Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Абанин, Калиниченко. Целые функции

.pdf
Скачиваний:
154
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
811.94 Кб
Скачать

27. ФУНКЦИИ, АССОЦИИРОВАННЫЕ ПО БОРЕЛЮ

121

зависит от того, по какому контуру, охватывающему Df , ведется инте- грирование. Поэтому в качестве C выберем окружность {t : |t| = R}, ãäå

R > σ, à σ тип (при порядке ρ = 1) функции f.

 

 

 

 

 

 

 

an

(

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

zn

 

z C), òî ðÿä

X

 

 

 

 

 

 

Åñëè f(z) =

 

 

 

 

 

 

 

 

n!

 

n=0

tn+1 сходится на окружно-

 

 

 

 

 

 

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ñòè {t : |t| = R} равномерно. Поэтому для всех z C

 

 

 

1

Z

 

 

 

1

 

 

Z

anezt

 

1

Z

ezt

 

 

 

 

F (t)ezt dt =

 

 

 

 

 

dt = n=0 an

 

 

dt .

2πi

2πi

n=0

tn+1

2πi

tn+1

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

|t|=R

X

 

 

 

X

 

|t|=R

 

 

Òàê êàê ïðè âñåõ z C è n N {0}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

Z

 

 

dt = ezt

(n) t=0

= znezt t=0 = zn ,

 

 

 

 

 

 

 

2πi

 

tn+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t =R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

ezt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òî

2πi

ZC F (t)eztdt = n=0

n!

zn = f(z) äëÿ âñåõ z C . B

 

 

Следствие. Если f [1, +∞) и hf (ϕ) индикатор f (при порядке ρ = 1), то для всех ϕ [0, 2π]

hf (ϕ) 6 k

 

f (−ϕ) .

(27.5)

D

C Рассмотрим интегральное представление функции f, взяв в каче- стве контура интегрирования Cδ границу компакта Df + Kδ, ãäå δ > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

 

 

C :

|

 

|

 

)}имеем согласно (27.4)

 

 

 

произвольно и Kδ =

 

 

 

t

 

 

t

 

6

δ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В каждой точке z C (z = re

 

6

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

·

 

|

 

|

|

 

| 6

 

 

δ

·

t Cδ

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

t Cδ

 

 

t Cδ

 

 

f(z)

 

1

l(C )

 

 

max

 

eztF (t)

 

 

 

1

 

l(C

)

 

max

 

ezt

 

max

F (t)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

(

 

 

 

t Cδ

 

 

 

 

 

·

t Cδ |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ) ·

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

l C

 

 

 

max

 

eRe(re

 

 

·t)

 

max F (t)

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

·

t Cδ

|

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

t Cδ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

l(C )

 

max

F (t)

 

exp

r max Re (te)

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ãäå l(Cδ) длина контура Cδ.

Функция Re(te) является гармонической в C по переменной t при фиксированном ϕ [0, 2π]. Поэтому, применив принцип максимума гармонической функции и лемму 22.1, имеем

max Re(te) =

max Re(te) = k

 

 

 

 

(−

ϕ

) =

k

 

 

(

ϕ) + δ .

Df +kδ

Df

t

Cδ

 

 

 

 

 

 

 

t (Df +Kδ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

122

 

 

ГЛАВА 3. ИНДИКАТОР ЦЕЛОЙ ФУНКЦИИ

Итак, для любого δ > 0 ïðè âñåõ z = reC

 

 

 

 

 

|f(z)| 6 B(δ)exp r k

 

 

f (−ϕ) + δ ,

 

 

 

 

D

ãäå B(δ) =

1

l

C

 

max

F (t)

. Отсюда заключаем, что для любого δ > 0

 

 

(

 

δ) · t

Cδ |

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln |f(re)|

 

6

 

 

 

 

 

 

 

h

(ϕ) =

lim

k

 

 

( ϕ) + δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

r→+∞

r

 

Df

ïðè âñåõ ϕ [0, 2π] , а, значит,

hf (ϕ) 6 kDf (−ϕ) , ϕ [0, 2π] . B

28. Интеграл Лапласа и условия его существования

Z +∞

В курсе ТФКП рассматривался несобственный интеграл f(x)dx

0

от комплекснозначной функции f, непрерывной на положительной действительной полуоси Ox. Напомним, что этот несобственный интегралZ Rназывается сходящимся, если существует конечный предел

lim

f(x)dx. Величиной сходяшего несобственного интеграла назы-

R→+∞

0

 

вается значение этого предела, то есть

Z Rf(x)dx .

 

Z +∞ f(x)dx = lim

0R→+∞ 0

Заметим, что

+

 

f(x) = u(x) + iv(x)

 

x [0, +∞)

 

 

ный интеграл

åñëè

f(x)dx

+

 

 

(

+

 

 

), то несобствен-

Z0

 

 

 

 

 

 

 

мости последних,

 

 

 

сходится тогда и только тогда, когда сходятся

 

 

 

Z0

 

Z0

 

 

несобственные интегралы

 

u(x)dx è

 

 

 

v(x)dx, и, в случае сходи-

 

Z0 +∞ f(x)dx = Z0 +∞ u(x)dx + iZ0 +∞ v(x)dx .

 

Определение 28.1. Пусть функция f непрерывна на луче

 

 

lϕ0 = {z = re0

: r [0, +∞)} ,

ϕ0 [0, 2π] .

(28.1)

Символ

 

 

Z

 

 

 

Z ∞· e0

 

 

 

 

 

 

f(z)dz

èëè

f(z)dz .

 

(28.2)

lϕ0

0

28. ИНТЕГРАЛ ЛАПЛАСА

123

называется несобственным интегралом по лучу lϕ0 от функции f. Если существует конечный предел

Z Re0

lim f(z) dz ,

R→+∞ 0

где интегрирование ведется по отрезку, соединяющему точки 0 è Re0 ,

то этот интеграл называется сходящимся, а величина предела его âå-

личиной èëè значением.

Укажем достаточные условия существования несобственного интеграла (28.2).

Лемма 28.1. Пусть функция f непрерывна на луче lϕ0 (ϕ0 [0, 2π]) и существуют числа µ > 1, r0 > 0 и B > 0 такие, что

|f(re0 )| 6 rBµ , r > r0 .

Тогда несобственный интеграл (28.2) сходится.

C Рассмотрим интеграл

IR = Z0 e0 f(z)dz = z = re0

= Z0 R f re0 e0 dr , R (0, +∞) .

Åñëè

f(re

0

)e

0

 

 

 

 

 

 

(

 

 

), то функции

u

è

v

непре-

 

 

 

= u(r) + iv(r)

 

r [0, +∞)

 

 

 

 

 

 

рывны на [0, +∞). Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IR = Z0 R u(r)dr + i Z0 R v(r)dr .

 

 

 

 

 

 

Заметим, что

+∞

единственная особая точка несобственных интегра-

 

+

 

 

 

Z0

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ëîâ Z0

u(r)dr è

 

v(r)dr. Òàê êàê ïðè âñåõ r > r0

6 rµ ,

 

 

|u(r)| 6 f(re0 )e0 6 rµ

 

è |v(r)| 6 f(re0 )e0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

+∞

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

+∞

 

 

 

 

 

 

то несобственные интегралы

 

 

u(r)dr è

Z0

v(r)dr сходятся абсо-

лютно, а, следовательно, несобственный интегралы (28.2) сходится. B

Определение 28.2. Пусть функция f непрерывна на луче lϕ0 , ãäå ϕ0 [0, 2π]. Несобственный интеграл

Fϕ0 (t) := Z ∞· e0

f(z)e−ztdz ,

(28.3)

e

 

 

0

124 ГЛАВА 3. ИНДИКАТОР ЦЕЛОЙ ФУНКЦИИ

называется интегралом Лапласа от функции f ïî ëó÷ó lϕ0 .

Лемма 28.2. Пусть функция f непрерывна на луче lϕ0 (ϕ0 [0, 2π]) и существуют числа B > 0 и a R такие, что для всех z lϕ0 справед- ливо неравенство

|f(z)| 6 Bea|z| .

(28.4)

Тогда в полуплоскости

Πaϕ+0 δ = {t C : Re(te0 ) > a + δ} ,

где δ > 0 произвольно, интеграл Лапласа (28.3) сходится, представляет собой аналитическую функцию и имеет оценку

 

 

 

ezt

 

 

B

 

 

 

 

Оценим функцию

 

 

 

a+δ

), когда

 

 

 

в полуплоскости

 

 

 

Fϕ0

(t)

6

δ .

 

(28.5)

C

 

|f(z)e|

 

 

 

 

Πϕ0 (δ > 0

 

z

принадлежит lϕ0 , òî åñòü z = re0 , r [0, +∞). Согласно (28.4) имеем

f(z)e−zt = |f(z)|e− Re(zt) 6 Bea|z| · e−|z| Re(teiϕ0 ) 6

6 Bear−(a+δ)r = Be−δr ,

òî åñòü

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

ϕ0

 

 

Πϕ0

δr(28

1

À òàê êàê äëÿ

любого

δ > 0 имеется такое r0

= r0

(δ) > 0, ÷òî e

< r2

 

f

z e−zt

 

 

Be−δr

ïðè âñåõ z l

 

è t

a+δ .

 

.6)

ïðè âñåõ r > r0, то по лемме 28.1 несобственный интеграл (28.3) сходится

для любых t Πϕa+0

δ.

 

 

 

 

ϕ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ0

. Òàê êàê

 

 

Оценим0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величину модуля

 

F

 

(t) в полуплоскости Πa+δ

 

 

 

 

 

 

Z0

 

e

 

 

 

 

e

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞·

 

f(z)e−ztdz =

z = re0 = Z0

 

f(re0 )e0 erte

 

0 dr ,

 

то с учетом (28.6) имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

∞· e0

 

 

Z

+∞

 

 

 

B

 

 

+∞

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Be−δrdr = −

δ e−δr

 

 

= δ ,

t Πϕa+0 δ ,

 

 

 

0

 

 

f(z)e−ztdz 6 0

 

 

0

 

то есть выполнена оценка (28.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Покажем теперь, что функция Fϕ0 (t) аналитична в поплоскости Πϕa+0

δ.

Íà ëó÷å l

ϕ0

выделим

 

 

 

 

 

e

 

 

 

(

a

n)n=0 так, чтобы

 

 

 

 

последовательноть точек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = |a0| < |a1| < . . . < |an| < . . . , |an| → +∞ .

 

 

 

 

 

28. ИНТЕГРАЛ ЛАПЛАСА

 

 

 

 

125

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

 

 

 

∞· e0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fϕ0 (t) = Z0

f(z)e−ztdz + Zan

 

f(z)e−ztdz , n N .

 

e

 

 

 

 

∞· e0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положим In(t) = Zan

 

f(z)e−ztdz

(n N) и покажем, что функци-

ональная последовательность

 

I

(t)

 

равномерно сходится к нулю на

полуплоскости

 

a+δ

 

 

{

n

 

 

}1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

âñåõ t Πϕa+0

δ

Πϕ0

. Действительно, согласно (28.6) при любом n N

 

|In(t)| =

 

+∞

 

 

 

 

0 e0 dr

6

+∞

 

 

 

 

 

B

 

 

an

 

f(re0 )etre

 

an

 

Be−δrdr =

 

e−δ|an| .

 

 

|

 

|

δ

 

 

Z|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

ε > 0

 

N = N(ε)

N

:

n >

N

è

 

t

 

Πa+δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ0

 

|In(t)| 6 Bδ e−δ|an| < ε ,

откуда следует, что In(t) 0 на полуплоскости Πaϕ+0 δ, èëè, ÷òî îäíî è òî же, что функциональная последовательность

Fn(t) := Z0 an f(z)e−ztdz , n N ,

 

равномерно сходитсяeк функции Fϕ0 (t) на полуплоскости Πϕa+0

δ.

скими в полуплоскости

a+δ

e Fn(t) (n N), являются аналитиче-

Докажем теперь, что функции

e

 

дующего утверждения (которое

 

 

Πϕ0 . Доказательство проведем с помощью слевытекает из теорем Монтеля и Витали,

ñì. [5] , ò.1, ñ. 368-372).

Утверждение*. Пусть (ϕn(z))n=1 последовательность функций, аналитических в области G, равномерно ограниченная внутри G, то есть

для любого компакта K G имеется такое M > 0, что |ϕn(z)| 6 M ïðè âñåõ z K è n N. Åñëè (ϕn(z))n=1 сходится на некотором множестве D G, имеющем хотя бы одну предельную точку, принадлежащую G,

òî (ϕn(z))n=1 сходится равномерно внутри G.

По условию функция f(z) непрерывна на луче lϕ0 . Поэтому функция

f(z)e−zt непрерывна на отрезке [ 0, |an|e0 ] ëó÷à lϕ0 для любого t Πaϕ+0 δ. По определению криволинейного интеграла от непрерывной функции

по спрямляемой кривой для любого фиксированного n N функция

e

Fn(t) является пределом интегральных сумм, составленных по функции

. Лемма доказана.

126

ГЛАВА 3. ИНДИКАТОР ЦЕЛОЙ ФУНКЦИИ

f(z)e−zt

и разбиению τ отрезка [ 0, |an|e0 ] ëó÷à lϕ0 при условии, что

диаметр разбиения d(τ) стремится к нулю. Возьмем последовательность

разбиений n)

 

 

отрезка [ 0, a

n|

e0 ] ëó÷à l

 

íà k равных по длине от-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k=1(k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ0

 

 

 

 

 

 

 

 

резков точками ωl

 

(l = 0, 1, . . . , k). Тогда последовательность соответ-

ствующих интегральных сумм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sk(n)(t) =

k

 

f ξl(k) e−tξl(k)

· ωl(k) − ωl(k)1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ãäå

 

(k)

 

 

 

 

 

ω

(k)

 

e0 ,

 

 

ω

(k)

 

e0

 

 

(l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

N

 

 

 

t

ξl

 

 

 

 

l−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, . . . , k;

) сходится к F

 

 

 

 

 

 

 

 

a+δ

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

n( )

для любого t

 

Π

ϕ0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(k)

e

(k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функции f

ξl

 

 

 

l

 

аналитичны (по t) â C при любых l = 1, . . . , k

è k N.

Поэтому

 

(n)

 

 

 

при каждом

 

k N

аналитична в

C

. Кроме того,

 

 

 

 

 

 

 

Sk

 

(t)

 

 

 

 

 

a+δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

согласно (28.6) для всех t

Πϕ0

 

 

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ξl(k) el(k)

 

6 Be−δ|ξl(k)| 6 B , l = 1, 2, . . . , k , k N .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

любых t

 

 

 

 

a+δ

è k

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда для

 

 

Πϕ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sk(n)(t)

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

− ωl(k)1

 

= B|an| ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 l=1 B ωl(k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òî åñòü

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

(n)

(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

последовательность

 

 

 

k

 

 

 

равномерно

ограничена

íà

Πϕa+δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

.

Следовательно,

 

согласно

 

утверждению*,

последовательность

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sk(n)(t)

 

 

равномерно сходится к Fn(t) внутри Πϕa+0

δ. А значит, по тео-

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реме Вейерштрасса, функция

 

 

 

 

 

 

является аналитической в полуплос-

n

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кости Πa+δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fn(t)

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ0

 

.Далее, применяя

теорему Вейерштрасса к последовательно-

ñòè

 

Fn(t)

n=1,

заключаем, что

Fϕ0 (t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

â Πϕ0 e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a+δ

Следствие. Пусть выполнены условия леммы 28.2. Тогда функция e a

Fϕ0 (t) является аналитической в полуплоскости Πϕ0 .

C Воспользовавшись леммой 28.2 и устремив δ ê +0, получим нужное. Отметим, что при этом мы теряем оценку (28.5). B

Лемма 28.3. Пусть f [1, +∞) и hf (ϕ) индикатор f при порядке ρ = 1. Тогда функция

Z ∞· e0

F t

) =

f

(

z

e−ztdt , ϕ

,

π

,

eϕ0 (

 

)

 

0 [0 2

]

 

0

29. ТЕОРЕМА ПОЛИА

127

является аналитической в полуплоскости

Πhϕf00) := {t C : Re (te0 ) > hf 0)} .

C Фиксируем ε > 0. По определению индикатора целой функции существует такое r0 = r0(ε) > 0, ÷òî ïðè âñåõ r > r0

f(re0 ) < e(hf 0)+ε)r .

Поскольку функция f непрерывна

íà ëó÷å lϕ0 , а, следовательно, на от-

резке [0, r0e0 ], лежащем на луче lϕ0 , то существует такое D > 1, ÷òî

Поэтому

 

 

 

 

 

r [0, r0] .

 

 

 

 

 

 

f(re0 ) 6 D ,

 

 

f(re0 ) 6 D 1 + e−r0(hf 0)+ε) er(hf 0)+ε) , r [0, +∞) .

Применяя

к функции

 

Fϕ0 (t) следствие из леммы 28.2, получаем, что

функция

Fϕ0 (t)

 

 

e

 

Πϕ0

. B

 

 

e

является аналитической в полуплоскости

 

 

 

 

 

 

 

29. Интегральное представление функции, ассоциированной по Борелю. Теорема Полиа

Теорема 29.1. Пусть f {1, σf } è hf (ϕ) индикатор f. Тогда функ- öèÿ Fϕ0 (t) (ϕ0 [0, 2π]) является аналитическим продолжением функ-

öèè F

t), ассоцированной по Борелю с f, из области

t

|

> σ

 

в полуплос-

костьe(

hf 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

f

 

Πϕ0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C Пусть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak

 

 

n ak

 

 

 

 

 

 

f(z) =

 

 

zk =

 

 

zk + Rn(z) (z C; n N {0}) ,

 

k!

=0

k!

 

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xk

 

 

 

 

 

Xk

 

 

 

 

 

 

 

ak

 

k. Так как любой многочлен можно рассматри-

ãäå Rn(z) :=

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

k=n+1

вать как целую функцию нулевого типа при порядке ρ = 1, то согласно лемме 28.2 интегралы Лапласа

Z0

zke−tzdz (k N {0}) è

Z0

k=0

k! zke−tzdz (n N {0})

∞· e0

 

∞· e0

n

ak

 

 

 

X

 

 

128

ГЛАВА 3. ИНДИКАТОР ЦЕЛОЙ ФУНКЦИИ

сходятся в полуплоскости Πδ

δ > 0 и являются в ней ана-

 

ϕ0

при каждом

литическими функциями. Более того, учитывая произвольность δ > 0,

получаем, что эти функции аналитичны в полуплоскости Π0ϕ0 . Функция Rn(z) имеет тот же рост, что и f(z), поэтому Rn {1, σf }

при любом

n N {0}

. По лемме 28.2 интеграл Лапласа от этой функ-

 

 

 

 

 

 

σf

 

 

 

ции сходится в полуплоскости Πϕ0

при любом δ > 0, а, значит, в по-

луплоскости Πϕσf0 . Поэтому он (интеграл) является в Πϕσf0 аналитической

функцией. Поэтому для любого t Πϕσf0

 

 

 

 

 

 

∞· e0

n

ak

 

 

 

∞· e0

Fϕ0 (t) = Z0

 

 

 

 

 

 

 

 

zke−ztdz + Z0

Rn(z)e−ztdz =

 

 

 

 

 

 

k=0

k!

e

ak

∞· e

0

 

 

X

 

0

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞· e

 

Rn(z)e−ztdz , n N {0} .

= k=0

k!

Z0

 

 

 

zke−ztdz + Z0

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценим интеграл Z0

∞· e0

Rn(z)e−ztdz в полуплоскости Πϕ0f , считая, что

 

 

 

ak

 

 

(

 

N {0}), сходится абсолютно в каждой точке

σf > 0. Ðÿä

 

 

 

zk

 

 

n

 

 

k!

 

 

 

 

 

=n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z C. Поэтому в каждой точке z C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak

z C .

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn(z) 6 kX

|k!||z|k ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=n+1

Используя неравенство Коши для тейлоровских коэффициентов функции f

 

 

 

|ak

|

Mf (r)

, r > 0 ,

 

k

 

0

 

 

,

 

 

 

 

k!

6

rk

 

 

 

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N {

 

 

получаем, что при всех z C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R (z)

Mf (2|z|)

z k =

1

M (2 z ) =

1

 

M (2 z ) , n

0 .

kX

 

X

 

 

| n

|

|

·| |

 

 

2k

f | |

2n · f | |

N { }

| 6

(2 z )k

 

 

k=n+1

 

=n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее, по определению типа целой функции для любого ε > 0 существует такое D = D(ε) > 0, ÷òî

Возьмем ε

0, 2

Mf (r) 6 Def +ε)r , r > 0 .

σf . Тогда при некотором D > 0 è âñåõ z C

 

1

 

Mf (2|z|) 6 De2(σf +ε)|z| ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29. ТЕОРЕМА ПОЛИА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

129

и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|Rn(z)| 6 D

 

 

 

e2(σf +ε)|z| ,

 

 

z C , n N {0} .

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

 

 

 

 

 

Отсюда для всех t Πϕ0f = {t C : Re te0

> 3σf } è z lϕ0 имеем

 

 

Rn(z)e−zt 6 2n · e2(σf +ε)|z| · e−3σf |z|

 

 

= 2n e(σf −2ε)|z| ,

 

n N {0} .

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

Z

∞· e0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn(z)e−ztdz

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e(σf −2ε)rdr =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2n

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

n

N

 

 

0

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n · σf − 2ε

 

 

 

 

 

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞· e0

 

 

 

 

Поэтому функциональная последовательность

 

 

Z

Rn(z)edz

 

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

zt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сходится

равномерно

 

ê íóëþ

 

â

 

полуплоскости

 

 

 

Πϕ0f ,

и, значит,

ðÿä

k=0

k! Z0

∞· e0

zke−ztdz сходится равномерно к Fϕ0 (t) в полуплоскости

ak

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

Πϕ0f .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим несобственные интегралы Z0

∞· e0

zke−ztdz (k N {0}).

Åñëè k = 0, òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

∞· e0

eztdz = z = re0

= e0

Z0

+∞ e−rteiϕ0 dr =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Åñëè k , то, интегрируя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по частям

k раз, получаем

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

=

te0 e−tre

 

 

0 0

 

 

 

= t

,

t

6= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

∞· e0

zkeztdz = z = re0

 

= ei(k+1)ϕ0

Z0

+∞ rke−rteiϕ0 dr =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

+∞

 

 

 

 

 

 

 

0 dr! =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rke−rte

0

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ei(k+1)ϕ0

 

 

te0

 

 

0

 

 

+

te0

 

 

0

 

 

rk−1e−rte

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

130

ГЛАВА 3. ИНДИКАТОР ЦЕЛОЙ ФУНКЦИИ

 

ikϕ0

Z0

+∞

 

 

 

k

=

ke

rk−1e−rte

 

0 dr = . . . =

!

e0

t

 

tk

Следовательно, в полуплоскости Πϕ0f

 

 

 

 

 

n

ak

 

k!

 

 

 

e

 

Xk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

· tk+1 =

 

 

 

Fϕ0 (t) = nlim

 

 

 

 

→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=0

 

 

 

 

 

 

Z +∞ e−rteiϕ0 dr = tkk+1! , t 6= 0 .

0

Xak = F (t) .

tk+1

k=0

Напомним, что функция F (t), ассоциированная по Борелю с целой функ-

öèåé

f(z)

 

 

 

 

, аналитична вне круга

|t| 6 σf . По доказанному

 

 

 

{1, σf } f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

она совпадает на

 

Πϕ0

 

 

с функцией

 

 

Fϕ0 (t), которая аналитична в по-

 

 

 

 

 

 

 

hf 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

является аналитическим продол-

луплоскости Πϕ0

 

. Поэтому

Fϕ0 (t) e

 

hf 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

жением функции

 

 

 

 

в полуплоскость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hf 0)

 

 

 

 

 

F (t)

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

Πϕ0 , а, значит, и в луночку

Πϕ0

 

 

{t C : |t| 6 σf }.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае, если

 

 

 

 

 

 

, то при фиксированном

 

 

аналогично

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

σf = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0, 1)

 

6 De

εr ïðè

предыдущему имеем, что существует D > 0 такое, что Mf (r)

 

âñåõ r > 0, и, значит, при всех z C è n N {0}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|Rn(z)| 6

 

D

e2ε|z| , z C è n N {0} .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

 

 

 

 

 

Поэтому при всех t Πϕ2

0

è z lϕ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn(z)e−zt

6

D

e2ε|z|

· e−2|z|

=

D

e−2(1−ε)|z| ,

 

z C ,

n N {0} .

 

 

 

 

 

 

 

2n

2n

 

Отсюда,

åñëè t Πϕ2

0 , имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞· e0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

e−2(1−ε)|z|

 

 

 

+∞

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Rn(z)e−ztdz 6

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

=

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

2n

 

2(1

ε)

2n+1(1

ε)

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда следует, что ряд

 

k=0

 

ak

 

 

 

 

 

 

 

 

zke−ztdz сходится равномерно к

 

 

k!

Z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

t

на полуплоскости

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

eϕ0

(

) , получаем,0

÷òî

 

 

Πϕ0 . А значит, в полуплоскости0Πϕ0 , аналогично

первой части,

Fϕ

(t) = F (t). Учитывая аналитичность функции F (t) íà

â

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствие 1. Приeвыполнении условий теоремы 29.1 функция F (t)

C\{0}

 

 

 

 

 

 

 

 

Fϕ0

(t) = F (t) в полуплоскости Πϕ0 . Заметим, что

 

рассматриваемом случае

 

hf (ϕ) ≡ 0

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аналитична в области

 

 

[ Πϕhf (ϕ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ [ 0,2π]