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

книги из ГПНТБ / Стейн И.М. Сингулярные интегралы и дифференциальные свойства функций

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.91 Mб
Скачать

220

Гл. VI. Продолжения

и следы

производная б;- остается ограниченной (см. утверждение б) тео­ ремы 2) и

со

со

 

 

 

оо

 

J"

гр(Я)с?А= 1,

J А.гр (Л) с/Л =

0,

|

Я2гр(Л)^Я = 0,

1

 

1

 

 

 

1

 

то сумма

первых трех

слагаемых

в правой части сходится к

 

 

 

 

d2f

 

 

 

 

 

lim

 

L

(х,

у).

 

 

(х, y)<=D

у")

дх,

 

 

 

 

 

(х, у)-ИЛ

'

 

 

 

Трудность с последним слагаемым в том, что оно содержит производную от регуляризированного расстояния б* порядка выше первого, которая уже не является ограниченной. Однако мы мо­ жем написать

fy (х, У + Я6*) =

= fy (х, z/ + 6*) + (Я - 1) дЧуу (х, у + б*) + О ([(Я - 1) б*]2 ).

Подставляя это равенство в последнее слагаемое, мы получим два новых интеграла, которые обращаются в нуль, и остаток, который имеет вид

 

 

О

^ j 6 l j

X j

J

(Я — I ) 2 Аа|) (Я) dlj .

 

Далее,

г[з быстро убывает,

поэтому в силу теоремы 2 всё выраже­

ние есть 0 ( 6 * ) - > 0

при (х,

у)

->(х°, у0).

 

 

В заключение

заметим,

что

поскольку функция /

непрерывна

(и ограничена) вместе со

всеми своими частными производными в

D,

то же самое можно _сказ_ать

и о функции 6 ([} в Z5_, причем f

и

@ (/)

совпадают

на D Г) D-

вместе со всеми своими

производ­

ными. Отсюда следует, что ©(/) eEC°°(Rn + I ), что означает, что два

куска

функции

(Е (/), отвечающие D и D- соответственно, склеи­

ваются надлежащим образом. Докажем это,

показав

сначала,

что

(£(/) есть функция класса

С1. (Непрерывность

функции ©(/)

уже

была

доказана.)

 

 

 

 

 

Нам надо показать, что

 

 

 

 

 

 

&(f)(u)

®(f)(v)==(u

— v)-(Vu(f))(u)

+

o(\u —

v\)

 

для любой точки v £= R r a + 1

при и -> v. Здесь

 

нечего

доказывать,

если v принадлежит D

или D-.

Предположим поэтому, что v

ле­

жит на (общей) границе этих двух областей. Пусть

и GE £L;

рас­

суждения, когда и е б ,

полностью аналогичны. Мы

утверждаем,

что v и и могут быть соединены

ломаной, которая, за

исключением

точек У и а, лежит полностью в D~, причем общая длина этой

ло-

§ -3. Теорема продолжения

для области с минимально

гладкой границей 221

маной не превышает

c\v — и\. Действительно,

существует точка

w £= D _ , такая, что отрезки, соединяющие v с w и w с и, образуют искомую ломаную. Для нахождения такой точки w заметим, что

или и £= Г - (У) (тогда мы можем взять w =

и), или конусы

Г - ( У )

и Г_(и) должны

пересекаться. Ближайшую

точку

из

этого

пере­

сечения и можно взять в качестве w. Теперь,

 

 

 

S

(/) (и) -

е

(/) И =

(и -

w) (Vd/) («))•+ о (| а -

а» |),

 

е

(/) и

-

е

(/) (у) =

(ш -

о) (V®/) и

+ о (| w -

у |).

 

Складывая

эти

равенства

и используя

тот

факт,

что

(v®f) (w) —

— (V®/) (и) = о (1) при | ы — у | —v 0 в D,

получим требуемый

резуль­

тат. Аналогично

 

показывается,

что Щ е

Ck

( R n + 1 )

для

любого k.

Следующий

шаг

состоит в

доказательстве неравенства

(25),

которое мы получим, доказав сначала соответствующее неравен­ ство для произвольного фиксированного х, а затем интегрируя то,

что получится по

х.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим сначала случай k = 0. Зафиксируем

х° и предполо­

жим

(для удобства

записи), что (р(х°)

=

0.

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

\Щ(х°,

y)\<A\\f(A

у +

Х6*)\^-,

 

у<0.

 

Мы,

конечно,

используем

то,

что

[ \p (X) | ^

А/Х2.

Поскольку

б* ^ 2 (ф (х) — у),

то в нашем случае б* ^ 2 [ у |. Кроме того, ф (х) — у

не меньше расстояния от (х, у) до D, поэтому в рассматриваемом

случае б * ^ а | « | .

Положим

s = у + ХЬ* при

фиксированном у;

тогда

ds = dXw

записанное

выше

неравенство

принимает

вид

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

I ® (/) (*°, у)

| < Л б * / / { х \

s)

(s -

у)'2 ds,

у<0.

 

 

 

 

\У\

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

1®(/)(*°,

у)\<Аа\у\

j |/(x°,

s)\^r,

у<0.

(27)

 

 

 

 

\у\

-

 

 

 

 

 

Тогда

из неравенства Харди

(см. приложение

А,

стр. 319) выте­

кает,

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

®<f)(x°,y)\pdy\

<A'[j\f(x°,

 

y)\pdy\

.

 

V-to

 

/

 

 

\

 

 

J

 

222 Гл. VI. Продолжения и следы

Если теперь снять ограничение ф(х°) = 0

(мы

можем

сделать

сдвиг по оси у), то мы

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

/ °°

 

 

 

 

\I/P

 

/ о о

 

у IP

 

 

 

|

\&(f)(x°,y)\pdy\

< Л

|

j O l ' d j ,

 

.

 

Возводя

обе части

в р-ю

степень

и интегрируя

по х°

Rn ,

по­

лучим

неравенство

(25)

для

k =

0.

 

 

 

 

 

 

Доказательство

при

к >

О аналогично. Рассмотрим,

например,

случаи

к =

2. Здесь

рассмотрение

производной

 

вновь

яв­

ляется

характерным.

Первые три

слагаемых

в правой

части

(26)

исследуются таким же образом, отличие состоит в том, что теперь

мы используем неравенство

|I|)(A.) | ^

Л/А,4, Я ^

1. Только

послед­

нее слагаемое требует отдельного

рассмотрения.

Запишем

 

 

 

у+и*

 

 

 

fy = fy(x°, У +

Ь')+

|

fyy(x°,f)dt

 

(28)

У+Ь*

и подставим в (26). Интеграл, содержащий fy(x°, у + б*), обра­ щается в нуль в силу условия ортогональности, наложенного на \р, и нам остается оценить интеграл

оо t у+ Ш \

 

\УГ1

И '

|

\fyy(x\t)\dt\%-zd%.

 

 

i

I

i /+6*

 

J

 

После перемены порядка интегрирования этот интеграл сво­

дится к

рассмотренному

ранее

интегралу

(который

аналогичен

интегралу, стоящему

в правой части неравенства (27)); тем самым

случай к — 2 исчерпан.

 

 

 

 

Для

произвольного k,

если мы выполним дифференцирование

под знаком интеграла в (24), то

получим

производные

различных

порядков от f. Когда

суммарный

порядок

производной

от / мень­

ше к (он может быть равен 1), мы записываем тейлоровское раз­ ложение для этой производной относительно точки (х°, у + б*) до порядка к с остаточным членом в интегральной форме и рассуж­ даем, как и выше.

Действительно, предположим, что порядок дифференцирования

функции / равен ко, причем

ко < k. Обозначим

через

g эту произ­

водную от f порядка ко. Тогда мы запишем

 

 

g(x°,

у + К6)=\

 

^ ~ Т " Г 8

+

 

 

+ - 1

|

(xb*-t)l-l-§fg(A

y +

t)dt,

где к0 + I =

"

б*

 

 

 

к..

 

 

 

 

§ 3. Теорема продолжения

для области с минимально гладкой границей 223

Только интеграл даст ненулевой вклад, но он оценивается вы­ ражением

 

и*

 

А(ХЬ*)1'1

д1 .

y + t) dt,

•jf'gix0,

и дальнейшие рассуждения остаются теми же, что и раньше. Следует отметить, что во всех, этих выкладках, приводящих к

неравенству (25), область D влияет на получающиеся оценки только через свою константу Липшица М (из неравенства (22)).

3.2.4. Последний шаг доказательства теоремы 5' будет посвя­ щен тому, чтобы избавиться от наложенного на / ограничения: функция f е С°° в D и вместе со всеми своими частными произ­ водными непрерывна в D и ограничена.

Для этого рассмотрим неотрицательную функцию ц е C°°(Rn + 1 ), полный интеграл от которой равен 1 и носитель которой лежит строго внутри конуса Г_. Для любого е > 0 положим

т)е (и) = e ^ - ' r , (и/г) е= R r t + 1 )

и

/ . ( « ) = / / ( « -

о) % (v) dv,

где

f — заданная

функция

из

Li(D).

Заметим,

что

если

a e f l ,

то

интеграл

содержит

разность и — v е

D, так что он определен кор­

ректно. Более того, поскольку

носитель т)е лежит строго внутри

Г_,

мы

видим,

что

интеграл определяет функцию /е (ы) в

некоторой

окрестности

множества

D,

причем / е

там принадлежит

классу С°°-

Ясно также,

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dUf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L P

ф)

 

дха

k"

(D)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если теперь р <

оо, то, как

нам известно, / е - > / по

норме

 

Lpk(D).

При

р =

оо

достаточно более слабого утверждения: если

 

k^l,

то / „ - > /

по

L^_,-HopMe. (См. тесно

связанные-с этим

результаты

§ 2.1 и 6.2 гл. V.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положим

теперь

®е (/) =

6 ( / е ) ,

тогда, согласно

(25)

и (29),

 

 

 

 

 

II ®е

(/) Ь

(R «+i) <

Ak, п

(М)\\ f \\LP

 

 

 

 

(30)

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

Далее ясно,

что

||/е

— / е > |lLp

| ( D ) - > 0

при е,

е ' - » 0 .

Поэтому

(Se (f)

есть

фундаментальное семейство

в Lu-\ ( R r a + I ) . и е г

о

предел

также

удовлетворяет неравенству (30); это означает, что мы доказали

существование оператора

(Е = lim б е , являющегося расширением

оператора ®, определенного

первоначально на функциях класса С°°

224

Гл. VI. Продолжения и следы

на D. Это, очевидно, и есть искомый оператор продолжения, удо­ влетворяющий неравенству (25'). Теорема 5', таким образом, доказана полностью.

3.3. Общий случай. Завершив рассмотрение случая специаль­ ной липшицевой области, вернемся снова от R n + 1 к Rn . Будет удобно также слегка изменить нашу терминологию, считая об­ ласти, получающиеся из специальных липшицевых областей путем поворота, также специальными липшицевыми областями. Понятие константы Липшица для таких областей определяется очевидным образом и, конечно, инвариантно относительно поворота.

Пусть теперь D — открытое множество в R" и 3D — его гра­ ница. Мы будем говорить, что граница 3D минимально гладкая, если существуют такие Б > 0, целое число N, число М > 0 и по­ следовательность Ui, U2, • • • , Un, . . . открытых множеств, что 1) если х <= 3D, то В(х, в ) с ( / ( для некоторого i, где В(х, е) —

шар с центром в точке х радиуса е;

2)никакая точка из R n не содержится более чем в N открытых множествах £/,•;

3)для любого i существует такая специальная липшицева об­ ласть Di с константой Липшица, не превышающей М, что

U{C]D =

Utr]Dt.

Некоторые примеры указанных выше множеств таковы.

ПРИМЕР 1. Пусть D — ограниченная область в R" с границей класса С1 . В этом случае достаточно конечного числа открытых множеств Ui.

ПРИМЕР 2. D — любое открытое выпуклое множество. Вновь достаточно конечного числа множеств Ui.

ПРИМЕР 3.

D c R ' и D = \Jlj ,

где I j — непересекающиеся

от-

крытые

интервалы. Условия

1 ) — 3 )

выполнены,

если

существует

б > 0,

такое,

что (длина

Ij) ^ б

и

dist (/j, h)

^ б

при / ф

k.

В этом примере понадобится бесконечное число открытых мно­

жеств

Ui, если

самих, интервалов Ij бесконечно

много.

Условия

(длина

f j ) > 6 ,

d i s t ( / j , б являются также

и необходимыми.

Читатель может

легко убедиться, что условие (длина Ij) ^

б нуж­

но, если надо получить ограниченное продолжение для b\, в то время как условие dist (/j, 1ъ)~^ б нужно для получения ограничен­ ного продолжения для Lf.

3.3.1. Мы докажем теорему 5, сведя ее к теореме 5' для спе­ циальных липшицевых областей. Рассуждения, однако, будут до­ вольно сложными.

Для любого множества U cz R™ и любого е > 0 положим UE = {х: В(х, e)czU}. Заметим, что Ue с : U и что условие 1) можно

§ 3. Теорема продолжения

для области с

минимально

гладкой

границей 225

переформулировать

так: ( J U \ dD.

Обозначим

через г\(х) фикси-

 

 

i

 

 

 

рованную функцию

из

С°° на R" с полным интегралом

1, носитель

которой содержится в единичном шаре, и положим r\R(x) = e~nr\(x/e).

Предположим,

что %t есть характеристическая функция множе­

ства Uf!i, и положим

 

 

 

 

Следующие свойства функций Я(- очевидны:

 

а)

каждая

из функций Я,- сосредоточена в С/,;

б)

Xi{x)—\,

если х е Us/2

и,

в

частности,

если л е С / | ;

в) каждая

из функций Яг

е

С°°

и имеет

ограниченные произ­

водные всех порядков; оценки для производных функций Я* могут быть выбраны независящими от i. (Они зависят только от L'-нормы соответствующих производных для T]g / 4 .)

Рассмотрим,

кроме того,

три

других

открытых

множества

покрывающих соответственно некоторую окрестность множества D

границу множества D и часть внутренности множества D, отстоя­

щую

от

границы,

а именно множества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0 =

[x:

dist (х,

 

D)<±}.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£/+ =

{ * :

dist (x,

< ? £ > ) < - ^ } ,

 

 

 

 

 

 

 

 

£ / _ = { x e D :

dist(x, dD)

>-j}-

 

 

Обозначим через %0,

%+

и %_ характеристические функции этих

множеств и регуляризуем их, как это

было сделано выше, а именно

положим

Я0

=

%0

* т]8 / 4 ,

Я +

=

х+ * чЕ / 4

и Я_ = х_ * ле / 4 - Очевидно, что

Я0 (х) =

1, если

J C G B ,

J , + (x) = l , если dist (х,

dD) ^ е/2

и Я_ (х) = 1,

если х е

 

D и dist (я, сШ)

 

Более того, носители функций Я0 , Я +

и Я_ лежат соответственно в

е/2-окрестности £), е-окрестности dD

и в

D.

Эти

функции

также

ограничены на R" вместе со всеми

своими

производными. Положим

теперь

 

 

 

 

 

 

 

л +^ ЧяТ^хг)

и

л -^я °(я+ + я_)-

 

Мы

видим,

что функция

Я0 сосредоточена на множестве, где

Я + + Я _ ^ 1 .

Поэтому

у функций Л +

и Л_ также все

производные

ограничены на R", причем Л +

+

Л_ =

1, если х s D, и Л + +

Л_ = О

вне е/2-окрестности множества D.

 

 

 

 

 

 

Напомним

теперь,

что

с

открытыми

множествами

Uu

U2, .. .

..,

 

 

покрывающими

D,

связаны

специальные

липшицевы

области

 

£),,

D 2 ,

D b . . . .

Обозначим через @( оператор про­

должения для

Lk(Di),

свойства

которого

приведены в теореме 5'.

8 И. Стейн

226

Гл. VI. Продолжения и следы

После всех этих предварительных рассуждений мы можем наконец выписать искомый оператор продолжения ® для множе­ ства D. Для / е L p (D) определим

2 A , ( * ) ® W )

(Щ)(х) = А+(х)

J = I

+ Л_ (*)/(*)•

(31)

оо

(=1

Отметим следующие факты.

 

 

 

 

г)

Если х принадлежит носителю функции Л+ (более

общо,

если

dist (х, 3D) ^ е/2), то х е

f / f 2 хотя бы

для одного i,

и, та­

ким

образом, для указанных

х

2 ^(*)^1.

(См. выше

свой­

ство

б).)

 

 

 

 

 

 

 

 

д) Для любого х сумма

(31)

содержит самое большее

N + 1

не равных

нулю

слагаемых

(в силу условия

2) относительно

по­

крытия

{U{}).

 

 

 

 

 

 

 

е)

Слагаемое

A~(x)f(x)

корректно определено, поскольку

но­

ситель функции Л - содержится в D.

ж) Слагаемые .®*(Xif) корректно определены, поскольку функ­

ции Xif определены в специальных липшицевых

областях D{.

 

з)

Очевидно, что (@/) (х) = f(x)

для x e D .

 

 

Для того чтобы доказать основное неравенство

 

 

 

1 | е ( / ) 1 1 4 И < 4 , „ ф ) 1 1 / 1 1 ^ № ) ,

f&LUD),

(32)

нам

понадобится следующее замечание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

ПРЕДЛОЖЕНИЕ. Предположим,

что А (х) = 2

сц (х) и для

каж-

 

 

 

 

 

 

(=1

 

дого

х самое

большее

N слагаемых

 

{а,- (л;)}

отличны от нуля.

Тогда

 

 

II А (х) ||р

< Л ^ 1 ' " (21|

at

(х)\fpyp,

 

р<оо,

 

 

 

U(x)L<Nsup\\at(x)L,

 

 

Р = °°-

 

СИМВОЛ

 

i

 

 

LP-норму. Случай L°°,

!!• ||р обозначает стандартную

равно как и случай L 1 , тривиален. Общий

случай не намного

труд­

нее;

искомое

неравенство следует

из того, что

 

 

 

 

\A(x)\p^Np-l^\ai(x)

 

2 = 0

Г,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что в свою очередь есть очевидное следствие неравенства Гёльдера.

Докажем сначала (32) при & = 0. Используя свойства а ) — в ) функций Х{, а затем свойства г ) — з ) , предложение и случай

 

 

 

 

§

4.

Дальнейшие

 

результаты

227

k — О теоремы 5', мы получим при р <

 

оо

 

 

II в/

11 <

Л / ' ~

1

/ р

 

J

I <S' (Kf)

\

dxJ

P

+ ^\f(x)f

dxJ

^

 

Р

 

 

 

 

 

p

 

 

P

 

 

<ANi-i'p(^j\XtffdxJP

 

 

 

 

+

 

^\f\''dxJP<

 

 

< A N ^

 

\ f

f

d

x

J p +

 

 

 

^\frdxJpt

 

 

так как

(2 я/),/р

 

<

W I /

P .

 

 

 

 

 

 

Аналогичные рассуждения проходят и при р = оо. Этим дока­ зано (32) при & = 0. Очень похожие рассуждения работают и при любых k, поскольку любая наперед заданная частная производная функций Яг, i — 1, 2, . . . , Л+ и Л_ равномерно ограничена. Тем самым доказательство теоремы 5 завершено.

§ 4. Дальнейшие результаты

В следующих ниже § 4.1—4.5 рассматриваются следы (сужения) функций из

S'J

( R n )

на линейных

многообразиях.

 

 

 

 

 

 

 

4.1.

Пусть

f — локально

суммируемая

на

R n

функция. Мы

будем

говорить,

что

функция f

может

быть

строго

определена

в

точке х°, если

существует

 

 

 

 

 

Hm

 

1

j

 

f(x°-t)dt;

 

 

 

 

 

 

 

m

(BR)

 

 

 

 

 

 

 

 

е_>0

 

 

 

 

 

 

здесь B e

— шар радиуса

e

с

центром

в

начале

координат. В

этом

случае мы

переопределяем

(если

это

необходимо)

функцию

/, предписывая

ей это значение

в точке х". Если так сделано в каждой точке, где это возможно, мы будем гово­

рить,

что функция /

строго определена.

Таким

образом,

по фундаментальной

теореме гл. I каждая локально суммируемая функция может быть строго опре­

делена, причем после этого она совпадает

с исходной функцией почти всюду.

При

изучении следов

функций

из 3?%

важную

роль

играет следующая

лемма.

Л Е М М А . Пусть

f e f j l

f ) ,

f =

G a * ( p ,

гдеа>0,

1 < р < о о .

Пусть,

далее,

Xй точка,

для

которой

интеграл

j*

Ga(x

— /) <p(t) dt =

f(x),

представляю'

 

 

 

 

 

 

 

Rrt

 

 

 

 

 

 

 

щий

функцию

f,

сходится

абсолютно.

Тогда

при

в->0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пг(ВЕ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, функция f может быть строго определена в точке х°.

4.2. Рассмотрим линейное /«-мерное многообразие-.в пространстве R". Без потери общности можно считать, что это есть подпространство R m пространства R " , состоящее из точек, у которых первые m координат произвольны, а послед-

228

 

Гл.

VI. Продолжения

и

следы

 

 

 

 

 

ние

п — т

координат равны

нулю. Предположим

теперь,

что

а >

(п — т)/р,

1 ^

Р ^ 0 0 ,

и / e S ' J J R ' 1 ) ,

Тогда функция f

может

быть строго

определена

во

всех

точках

подпространства

R m , за исключением

подмножества

в R m

m-мерной

лебеговой меры нуль. Если мы обозначим этот

след (сужение)

через

91(f),

то

31(f)

s L P ( R m ) , причем

отображение f-*

91(f)

из 3?ра (Rn)

в

L " ( R ' n )

непре­

рывно, т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l l ^ l l L , ( R m ) < ^ l l f l l ^ ( R ) .

4.3. След 32 ( f ) , описанный выше, принадлежит не только к L p ( R m ) , но и к не­ которому подходящему Л-пространству. Более точно, пусть В = а — (п — т)/р > О

и 1 < р < ° о .

Если

/ e ^ ( R " ) ,

то

& (f) <= Afr р

(Rm)

и отображение

f - > 91 ( ^ н е ­

прерывно, т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i i ^ / ) i i A r ( R m ) < ^ m ^ ( R n ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Утверждение,

обратное

к

сформулированному

в

§

4.3,

также

выпол­

няется. Таким

образом,

множество

следов элементов

пространства

3?£ (R" )

на

R"

в

точности

совпадает

с пространством

Л^'р ( R " ) ,

где

В =

а — ( п — т)/р.

Мы

дадим

явную

формулировку

обратного

утверждения

в

случае

т =

п—1.

Пусть ф есть фиксированная функция класса С°° на

R " - 1

с

компактным носи­

телем,

такая, что

j "

cp(x)dx=l.

 

Пусть,

далее, г\ — фиксированная

функция

 

 

 

 

 

Rrt-I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

класса С°° на R' с компактным

носителем,

такая,

что г| (0) =

1. Для

любой

локально суммируемой

функции

/

на R " - 1 рассмотрим ее продолжение

на

R n

задаваемое следующим

равенством:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Ef)

(х,

у) -

г, (у)

J f(x-yt)<t(t)dt,

 

( ^ « / ( в Г - ' х д ' - Г .

 

 

 

 

 

 

 

R n - i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М о ж н о

показать, что

если

/ г

р ( R n _

1 ) ,

то E f e ^ ( R " )

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| Е ( » | , 8 ( Л < ^ ' | л | . р ( , - У

 

 

 

 

 

 

 

Здесь предполагается,

что 6 = а — 1 / р > 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Более точная форма этого продолжения такова. Пусть

k — наибольшее

целое

число, не превышающее

В. Обозначим

через

r\Q(y),

 

 

r)f e (i/) функции

класса

С°°

на

R1

с компактным

носителем,

обладающие

тем свойством,

что

dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— у

i l / f j / )

 

= 6 / г , 0 < / , / < £ .

Предположим, что

f (

e A p ^ ( R " " ' ) , 0

< / ' < £ .

Положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(x,y)

 

= Yi4i{y)

 

 

fi(x-yt)v(t)dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/=о

R « - i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

f e= S£l

( R r e ) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I П ,5. 0 r t < " ( g l ' / l # < « - - , >

§

4.

Дальнейшие

результаты

229

fl М >

/' =

0

К

где 91 обозначает след на

гиперплос­

кости у = 0. О приведенных

выше

результатах см. Стейн [7] и более

поздние ра­

боты Ароншайна, Муллы и Шептыцкого [1] и Лизоркина [2]. Основой для этих

результатов

послужили

работы Гальярдо [1] и Ароншайна и Смита [ I ] 1 ) -

4.5.

Аналогичные

результаты

имеют

место

и для

пространств

Л £ ' 4 ( R " ) -

Если а > (п — m)lp, то след элемента из Ар-

q (Rr a ) на

R O T принадлежит А^' 4 ( R m ) ,

Р = а — "

™ . Обратно,

всякая

функция

из АР'

4

( R m )

может

быть

продол­

жена на

R"

так, что

она

будет

элементом пространства A ^ ,

I 7 ( R " ) ,

П о д р о б ­

ности см. в работах Бесова [1] и Тейблсона [2] .

 

4.6. Пусть

со ( б ) ,

0 <

 

б, — регулярный

модуль

непрерывности,

определенный

в § 2.2.3 выше. Для любого замкнутого множества F

и

любого

неотрицатель­

ного

целого

числа k

 

определим

пространство

Lip(£ +

<o, F)

так же, как и в

§ 2.3

(формулы

(16)

и

(17)),

отличие будет

только в

том, что

условия

на

Rj

теперь таковы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\Rj

(х,

 

 

 

 

 

 

 

y)\^M\x-y\k-l"co(lx-y\).

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

оператор

 

& ь.

 

осуществляет

продолжение

функций

из

пространства

Lip (А +

со, F)

до

функций

из пространства

L i p ( & +

со, R " ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7. В

теореме

продолжения

из § 2.3 предположим,

что у =

k и, кроме

того,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/?,(*, |/) =

o ( U - y | * 4 / l )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в том смысле, что для любого i s f

и любого

е >

0 существует

такое

б >

О,

что

для

x,y&F,

 

 

 

удовлетворяющих

неравенствам

— * | < б ,

у\<Ь,

вы­

полняется

неравенство

 

\Rj (х,

у) \ <

е | х у

 

 

 

Тогда

 

&ь.(])

е

 

 

Ch(Rn).

Именно

так выглядела

первоначальная

теорема

продолжения в работе

Уитни [1].

 

4.8. Первая

 

теорема

продолжения

для

функций

из

Lpk(D),

 

где D — множе­

ство вида, рассматриваемого в § 3, была доказана с помощью

следующих

рас­

суждений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Давая набросок этих рассуждений, мы ограничимся специальными

 

липиш-

цевыяи

 

областями

O c R "

(определенными в

§

3.2

для

R n + 1 ) .

Все, что

нужно

для

наших

целей, — это

следствие

из этого

определения.

 

Оно

заключается

в

том, что существует фиксированный конус Г, такой,

что

если

х е

D,

 

то

х + Г с О .

Зафиксируем

теперь

k ^

 

1

в

остальной

части

наших

рассуждений.

Выберем

фиксированную функцию ср, сосредоточенную на — Г и

удовлетворяющую

сле­

дующим

дополнительным

условиям:

1)

ср имеет

ограниченный

носитель;

2)

около

начала

 

координат

ср

совпадает

с

функцией,

 

однородной

степени — я -f- k:

3) ср — класса

С°° на R n

— {0}; 4)

lim

&п~ку

 

(ел:') da ( / )

=

ут

 

ггг (заме-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sn-l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тим,

что

ввиду

предположенной

однородности

функции

<р около

 

начала

ко ­

ординат этот интеграл на самом деле

постоянен для малых е) .

 

 

 

 

 

 

 

 

•)

В

случае

целых

 

a =

k

(5£\

аз L p k )

при р — 2 этот

результат

был

полу­

чен

независимо

Ароншайном

[1*] и

Слободецким

[1*], [2*]. При р ф

2 этот

ре­

зультат впервые в окончательном виде

получен

Бесовым

[1], [2*]; см. также

ра­

боту

Успенского

[1*]. - - Прим.

ред.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ