigenvalue &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> of <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Assume now that <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then, for sufficiently small &#x003B5; &#x0003E; 0, the integral</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M73"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is positive, and again by [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, Th. XIII.110] the operator <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> has no negative eigenvalues.</p>
<p>Let <italic>N</italic><sub>&#x003B5;</sub> be the number of negative eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. It is known (see, e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, Th. 5.3], [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>, Th. 7.5], [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]) that the inequality</p>
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M76"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>holds, where <italic>f</italic><sup>&#x02212;</sup> &#x0003D; min{<italic>f</italic>, 0} is the negative part of a function <italic>f</italic>. In view of the assumption <italic>W</italic> &#x02265; 0, the negative part <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> comes only from the <italic>V</italic> and <italic>U</italic> terms, and we estimate the integral above as follows:</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M78"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The right-hand side remains bounded uniformly in small &#x003B5;, and thus <italic>N</italic><sub>&#x003B5;</sub> is bounded as &#x003B5; &#x02192; 0, which completes the proof.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Relatively (form-) bounded symmetric perturbations preserve semi-boundedness of the perturbed operator; see [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, Th. IV.4.11, Th. VI.1.38]. However, even if a family of self-adjoint operators <italic>A</italic><sub>&#x003B5;</sub> converges in the norm resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0 to a self-adjoint operator <italic>A</italic> that is bounded from below, the family <italic>A</italic><sub>&#x003B5;</sub> may fail to be uniformly bounded from below. Even if each operator <italic>A</italic><sub>&#x003B5;</sub> is individually semi-bounded, its lower bound may diverge to &#x02212;&#x0221E; as &#x003B5; &#x02192; 0. A classic example due to Rellich [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, Ex. IV.4.14] gives such an operator family <italic>A</italic><sub>&#x003B5;</sub> with a single eigenvalue tending to &#x02212;&#x0221E;. The family of operators <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with &#x003B4;&#x02032;-like perturbations provides a much stronger illustration of this effect. While <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converges in the norm resolvent topology to a self-adjoint operator that is bounded from below, the number of eigenvalues that diverge to &#x02212;&#x0221E; as &#x003B5; &#x02192; 0 can be arbitrary but finite. In the next section, we describe the procedure for counting these low-lying eigenvalues.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Counting the number of low-lying eigenvalues</title>
<p>Let us consider the Schr&#x000F6;dinger operators</p>
<disp-formula id="E4.1"><label>(4.1)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;dom</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with a real coupling constant &#x003B1;. We denote by <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the set of all values of &#x003B1; for which the potential &#x003B1;<italic>V</italic> is resonant. For each non-zero function <italic>V</italic> &#x02208; <italic>L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;) with compact support, the set <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a countable subset of &#x0211D; with accumulation points at &#x0002B;&#x0221E; and/or &#x02212;&#x0221E; [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>].</p>
<p>We now recall the following definition [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Let <italic>A</italic> and <italic>B</italic> be self-adjoint operators, with <italic>B</italic> relatively <italic>A</italic>-compact. Suppose that (<italic>a, b</italic>) is a spectral gap of <italic>A</italic> and that <italic>b</italic> &#x02208; &#x003C3;<sub>ess</sub>(<italic>A</italic>). If there exists an eigenvalue <italic>e</italic><sub>&#x003B1;</sub> of the perturbed operator <italic>A</italic> &#x0002B; &#x003B1;<italic>B</italic> in the gap (<italic>a, b</italic>) for all &#x003B1; &#x0003E; 0, and if <italic>e</italic><sub>&#x003B1;</sub> &#x02192; <italic>b</italic> &#x02212; 0 as &#x003B1; &#x02192; 0, then &#x003B1; &#x0003D; 0, which is called a <italic>coupling constant threshold</italic>. Klaus [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] established a connection between resonant potentials and such coupling constant thresholds. Both phenomena are closely related to the emergence of negative eigenvalues in Schr&#x000F6;dinger operators.</p>
<p>Suppose that a Schr&#x000F6;dinger operator <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a zero-energy resonance with a corresponding half-bound state <italic>v</italic>. According to Klaus [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, Th. 3.2], if <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a real-valued potential such that</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M86"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>then the perturbed operator <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, &#x003F0; &#x0003E; 0, has a coupling constant threshold at &#x003F0; &#x0003D; 0 and possesses a unique threshold eigenvalue &#x003BB;<sub>&#x003F0;</sub> obeying the asymptotics <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as &#x003F0; &#x02192; 0, where the coefficient <italic>a</italic> is given by</p>
<disp-formula id="E4.2"><label>(4.2)</label><mml:math id="M89"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By reversing the direction of &#x003F0;, we conclude that as &#x003F0; increases from zero, the operator <italic>H</italic><sub>&#x003F0;</sub> acquires a negative eigenvalue that detaches from the bottom of the continuous spectrum.</p>
<p>Without loss of generality, we may assume that the support of the potential <italic>V</italic> is contained in the interval (&#x02212;1, 1). We now consider the spectral <italic>Regge problem</italic> with spectral parameter &#x003C9; [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]:</p>
<disp-formula id="E4.3"><label>(4.3)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A complex number &#x003C9; is called an eigenvalue of the Regge problem if there exists a non-trivial solution <italic>u</italic> of <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.3">Equation 4.3</xref>, in which case <italic>u</italic> is a corresponding eigenfunction.</p>
<p><bold>Theorem 2</bold>. <italic>The number of low-lying eigenvalues of</italic> <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>is equal to each of the following:</italic></p>
<list list-type="simple">
<list-item><p><italic>(i) the number of negative eigenvalues of the operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula><italic>;</italic></p></list-item>
<list-item><p><italic>(ii) the number of points in the set</italic> <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>belonging to the interval</italic> (0, 1)<italic>;</italic></p></list-item>
<list-item><p><italic>(iii) the number of positive eigenvalues &#x003C9; of the Regge problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E4.3">Equation 4.3</xref>)</italic>.</p></list-item>
</list>
<p>Proof. <italic>(i)</italic> Consider the family of Schr&#x000F6;dinger operators</p>
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with domain <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This family is uniformly bounded from below and converges to the operator <italic>T</italic><sub>1</sub> in the norm-resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0. Suppose that <italic>T</italic><sub>1</sub> has <italic>n</italic> eigenvalues <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Then, for sufficiently small &#x003B5;, the operators <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> have exactly <italic>n</italic> eigenvalues <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> such that &#x003C9;<sub><italic>j</italic>,&#x003B5;</sub> &#x02192; &#x003C9;<sub><italic>j</italic></sub>. Since <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is unitarily equivalent to <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, it follows that <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> has exactly <italic>n</italic> negative eigenvalues <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, each diverging to &#x02212;&#x0221E; as &#x003B5; &#x02192; 0.</p>
<p><italic>(ii)</italic>&#x021D4;<italic>(i)</italic> The operator <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> has no eigenvalues. Suppose that the set <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is non-empty, and let &#x003B1;<sub>1</sub> be its smallest element. We write</p>
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M105"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and let <italic>v</italic><sub>1</sub> be a half-bound state corresponding to the resonant potential &#x003B1;<sub>1</sub><italic>V</italic>. Then,</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M106"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the operator <italic>T</italic><sub>&#x003B1;</sub> has an eigenvalue</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M107"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for &#x003B1; &#x0003E; &#x003B1;<sub>1</sub>, where <italic>a</italic><sub>1</sub> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.2">Equation 4.2</xref> with <italic>v</italic> &#x0003D; <italic>v</italic><sub>1</sub> and <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>As the parameter &#x003B1; increases, it may pass through further points in <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and at each such crossing, the operator <italic>T</italic><sub>&#x003B1;</sub> acquires a new simple eigenvalue. Since no negative eigenvalue can get absorbed by the continuous spectrum as &#x003B1; increases [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], this gives a total count of the negative eigenvalues of <italic>T</italic><sub>1</sub>.</p>
<p><italic>(iii)</italic>&#x021D4;<italic>(i)</italic> Suppose &#x003C9; &#x0003E; 0 is an eigenvalue of the Regge problem with the corresponding eigenfunction <italic>u</italic>. Then, &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup> is an eigenvalue of the operator <italic>T</italic><sub>1</sub>, with the corresponding eigenfunction</p>
<disp-formula id="E4.4"><label>(4.4)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Conversely, if &#x003C8; is an eigenfunction of <italic>T</italic><sub>1</sub> corresponding to eigenvalue &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup>, then, since supp<italic>V</italic> &#x02282; (&#x02212;1, 1), we have <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for <italic>x</italic> &#x02264; &#x02212;1 and <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for <italic>x</italic> &#x02265; 1. This implies that &#x003C8; satisfies the boundary conditions in <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.3">Equation 4.3</xref>, and its restriction to (&#x02212;1, 1) is an eigenfunction of the Regge problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E4.3">Equation 4.3</xref>) with eigenvalue &#x003C9; &#x0003E; 0.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Theorem <bold>2</bold> is of practical importance because solving the Regge problem on a finite interval or computing the resonance set <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is typically much easier than directly counting the eigenvalues of a Schr&#x000F6;dinger operator on the real line. Another useful observation is that by replacing <italic>V</italic> with <italic>cV</italic> for sufficiently large <italic>c</italic> &#x0003E; 0, we can make the number of negative eigenvalues of <italic>T</italic><sub>1</sub>&#x02014;and hence the number of low-lying eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>&#x02014;arbitrarily large.</p>
<p>The following theorem describes the two-term asymptotic expansion of the low-lying eigenvalues, which are constructed and justified in Section 6.</p>
<p><bold>Theorem 3</bold>. <italic>Assume that the Schr&#x000F6;dinger operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> <italic>has n eigenvalues</italic> <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> <italic>with eigenfunctions v</italic><sub>1</sub>, <italic>v</italic><sub>2</sub>, &#x02026;, <italic>v</italic><sub><italic>n</italic></sub><italic>. Then, the operator family</italic> <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>has n low-lying eigenvalues</italic> <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <italic>with asymptotics</italic></p>
<disp-formula id="E4.5"><label>(4.5)</label><mml:math id="M119"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;as</mml:mtext><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>The corresponding eigenfunctions v</italic><sub><italic>k</italic>,&#x003B5;</sub> <italic>converge to zero in the weak topology</italic>.</p>
<p>We mention that one of the reasons why low-lying eigenvalues do not obstruct the norm resolvent convergence of <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is that the corresponding eigenfunctions converge weakly to zero in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;).</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Negative eigenvalues generated by &#x003B4;-like potentials</title>
<p>As shown in the previous section, the emergence of low-lying eigenvalues is caused by a &#x003B4;&#x02032;-like perturbation, and the number of these eigenvalues is determined by the profile <italic>V</italic> of the approximating &#x003B4;&#x02032;-like potential. However, negative eigenvalues may also arise from &#x003B4;-like perturbations, whether or not a &#x003B4;&#x02032;-like component is present in the operators <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In such cases, at most one negative eigenvalue may appear, and it always has a finite limit as &#x003B5; &#x02192; 0.</p>
<p>The Schr&#x000F6;dinger operator</p>
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with a &#x003B4;-potential of intensity &#x003B1; &#x02208; &#x0211D; acts by <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> on its natural domain</p>
<disp-formula id="E46"><mml:math id="M124"><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>dom</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;&#x02003;&#x000A0;&#x02003;&#x000A0;&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>So defined <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> is self-adjoint and has an absolutely continuous spectrum filling the positive half-line &#x0211D;<sub>&#x0002B;</sub>, while its negative spectrum consists of at most one eigenvalue. We recall that the unperturbed operator <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is non-negative.</p>
<p><bold>Lemma 1</bold>. <italic>Assume W</italic> &#x02208; <italic>L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;) <italic>is a non-negative function of compact support. Then, there exists</italic> &#x003B1;<sub>0</sub> &#x02208; (&#x02212;&#x0221E;, 0) <italic>such that, for all</italic> &#x003B1; &#x0003C; &#x003B1;<sub>0</sub><italic>, the operator S</italic><sub>&#x003B1;</sub> <italic>has exactly one negative eigenvalue</italic>.</p>
<p>Proof. If <italic>W</italic> &#x0003D; 0, then the operator <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> is non-negative for &#x003B1; &#x02265; 0, while for &#x003B1; &#x0003C; 0, it has a unique eigenvalue <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> with the normalized eigenfunction</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M127"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>see Albeverio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, Th.3.1.4]. For a generic <italic>W</italic>, we take an &#x003B1; &#x0003C; 0 and find that</p>
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M128"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> as &#x003B1; &#x02192; &#x02212;&#x0221E; by the Lebesgue dominated convergence theorem, we conclude that the value</p>
<disp-formula id="E49"><mml:math id="M130"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>becomes negative for negative &#x003B1; of large enough absolute value. As a result, for such &#x003B1;, the operator <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> has a negative eigenvalue. This eigenvalue is unique because <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> is a rank-one perturbation of the non-negative operator <italic>S</italic><sub>0</sub>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Lemma <bold>1</bold> remains valid for positive potentials <italic>W</italic> such that</p>
<disp-formula id="E50"><mml:math id="M131"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;for&#x000A0;all&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for example, for potentials with polynomial growth at infinity. Moreover, the above arguments suggest an explicit way to construct &#x003B1;<sub>0</sub>. The function</p>
<disp-formula id="E5.1"><label>(5.1)</label><mml:math id="M132"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is monotonically increasing in &#x003B1; &#x02208; (&#x02212;&#x0221E;, 0], <italic>f</italic>(0) &#x0003E; 0 and <italic>f</italic> becomes negative as &#x003B1; &#x02192; &#x02212;&#x0221E;. Thus, <italic>f</italic> has a unique non-positive zero &#x003B1;<sub>0</sub>. Since <inline-formula><mml:math id="M133"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we conclude that the operator <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> has a unique negative eigenvalue for all &#x003B1; &#x0003C; &#x003B1;<sub>0</sub>.</p>
<p>Example 1. Consider the family of operators</p>
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M134"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> for &#x003B1; &#x0003C; 0, the zero of <italic>f</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.1">Equation 5.1</xref> satisfies &#x003B1;<sup>2</sup> &#x0003D; 4<italic>b</italic><sup>2</sup>. Hence, <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> has a unique negative eigenvalue for all &#x003B1; &#x0003C; &#x02212;2|<italic>b</italic>|.</p>
<p>Example 2 (Cf. [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>]). Let <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> be the harmonic oscillator perturbed by the &#x003B4; potential:</p>
<disp-formula id="E53"><mml:math id="M136"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In this case, the zero of <italic>f</italic> is a negative root of &#x003B1;<sup>4</sup> &#x0003D; 8<italic>k</italic>, since</p>
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M137"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the operator <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> has a unique negative eigenvalue for all &#x003B1; &#x0003C; &#x02212;2<sup>3/4</sup><italic>k</italic><sup>1/4</sup>.</p>
<p>When <italic>V</italic> &#x0003D; 0, the operators</p>
<disp-formula id="E5.2"><label>(5.2)</label><mml:math id="M138"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>are uniformly bounded from below and converge in the norm resolvent sense to <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> with <inline-formula><mml:math id="M139"><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This convergence, in particular, implies the convergence of negative eigenvalues; our next objective is to obtain a more precise asymptotic formula (proved in Section 6).</p>
<p><bold>Theorem 4</bold>. <italic>Suppose that W and U are L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;)<italic>-functions of compact support, and that W is non-negative. If</italic> <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula><italic>, where the threshold value</italic> &#x003B1;<sub>0</sub> <italic>is the root of <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.1">Equation 5.1</xref>, then the operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>of <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.2">Equation 5.2</xref> has a unique negative eigenvalue</italic> &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> <italic>satisfying the asymptotics</italic></p>
<disp-formula id="E5.3"><label>(5.3)</label><mml:math id="M142"><mml:mtable class="multline"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0222C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Here</italic>, &#x003C8; <italic>is a real-valued</italic>, <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;)<italic>-normalized eigenfunction of S</italic><sub>&#x003B1;</sub><italic>, with</italic> <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula><italic>, corresponds to the unique negative eigenvalue</italic> &#x003BB;.</p>
<p><italic>Moreover, the normalized eigenfunctions</italic> &#x003C8;<sub>&#x003B5;</sub> <italic>of S</italic><sub>&#x003B5;</sub> <italic>can be chosen in such a way that</italic> &#x003C8;<sub>&#x003B5;</sub> &#x02192; &#x003C8; <italic>in L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;).</p>
<p>If the potential <italic>W</italic> is even, then the ground state &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> has asymptotics</p>
<disp-formula id="E58"><mml:math id="M145"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0222C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>since the eigenfunction &#x003C8; is also even and therefore &#x003C8;&#x02032;(&#x02212;0)&#x0002B;&#x003C8;&#x02032;(&#x0002B;0) &#x0003D; 0. If <italic>W</italic> &#x0003D; 0 and <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the asymptotic formula (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.3">Equation 5.3</xref>) becomes</p>
<disp-formula id="E59"><mml:math id="M147"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and coinsides with the Abarbanel&#x02013;Callan&#x02013;Goldberger formula up to the factor &#x003B5;<sup>2</sup>. The formula arises when studying the weakly coupled Hamiltonians <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula>, their negative eigenvalues, and the absorption of such eigenvalues, as &#x003B3; &#x02192; 0, by a continuous spectrum [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>].</p>
<p>Now, suppose that the potential <italic>V</italic> is non-zero. If <italic>V</italic> is non-resonant, then the behavior of the negative spectrum of <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is described by Theorem <bold>3</bold>. However, if the shape <italic>V</italic> of the &#x003B4;&#x02032;-perturbation is resonant, then under certain conditions on the &#x003B4;-perturbation, the operator <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> may have&#x02014;in addition to low-lying eigenvalues&#x02014;an extra eigenvalue that has a finite limit as &#x003B5; &#x02192; 0. We recall that in the resonant case, the norm resolvent limit of <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as &#x003B5; &#x02192; 0 is the operator <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E3.2">Equation 3.2</xref>, with constants &#x003B8; and &#x003B7; determined by <italic>V</italic> and <italic>U</italic> via <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.8">Equation 2.8</xref>.</p>
<p><bold>Lemma 2</bold>. <italic>Let W be a non-negative function in L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;) <italic>of compact support. If</italic> &#x003B7;&#x003B8; &#x0003C; 0 <italic>and the condition</italic></p>
<disp-formula id="E5.4"><label>(5.4)</label><mml:math id="M153"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>holds, then the operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="E3.2">Equation 3.2</xref> has a unique negative eigenvalue</italic>.</p>
<p>Proof. Assume first that <italic>W</italic> &#x0003D; 0. Integration by parts, on account of the interface conditions, yields</p>
<disp-formula id="E61"><mml:math id="M155"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>thus for &#x003B8;&#x003B7; &#x02265; 0, the operator <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is non-negative. In contrast, if &#x003B8;&#x003B7; &#x0003C; 0, then <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a unique eigenvalue</p>
<disp-formula id="E5.5"><label>(5.5)</label><mml:math id="M158"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the normalized eigenfunction</p>
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M159"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as can be verified by straightforward calculations.</p>
<p>Now consider the case of arbitrary <italic>W</italic> &#x02208; <italic>L</italic><sup>&#x0221E;</sup>(&#x0211D;), and let the constants &#x003B8; and &#x003B7; from <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.8">Equation 2.8</xref> satisfy &#x003B8;&#x003B7; &#x0003C; 0. Using the function &#x003A8; defined above, we find that</p>
<disp-formula id="E64"><mml:math id="M160"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a negative eigenvalue if</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M162"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This inequality is equivalent to</p>
<disp-formula id="E66"><mml:math id="M163"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is guaranteed under condition (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.4">Equation 5.4</xref>).&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p><bold>Theorem 5</bold>. <italic>Assume that V is resonant with a half-bound state v, and that the potentials W and U satisfy the conditions W</italic> &#x02265; 0 <italic>and</italic></p>
<disp-formula id="E5.6"><label>(5.6)</label><mml:math id="M164"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Then, for</italic> &#x003B5; <italic>small enough, the operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>has a negative eigenvalue</italic> &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> <italic>converging, as</italic> &#x003B5; &#x02192; 0<italic>, to the negative eigenvalue of the operator</italic> <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="E3.2">Equation 3.2</xref>, where the parameters</italic> &#x003B8; <italic>and</italic> &#x003B7; <italic>are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E2.8">Equation 2.8</xref></italic>.</p>
<p><italic>If W</italic> &#x0003D; 0 <italic>and</italic> <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula><italic>, then this eigenvalue</italic> &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> <italic>has asymptotics</italic></p>
<disp-formula id="E5.7"><label>(5.7)</label><mml:math id="M168"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. Inequality (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.6">Equation 5.6</xref>) and asymptotic formula (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.7">Equation 5.7</xref>) are equivalent forms of <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.4">Equations 5.4</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.5">5.5</xref> when evaluated for the specific values &#x003B8; and &#x003B7;. In addition, inequality (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.6">Equation 5.6</xref>) ensures that &#x003B7;&#x003B8; &#x0003C; 0. Indeed, it implies that <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and since</p>
<disp-formula id="E69"><mml:math id="M170"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>we conclude that &#x003B7;&#x003B8; &#x0003C; 0. The convergence <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the norm resolvent sense as &#x003B5; &#x02192; 0 then guarantees that <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> has a negative eigenvalue &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> approaching the unique negative eigenvalue of <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Asymptotic expansions of eigenvalues</title>
<p>In this section, we derive asymptotic formulas (<xref ref-type="disp-formula" rid="E4.5">Equations 4.5</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E5.3">5.3</xref>) by constructing and justifying formal asymptotic expansions of the eigenvalues. For the sake of definiteness, we assume that the supports of <italic>U</italic> and <italic>V</italic> are contained in (&#x02212;1, 1).</p>
<sec>
<title>6.1 Formal asymptotics</title>
<p>We start with asymptotics (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.3">Equation 5.3</xref>). The equation</p>
<disp-formula id="E70"><mml:math id="M174"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>on &#x0211D;\(&#x02212;&#x003B5;, &#x003B5;) reads</p>
<disp-formula id="E6.1"><label>(6.1)</label><mml:math id="M175"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>while after rescaling (&#x02212;&#x003B5;, &#x003B5;) to (&#x02212;1, 1) and introducing <italic>w</italic><sub>&#x003B5;</sub>(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>y</italic><sub>&#x003B5;</sub>(&#x003B5;<italic>t</italic>), one gets</p>
<disp-formula id="E6.2"><label>(6.2)</label><mml:math id="M176"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>on (&#x02212;1, 1). In addition, the components <italic>y</italic><sub>&#x003B5;</sub> and <italic>w</italic><sub>&#x003B5;</sub> must satisfy the matching conditions</p>
<disp-formula id="E73"><mml:math id="M177"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We look for approximations of eigenvalues and eigenfunctions of the form</p>
<disp-formula id="E6.3"><label>(6.3)</label><mml:math id="M178"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.4"><label>(6.4)</label><mml:math id="M179"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>y</italic><sub>0</sub> &#x02260; 0. Substituting the approximations into <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.1">Equations 6.1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.2">6.2</xref>), we find that <italic>y</italic><sub>0</sub> and <italic>y</italic><sub>1</sub> satisfy the equations</p>
<disp-formula id="E76"><mml:math id="M180"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>on &#x0211D;\{0}, while the fast-variable components <italic>w</italic><sub>0</sub>, <italic>w</italic><sub>1</sub>, and <italic>w</italic><sub>2</sub> are solutions to the boundary value problems</p>
<disp-formula id="E6.5"><label>(6.5)</label><mml:math id="M181"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.6"><label>(6.6)</label><mml:math id="M182"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E80"><mml:math id="M184"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.7"><label>(6.7)</label><mml:math id="M185"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E82"><mml:math id="M186"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Furthermore, the equalities</p>
<disp-formula id="E6.8"><label>(6.8)</label><mml:math id="M187"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.9"><label>(6.9)</label><mml:math id="M188"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>hold. In view of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.5">Equations 6.5</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.8">6.8</xref>, <italic>w</italic><sub>0</sub> is a constant function and therefore <italic>y</italic><sub>0</sub>(&#x0002B;0) &#x0003D; <italic>y</italic><sub>0</sub>(&#x02212;0). Set <italic>w</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>y</italic><sub>0</sub>(0). Problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6.6">Equation 6.6</xref>) can be solved if and only if</p>
<disp-formula id="E85"><mml:math id="M189"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which yields the second interface condition for <italic>y</italic><sub>0</sub>:</p>
<disp-formula id="E6.10"><label>(6.10)</label><mml:math id="M190"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the leading terms <italic>y</italic><sub>0</sub> and &#x003BB;<sub>0</sub> of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.3">Equations 6.3</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.4">6.4</xref> solve the problem</p>
<disp-formula id="E87"><mml:math id="M191"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable class="gathered"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02003;on&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <italic>y</italic><sub>0</sub> must be a non-trivial solution, we conclude that &#x003BB;<sub>0</sub> is an eigenvalue of <italic>S</italic><sub>&#x003B1;</sub> and <italic>y</italic><sub>0</sub> is the corresponding (real-valued) eigenfunction; we denote it by &#x003C8; and normalize by ||&#x003C8;|| &#x0003D; 1. Moreover, problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6.6">Equation 6.6</xref>) is solvable now, and the solution <italic>w</italic><sub>1</sub> is defined up to a constant.</p>
<p>Integrating twice the equation for <italic>w</italic><sub>1</sub> and using the relations <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we arrive at the formula</p>
<disp-formula id="E6.11"><label>(6.11)</label><mml:math id="M194"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which on account of <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields</p>
<disp-formula id="E89"><mml:math id="M196"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Set <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then, <italic>y</italic><sub>1</sub>(&#x0002B;0)&#x02212;<italic>y</italic><sub>1</sub>(&#x02212;0) &#x0003D; &#x02212;&#x003B1;<sub>1</sub>&#x003C8;(0), by <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.10">Equation 6.10</xref>.</p>
<p>To get the second interface relation for <italic>y</italic><sub>1</sub>, we integrate the equation for <italic>w</italic><sub>2</sub> and find that</p>
<disp-formula id="E90"><mml:math id="M198"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We assume that <italic>W</italic> is continuous in the vicinity of <italic>x</italic> &#x0003D; 0, and this implies that</p>
<disp-formula id="E91"><mml:math id="M199"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining this with the boundary conditions in <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.7">Equations 6.7</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.11">6.11</xref>, we obtain</p>
<disp-formula id="E92"><mml:math id="M200"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E93"><mml:math id="M201"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>So, we get the boundary value problem for <italic>y</italic><sub>1</sub>:</p>
<disp-formula id="E6.12"><label>(6.12)</label><mml:math id="M202"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">on</mml:mtext><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.13"><label>(6.13)</label><mml:math id="M203"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.14"><label>(6.14)</label><mml:math id="M204"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Observe that the solution <italic>y</italic><sub>1</sub>, if it exists, is determined up to adding a multiple of &#x003C8;; therefore, by the Fredholm alternative, the above non-homogeneous problem is solvable only when some extra conditions are met. To derive them, we multiply <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.12">Equation 6.12</xref> by the eigenfunction &#x003C8; and then integrate by parts twice to get</p>
<disp-formula id="E97"><mml:math id="M205"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Relations (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6.13">Equations 6.13</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.14">6.14</xref>) result in the expression</p>
<disp-formula id="E98"><mml:math id="M206"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for the second term in asymptotics (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5.3">Equation 5.3</xref>).</p>
<p>We seek an approximation of the low-lying eigenvalues and the corresponding eigenfunctions of the form</p>
<disp-formula id="E6.15"><label>(6.15)</label><mml:math id="M207"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.16"><label>(6.16)</label><mml:math id="M208"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C9; &#x0003E; 0. On the region &#x0211D;\(&#x02212;&#x003B5;, &#x003B5;), the function <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub> satisfies (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6.1">Equation 6.1</xref>) up to terms with a small norm in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;). For instance, only the term <inline-formula><mml:math id="M209"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> remains if <italic>x</italic> &#x0003C; &#x02212;&#x003B5;, and its norm in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x02212;&#x0221E;, 0) is of order <italic>O</italic>(&#x003B5;<sup>1/2</sup>). By substituting <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.2">Equation 6.2</xref> and matching the terms at <italic>x</italic> &#x0003D; &#x000B1;&#x003B5;, we obtain</p>
<disp-formula id="E6.17"><label>(6.17)</label><mml:math id="M210"><mml:mtable columnalign='center'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The relations for <italic>u</italic> can be written as</p>
<disp-formula id="E6.18"><label>(6.18)</label><mml:math id="M211"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.19"><label>(6.19)</label><mml:math id="M212"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is the Regge problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E4.3">Equation 4.3</xref>). We assume that &#x003C9; is an eigenvalue of the problem with real-valued eigenfunction <italic>u</italic>. Recall that &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup> is an eigenvalue of the operator <italic>T</italic><sub>1</sub> of <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.1">Equation 4.1</xref> with the eigenfunction &#x003C8; given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.4">Equation 4.4</xref>. We also have <italic>a</italic> &#x0003D; <italic>u</italic>(1)/<italic>u</italic>(&#x02212;1).</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.17">Equation 6.17</xref>, we similarly obtain the problem for <italic>w</italic>:</p>
<disp-formula id="E6.20"><label>(6.20)</label><mml:math id="M213"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6.21"><label>(6.21)</label><mml:math id="M214"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The problem is generally unsolvable because &#x003C9; is an eigenvalue of the homogeneous problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6.18">Equations 6.18</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.19">6.19</xref>). In this situation, however, the free parameter &#x003F0; can be chosen so that the problem admits solutions.</p>
<p>Solvability condition of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.20">Equations 6.20</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.21">6.21</xref> has the form</p>
<disp-formula id="E106"><mml:math id="M215"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When &#x003C9; &#x0003E; 0, then the denominator can be written as 2&#x003C9;||&#x003C8;||<sup>2</sup>, with the eigenstate &#x003C8; of <xref ref-type="disp-formula" rid="E4.4">Equation 4.4</xref> resulting in</p>
<disp-formula id="E107"><mml:math id="M216"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>With &#x003F0; as above, there exists a solution <italic>w</italic> of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.20">Equations 6.20</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.21">6.21</xref> defined up to the additive term <italic>cu</italic>. Finally, we can calculate</p>
<disp-formula id="E108"><mml:math id="M217"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Observe that the right hand side of the latter expression is independent of the chosen partial solution <italic>w</italic>. Hence, we have formally obtained asymptotics (<xref ref-type="disp-formula" rid="E4.5">Equation 4.5</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>6.2 Justification of asymptotics</title>
<p>We now justify the asymptotic representations for &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> and <italic>y</italic><sub>&#x003B5;</sub> by constructing a so-called <italic>quasimode</italic> for the operator <inline-formula><mml:math id="M218"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Let <italic>A</italic> be a self-adjoint operator in a Hilbert space <italic>L</italic>. A pair (&#x003BC;, &#x003D5;) &#x02208; &#x0211D; &#x000D7; dom<italic>A</italic> is called a <italic>quasimode</italic> of <italic>A</italic> with accuracy &#x003F5; if ||&#x003D5;||<sub><italic>L</italic></sub> &#x0003D; 1 and ||(<italic>A</italic> &#x02212; &#x003BC;<italic>I</italic>)&#x003D5;||<sub><italic>L</italic></sub> &#x02264; &#x003F5;.</p>
<p><bold>Lemma 3</bold> ([<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>, p.139]). <italic>Assume</italic> (&#x003BC;, &#x003D5;) <italic>is a quasimode of A with accuracy</italic> &#x003F5; &#x0003E; 0 <italic>and that the spectrum of A in the interval</italic> [&#x003BC;&#x02212;&#x003F5;, &#x003BC;&#x0002B;&#x003F5;] <italic>is discrete. Then there exists an eigenvalue</italic> &#x003BB; <italic>of A such that</italic> |&#x003BB;&#x02212;&#x003BC;| &#x02264; &#x003F5;.</p>
<p>Moreover, if the interval [&#x003BC;&#x02212;&#x00394;, &#x003BC;&#x0002B;&#x00394;] contains precisely one simple eigenvalue &#x003BB; with normalized eigenvector <italic>u</italic>, then</p>
<disp-formula id="E6.22"><label>(6.22)</label><mml:math id="M219"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for some real number <italic>a</italic>.</p>
<p>A quasimode of <inline-formula><mml:math id="M220"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be constructed based on the approximation <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub>. Note, however, that the function <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub> defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.4">Equation 6.4</xref> is not smooth enough to belong to the domain <inline-formula><mml:math id="M221"><mml:mtext>dom</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as it has jump discontinuities at the points <italic>x</italic> &#x0003D; &#x000B1;&#x003B5;. Nevertheless, all these jumps are small due to the construction; namely,</p>
<disp-formula id="E6.23"><label>(6.23)</label><mml:math id="M222"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where [&#x000B7;]<sub><italic>x</italic></sub> denotes the jump of a function at the point <italic>x</italic>.</p>
<p>Suppose the functions &#x003B6; and &#x003B7; are smooth outside the origin, have compact supports contained in [0, &#x0221E;), and &#x003B6;(&#x0002B;0) &#x0003D; 1, &#x003B6;&#x02032;(&#x0002B;0) &#x0003D; 0, &#x003B7;(&#x0002B;0) &#x0003D; 0, &#x003B7;&#x02032;(&#x0002B;0) &#x0003D; 1. We introduce the function</p>
<disp-formula id="E111"><mml:math id="M223"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which has the jumps at &#x000B1;&#x003B5; that are negative of those of <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub>. Therefore, the function &#x00177;<sub>&#x003B5;</sub> &#x0003D; <italic>Y</italic><sub>&#x003B5;</sub> &#x0002B; <italic>r</italic><sub>&#x003B5;</sub> is continuous on &#x0211D; along with its derivative and consequently belongs to <inline-formula><mml:math id="M224"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Moreover, ||&#x00177;<sub>&#x003B5;</sub>|| &#x0003D; 1&#x0002B;<italic>O</italic>(&#x003B5;) as &#x003B5; &#x02192; 0, because the main term <italic>y</italic><sub>0</sub> &#x0003D; &#x003C8; is normalized in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;). The corrector function <italic>r</italic><sub>&#x003B5;</sub> is small, because <italic>r</italic><sub>&#x003B5;</sub> is identically zero on (&#x02212;&#x003B5;, &#x003B5;), and <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.23">Equation 6.23</xref> makes it obvious that</p>
<disp-formula id="E112"><mml:math id="M225"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A straightforward computation shows that a pair (&#x003BB;<sub>0</sub> &#x0002B; &#x003BB;<sub>1</sub>&#x003B5;, &#x00177;<sub>&#x003B5;</sub>) is a quasimode of <inline-formula><mml:math id="M226"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with accuracy of order <italic>O</italic>(&#x003B5;<sup>2</sup>), i.e., <inline-formula><mml:math id="M227"><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00177;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00177;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00177;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Hence,</p>
<disp-formula id="E113"><mml:math id="M228"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> is an eigenvalue of <inline-formula><mml:math id="M229"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Since &#x003BB;<sub>&#x003B5;</sub> is a simple eigenvalue, the corresponding eigenfunction <italic>y</italic><sub>&#x003B5;</sub> can be chosen so that <italic>y</italic><sub>&#x003B5;</sub> &#x02192; <italic>y</italic><sub>0</sub> in <italic>L</italic><sup>2</sup>(&#x0211D;), by <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.22">Equation 6.22</xref>. Theorem <bold>4</bold> is proved.</p>
<p>The proof of Theorem <bold>3</bold> is similar, with one key difference. The approximation given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.15">Equations 6.15</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E6.16">6.16</xref> is not sufficient to construct a quasimode of <inline-formula><mml:math id="M230"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with sufficiently small accuracy. It is, therefore, necessary to refine the approximation as follows:</p>
<disp-formula id="E114"><mml:math id="M231"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-ord">&#x003F0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>after which the construction proceeds as in the case of Theorem <bold>4</bold>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Concluding remarks</title>
<p>Exactly solvable models of quantum mechanics with point interactions provide useful approximations for short-range interactions between particles. In particular, &#x003B4;- and &#x003B4;&#x02032;-type potentials serve as mathematical abstractions representing idealized phenomena such as sharply localized charges or dipoles. However, while these models facilitate rigorous quantitative analysis, they do not always preserve the qualitative behavior of the corresponding regular systems.</p>
<p>For example, Hamiltonians with &#x003B4;-potentials capture well the spectral and qualitative behavior of regular Hamiltonians with sharply localized attractive wells; in particular, the unique bound state of the regular system persists in the limit model. In contrast, Hamiltonians with localized dipoles may possess arbitrarily many negative eigenvalues, while the corresponding exactly solvable model with <inline-formula><mml:math id="M232"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>-potential has none. We stress that, in both settings, the exactly solvable models arise as norm resolvent limits of families of regular Schr&#x000F6;dinger operators as the regularization parameter tends to zero.</p>
<p>Our results show that despite norm resolvent convergence to a bounded below operator with <inline-formula><mml:math id="M233"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>-potential, the family of approximating Hamiltonians with localized dipoles is not uniformly bounded below: their low-lying eigenvalues diverge to &#x02212;&#x0221E; as the regularization parameter tends to zero. This demonstrates that even the strongest form of convergence of Hamiltonians does not ensure that the spectral or qualitative properties of the real physical models are reflected in the idealized limit. Therefore, while exactly solvable models offer powerful tools for quantitative analysis, caution is needed when interpreting their qualitative features as representative of the physical systems they are meant to approximate.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s8">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s9">
<title>Author contributions</title>
<p>YG: Investigation, Conceptualization, Writing &#x02013; original draft. RH: Investigation, Writing &#x02013; original draft, Conceptualization.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s10">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research and/or publication of this article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s11">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Gen AI was used in the creation of this manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s12">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Gesztesy</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>H&#x000F8;egh-Krohn</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Holden</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <source>Solvable Models in Quantum Mechanics</source>. <publisher-loc>Providence, RI</publisher-loc>: <publisher-name>AMS Chelsea Publishing</publisher-name> (<year>2005</year>). p. 488. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/chel/350</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Kurasov</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <source>Singular Perturbations of Differential Operators. Solvable Schr&#x000F6;dinger Type Operators</source>, (<italic>London Mathematical Society Lecture Note Series vol 271)</italic> Cambridge: Cambridge University Press (<year>2000</year>). p. 429. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511758904</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>&#x00160;eba</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Some remarks on the &#x003B4;&#x02032;-interaction in one dimension</article-title>. <source>Rep Mathem Phys</source>. (<year>1986</year>) <volume>24</volume>:<fpage>111</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0034-4877(86)90045-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Christiansen</surname> <given-names>PL</given-names></name> <name><surname>Arnbak</surname> <given-names>HC</given-names></name> <name><surname>Zolotaryuk</surname> <given-names>AV</given-names></name> <name><surname>Ermakov</surname> <given-names>VN</given-names></name> <name><surname>Gaididei</surname> <given-names>YB</given-names></name></person-group>. <article-title>On the existence of resonances in the transmission probability for interactions arising from derivatives of Dirac s delta function</article-title>. <source>J Phys A Math Gen</source>. (<year>2003</year>) <volume>36</volume>:<fpage>7589</fpage>&#x02013;<lpage>600</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/36/27/311</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zolotaryuk</surname> <given-names>AV</given-names></name></person-group>. <article-title>Two-parametric resonant tunneling across the &#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>) potential</article-title>. <source>Adv Sci Lett</source>. (<year>2008</year>) <volume>1</volume>:<fpage>187</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1166/asl.2008.019</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zolotaryuk</surname> <given-names>AV</given-names></name></person-group>. <article-title>Point interactions of the dipole type defined through a three-parametric power regularization</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2010</year>) <volume>43</volume>:<fpage>105302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/43/10/105302</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zolotaryuk</surname> <given-names>AV</given-names></name></person-group>. <article-title>Boundary conditions for the states with resonant tunnelling across the -potential</article-title>. <source>Phys Lett A</source>. (<year>2010</year>) <volume>374</volume>, <fpage>1636</fpage>&#x02013;<lpage>1641</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2010.02.005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>YD</given-names></name> <name><surname>Hryniv</surname> <given-names>RO</given-names></name></person-group>. <article-title>On norm resolvent convergence of Schr&#x000F6;dinger operators with &#x003B4;&#x02032;-like potentials</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2010</year>) <volume>43</volume>:<fpage>155204</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/43/15/155204</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Klaus</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Some applications of the Birman-Schwinger principle</article-title>. <source>Helv Phys Acta</source> (<publisher-loc>1982/83</publisher-loc>) <volume>55</volume>:<fpage>49</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hinton</surname> <given-names>DB</given-names></name> <name><surname>Klaus</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Shaw</surname> <given-names>JK</given-names></name></person-group>. <article-title>Embedded half-bound states for potentials of Wigner-von Neumann type</article-title>. <source>Proc London Mathem Soc</source>. (<year>1991</year>) <volume>62</volume>:<fpage>607</fpage>&#x02013;<lpage>646</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1112/plms/s3-62.3.607</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hinton</surname> <given-names>DB</given-names></name> <name><surname>Klaus</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Shaw</surname> <given-names>JK</given-names></name></person-group>. <article-title>Half-bound states and Levinson&#x00027;s theorem for discrete systems</article-title>. <source>SIAM J Mathem Analy</source>. (<year>1991</year>) <volume>22</volume>:<fpage>754</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0522045</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Man&#x00027;ko</surname> <given-names>SS</given-names></name></person-group>. <article-title>Solvable models for the Schr&#x000F6;dinger operators with &#x003B4;&#x02032;-like potentials</article-title>. <source>Ukr Math Bull</source>. (<year>2009</year>) <volume>6</volume>:<fpage>169</fpage>&#x02013;<lpage>203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.48550/arXiv.0909.1034</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Hryniv</surname> <given-names>RO</given-names></name></person-group>. <article-title>Norm resolvent convergence of singularly scaled Schr&#x000F6; dinger operators and &#x003B4;&#x02032;-potentials</article-title>. <source>Proc R Soc Edinburgh</source>. (<year>2013</year>) <volume>143</volume>:<fpage>791</fpage>&#x02013;<lpage>816</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0308210512000194</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kurasov</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Elander</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <source>On the delta&#x02032;-interactions in one dimension</source>. Technical report, MSI, Stockholm (<year>1993</year>).<pub-id pub-id-type="pmid">9898116</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kurasov</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Distribution theory for discontinuous test functions and differential operators with generalized coefficients</article-title>. <source>J Math Anal Appl</source>. (<year>1996</year>) <volume>201</volume>:<fpage>297</fpage>&#x02013;<lpage>323</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jmaa.1996.0256</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Schr&#x000F6;dinger operators with (&#x003B1;&#x003B4;&#x02032;&#x0002B;&#x003B2;&#x003B4;)-like potentials: norm resolvent convergence and solvable models</article-title>. <source>Methods Funct Anal Topol</source>. (<year>2012</year>) <volume>18</volume>:<fpage>243</fpage>&#x02013;<lpage>55</lpage>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://mfat.imath.kiev.ua/article/?id=633">http://mfat.imath.kiev.ua/article/?id=633</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>1D Schr&#x000F6;dinger operators with short range interactions: two-scale regularization of distributional potentials</article-title>. <source>Integr Equat Operator Theory</source>. (<year>2012</year>) <volume>75</volume>:<fpage>341</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00020-012-2027-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gadella</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Heras</surname> <given-names>FJH</given-names></name> <name><surname>Negro</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Nieto</surname> <given-names>LM</given-names></name></person-group>. <article-title>A delta well with a mass jump</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2009</year>) <volume>42</volume>:<fpage>465207</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/42/46/465207</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gadella</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Negro</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Nieto</surname> <given-names>LM</given-names></name></person-group>. <article-title>Bound states and scattering coefficients of the potential</article-title>. <source>Phys Lett A</source>. (<year>2009</year>) <volume>373</volume>:<fpage>1310</fpage>&#x02013;<lpage>3</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2009.02.025</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gadella</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Glasser</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Nieto</surname> <given-names>LM</given-names></name></person-group>. <article-title>One dimensional models with a singular potential of the type &#x02212;&#x003B1;&#x003B4;&#x02032;(<italic>x</italic>)&#x0002B;&#x003B2;&#x003B4;(<italic>x</italic>)</article-title>. <source>Int J Theor Phys</source>. (<year>2010</year>) <volume>50</volume>:<fpage>2144</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10773-010-0641-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nizhnik</surname> <given-names>LP</given-names></name></person-group>. <article-title>A Schr&#x000F6;dinger operator with &#x003B4;&#x02032;-interaction</article-title>. <source>Funct Anal Applic</source>. (<year>2003</year>) <volume>37</volume>:<fpage>72</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1022932229094</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nizhnik</surname> <given-names>LP</given-names></name></person-group>. <article-title>A one-dimensional Schr&#x000F6;dinger operator with point interactions on Sobolev spaces</article-title>. <source>Funct Anal Applic</source>. (<year>2006</year>) <volume>40</volume>:<fpage>143</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10688-006-0022-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cal&#x000C3;ada</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Lunardi</surname> <given-names>JT</given-names></name> <name><surname>Manzoni</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Monteiro</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Distributional approach to point interactions in one-dimensional quantum mechanics</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2014</year>) <volume>2</volume>:<fpage>23</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2014.00023</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lee</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Lunardi</surname> <given-names>JT</given-names></name> <name><surname>Manzoni</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Nyquist</surname> <given-names>EA</given-names></name></person-group>. <article-title>Double general point interactions: symmetry and tunneling times</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2016</year>) <volume>4</volume>:<fpage>10</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2016.00010</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Exner</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Neidhardt</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Zagrebnov</surname> <given-names>VA</given-names></name></person-group>. <article-title>Potential approximations to &#x003B4;&#x02032;: an inverse Klauder phenomenon with norm-resolvent convergence</article-title>. <source>Commun Mathem Phys</source>. (<year>2001</year>) <volume>224</volume>:<fpage>593</fpage>&#x02013;<lpage>612</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s002200100567</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cheon</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Shigehara</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Realizing discontinuous wave functions with renormalized short-range potentials</article-title>. <source>Phys Lett A</source>. (<year>1998</year>) <volume>243</volume>:<fpage>111</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0375-9601(98)00188-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zolotaryuk</surname> <given-names>AV</given-names></name></person-group>. <article-title>Families of one-point interactions resulting from the squeezing limit of the sum of two- and three-delta-like potentials</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2017</year>) <volume>50</volume>:<fpage>225303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8121/aa6dc2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Rinaldi</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>On the spectrum of the Schr&#x000F6;dinger Hamiltonian with a particular configuration of three one-dimensional point interactions</article-title>. <source>Rep Mathem Phys</source>. (<year>2009</year>) <volume>64</volume>:<fpage>367</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0034-4877(10)00004-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Rinaldi</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>A remarkable spectral feature of the Schr&#x000F6;dinger Hamiltonian of the harmonic oscillator perturbed by an attractive &#x003B4;&#x02032;-interaction centred at the origin: double degeneracy and level crossing</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2013</year>) <volume>46</volume>:<fpage>385305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/46/38/385305</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Rinaldi</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>The Hamiltonian of the harmonic oscillator with an attractive &#x003B4;&#x02032;-interaction centred at the origin as approximated by the one with a triple of attractive &#x003B4;-interactions</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2015</year>) <volume>49</volume>:<fpage>025302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/49/2/025302</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Gadella</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Nieto</surname> <given-names>LM</given-names></name> <name><surname>Rinaldi</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of a one-dimensional Hamiltonian with a singular double well consisting of two nonlocal &#x003B4;&#x02032; interactions</article-title>. <source>Eur Phys J Plus</source>. (<year>2024</year>) <volume>139</volume>:<fpage>132</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/s13360-024-04923-8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Koshmanenko</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Kurasov</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Nizhnik</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>On approximations of rank one <inline-formula><mml:math id="M234"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>-perturbations</article-title>. <source>Proc Am Mathem Soc</source>. (<year>2002</year>) <volume>131</volume>:<fpage>1443</fpage>&#x02013;<lpage>1452</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0002-9939-02-06694-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30656504</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuzhel</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Nizhnik</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Finite rank self-adjoint perturbations</article-title>. <source>Methods Funct Anal Topol</source>. (<year>2006</year>) <volume>12</volume>:<fpage>243</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://mfat.imath.kiev.ua/article/?id=375">http://mfat.imath.kiev.ua/article/?id=375</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albeverio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Nizhnik</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Approximation of general zero-range potentials</article-title>. <source>Ukrainian Mathem J</source>. (<year>2000</year>) <volume>52</volume>:<fpage>664</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02487279</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Gadella</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Glasser</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Nieto</surname> <given-names>LM</given-names></name></person-group>. <article-title>Spectroscopy of a one-dimensional V-shaped quantum well with a point impurity</article-title>. <source>Ann Phys</source>. (<year>2018</year>) <volume>389</volume>:<fpage>48</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aop.2017.12.006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Two-parametric &#x003B4;&#x02032; -interactions: approximation by Schr&#x000F6;dinger operators with localized rank-two perturbations</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2018</year>) <volume>51</volume>:<fpage>255202</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8121/aac110</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Schr&#x000F6;dinger operators with singular rank-two perturbations and point interactions</article-title>. <source>Integ Equat Oper Theory</source>. (<year>2018</year>) <volume>90</volume>:<fpage>57</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00020-018-2482-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cheon</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Exner</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>An approximation to couplings on graphs</article-title>. <source>J Phys A Math Gen</source>. (<year>2004</year>) <volume>37</volume>:<fpage>L329</fpage>&#x02013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/37/29/L01</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Man&#x00027;ko</surname> <given-names>SS</given-names></name></person-group>. <article-title>On &#x003B4;&#x02032;-like potential scattering on star graphs</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2010</year>) <volume>43</volume>:<fpage>445304</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/43/44/445304</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Exner</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Manko</surname> <given-names>SS</given-names></name></person-group>. <article-title>Approximations of quantum-graph vertex couplings by singularly scaled potentials</article-title>. <source>J Phys A</source>. (<year>2013</year>) <volume>46</volume>:<fpage>345202</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/46/34/345202</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Quantum graphs: coulomb-type potentials and exactly solvable models</article-title>. <source>Ann Henri Poincar&#x000E9;</source>. (<year>2023</year>) <volume>24</volume>:<fpage>2557</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00023-023-01270-9</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Reed</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Simon</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <source>Methods of Modern Mathematical Physics</source>. <publisher-loc>Vol. 4</publisher-loc>: <publisher-name>Analysis of Operators. Academic Press, New York</publisher-name> (<year>1978</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berezin</surname> <given-names>FA</given-names></name> <name><surname>Shubin</surname> <given-names>MA</given-names></name></person-group>. <source>The Schr&#x000F6;dinger Equation</source>. <publisher-loc>Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Springer.</publisher-name> (<year>1991</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-94-011-3154-4</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Simon</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <source>Trace Ideals and Their Applications</source>. 2nd ed. <publisher-loc>Providence, RI</publisher-loc>: <publisher-name>American Mathematical Society</publisher-name> (<year>2005</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Klaus</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>On the bound state of Schr&#x000F6;dinger operators in one dimension</article-title>. <source>Ann Phys</source>. (<year>1977</year>) <volume>108</volume>:<fpage>288</fpage>&#x02013;<lpage>300</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0003-4916(77)90015-X</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kato</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <source>Perturbation Theory for Linear Operators</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Science &#x00026;Business Media</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golovaty</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Some remarks on 1D Schr&#x000F6;dinger operators with localized magnetic and electric potentials</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2019</year>) <volume>7</volume>:<fpage>70</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2019.00070</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shkalikov</surname> <given-names>AA</given-names></name></person-group>. <article-title>Spectral analysis of the Redge problem</article-title>. <source>J Mathem Sci</source>. (<year>2007</year>) <volume>144</volume>:<fpage>4292</fpage>&#x02013;<lpage>300</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10958-007-0272-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Avakian</surname> <given-names>MP</given-names></name> <name><surname>Pogosyan</surname> <given-names>GS</given-names></name> <name><surname>Sissakian</surname> <given-names>AN</given-names></name> <name><surname>Ter-Antonyan</surname> <given-names>VM</given-names></name></person-group>. <article-title>Spectroscopy of a singular linear oscillator</article-title>. <source>Phys Lett A</source>. (<year>1987</year>) <volume>124</volume>:<fpage>233</fpage>&#x02013;<lpage>236</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0375-9601(87)90627-X</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fassari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Inglese</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>On the spectrum of the harmonic oscillator with a &#x003B4;-type perturbation, Helv</article-title>. <source>Phys Acta</source>. (<year>1994</year>) <volume>67</volume>:<fpage>650</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Simon</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>The bound state of weakly coupled Schr&#x000F6;dinger operators in one and two dimensions</article-title>. <source>Ann Phys</source>. (<year>1976</year>) <volume>97</volume>:<fpage>279</fpage>&#x02013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0003-4916(76)90038-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lazutkin</surname> <given-names>VF</given-names></name></person-group>. <article-title>Semiclassical asymptotics of eigenfunctions</article-title>. <source>Part Differ Equat V</source>. (<year>1999</year>) <fpage>133</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-58423-7_4</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>