
книги из ГПНТБ / Стейн И.М. Сингулярные интегралы и дифференциальные свойства функций
.pdf260 |
Гл. VII. Возвращение к теории гармонических |
функций |
3.1.1.При доказательстве леммы мы воспользуемся обозначе
ниями |
F • G = |
«о • v0 + |
«, • и, + |
. . . + |
unvn, |
где У7 = |
(«0 , |
Щ, |
ип) |
||||||||
и |
G = |
(v0, vx |
|
* vn), |
и, |
кроме |
того, |
FXj=-^-% |
|
тогда | VF |2 = |
|||||||
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 |
If |
*у I2. |
Д а л е е |
> -£r(F-G) |
= |
FX}-G |
|
+ F- |
GXj; |
поэтому |
|
|||||
|
1=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
JL\Ff |
= |
q(q-2)\F |
Г* |
(FX} -F)2 + |
q\F Г |
8 {| FXj |
| 2 |
. + FXjXj |
• F). |
|||||||
Суммируя по |
/ |
и принимая во |
внимание, что Fxaxa |
+ Fxlxl + • • |
|||||||||||||
• • • + рхпхп |
= |
0, |
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
b\Ff = q\Fri[{q-2)?i{FxrFf |
|
+ |
|
\FfyZ\Fxi\i\. |
|
|||||||||
Поэтому остается только |
сравнить выражения |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
(q-2)21(FxrFy |
|
+ |
\F\*2l\FXj\2 |
|
|
|
|
(22) |
|||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно |
неравенству |
Шварца 2 |
(^, • Л 2 < [ | F |2 |
2 |
I Fx. |
I2 , по- |
||||||||||
этому выражение |
(22) не превышает |
|.F|2| V / 7 ] 2 |
при q ^ |
2 и не пре |
|||||||||||||
вышает (<7 — 1) |F|2 | V F | 2 |
при о ^ 2 . Это показывает, что Д | 1 9 <| |
||||||||||||||||
^ C g j / 7 ^ - 2 ^ / 7 |
! 2 . |
Подобным же образом оценка |
выражения |
Л j ,F |« |
|||||||||||||
снизу при q ^ |
2 является простой и не использует на полную |
мощ |
|||||||||||||||
ность |
условия |
Коши — Римана |
(18). Предположим |
теперь, что |
|||||||||||||
q < |
2. В этом случае решающую роль играет следующее |
уточнение |
|||||||||||||||
неравенства |
Шварца: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Ъ(Р*ГП2<(^ТТ)\Г\2%\РХ]\\ |
|
|
(23) |
которое мы вскоре докажем. Считая, что оно верно, мы видим, что выражение (22) ограничено снизу выражением
|
1 |
|
|
Подставляя эту |
оценку в |
равенство для А [ F f, |
получим, что |
MFf^cq\Fr2\W\2, |
где C |
q = q \ \ + {q-2)(-^p[)] |
при q^2. |
§ 3. Применение к теории |
HP-пространств |
261 |
Лемма будет полностью доказана после того, как будет установ лено неравенство (23); в этом доказательстве обобщенные усло вия Коши — Римана будут использованы во всей полноте.
3.1.2. |
Заметим |
прежде всего, что |
достаточно доказать |
(23) |
в |
||||||
частном |
случае, когда функции и0, ии |
ип |
действительнозначны, |
||||||||
т. е. когда рассматриваемые гильбертовы пространства |
одномерны. |
||||||||||
Переход к общему случаю осуществляется путем введения какого- |
|||||||||||
либо ортонормированного базиса. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Пусть |
теперь Ж = (пг^)—матрица |
порядка (n-f- 1 ) Х ( " + 1), |
|||||||||
элементы которой mjh действительны. Рассмотрим две нормы для |
|||||||||||
таких |
матриц. Первая — это |
обычная |
норма |
|| Ж II |
= |
sup|^#(Т7) |, |
|||||
супремум берется по всем векторам F единичной длины. Вторая — |
|||||||||||
норма |
|
Гильберта — Шмидта |
|||л?|11> |
задаваемая |
равенством |
||||||
III Л IIP |
— 2 |
I tnik ?• |
В силу |
неравенства Шварца |
очевидно, |
что |
|||||
IIЛ II ^ |
|
/. |
к |
|
теперь, что матрица Ж симметрична |
||||||
III |
Л III. Предположим |
||||||||||
и имеет след, равный нулю. Тогда мы можем усилить это нера |
|||||||||||
венство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1 ^ 1 Р < ( 7 Г Т т ) | М 1 И 2 - |
|
|
( 2 3 ' ) |
Для доказательства неравенства (23') заметим, что обе нормы инвариантны относительно ортогональных преобразований, и после подходящего выбора базиса в ( п + 1 ) - м е р н о м евклидовом про странстве мы можем считать, что симметричная матрица Ж диагональна; пусть диагональные элементы суть Яо, Яь . . . , Яп . Так как
п
след матрицы Ж равен нулю, то 2 |
^ / ^ 0. Поэтому^/, = — |
2 ^/5 |
|||||||||
|
|
|
|
|
/ = |
0 |
|
|
|
/ |
Ф /о |
значит, |
по |
неравенству |
Шварца |
Я2, |
2 |
А/ |
и, следовательно, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
/ Ф и |
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
i |
|
|
|
Это |
и есть |
неравенство |
(23') в случае диагональной |
матрицы. Со |
|||||||
гласно |
сказанному выше, |
неравенство |
(23') доказано тем |
самым |
|||||||
и для любой симметричной матрицы со следом, равным нулю. |
|||||||||||
Для |
F = |
(«о. " ь |
« n ) положим |
|
ди. |
Обобщенные |
|||||
tnik—"~fa' |
k |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условия |
Коши — Римана |
(18) означают в |
точности, |
что матрица |
|||||||
= |
(trijh) |
симметрична |
и след ее равен нулю. Теперь нетрудно ви |
||||||||
деть, что из (23') следует |
(23); тем самым |
лемма |
полностью |
дока |
|||||||
зана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2. Нр — пространства, |
в частности |
пространство |
НК По анало- |
логии с классической теорией определим n-мерный вариант про
странства |
Харди |
следующим образом. Пусть вектор F = |
= (и0, ыь |
« n ) |
удовлетворяет обобщенным условиям Коши-^ |
262 |
Гл. |
VII. Возвращение |
к |
теории |
гармонических |
функций |
|
|
||
Римана |
(18) |
в R + + 1 . При |
р>0 |
скажем, что F < = Я P , если |
|
|||||
|
|
sup |
/ (\F(x, |
y)\pdx)llP |
< o b . |
|
|
(24) |
||
Обозначим написанное |
выше |
выражение |
через |
II Flip . При |
р~^\ |
|||||
это есть |
норма. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На основании леммы из § 3.1 будет доказано, что некоторые |
||||||||||
элементы классической |
теории |
{п = |
1) Я^-пространств могут |
быть |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
. п— 1 |
|
|
распространены на случаи |
п |
измерении |
при р> |
; |
что |
осо |
||||
бенно интересно для наших |
целей, сюда входит случай р = |
1. Для |
того чтобы понять проистекающие отсюда следствия, рассмотрим
сначала //^-пространства при |
1 < р < |
с о . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Итак, предположим, |
что |
F <= Нр'. |
Тогда |
в |
силу |
следствия |
из |
|||||||||||||
§ |
1.2.1 существует |
такой |
набор функций |
/ 0 , |
/ ь |
/ 2 , |
/„, каждая |
||||||||||||||
из |
которых |
принадлежит |
Lp(R"), |
что |
функции |
Uj(x, |
у) |
суть |
инте |
||||||||||||
гралы |
Пуассона |
от |
fh |
/ = |
0, |
1, |
п. |
Согласно |
§ 4.4 |
из гл. I I I , |
|||||||||||
fj = |
Rl(f0), |
где |
Ri, |
/?а, |
|
^„ — преобразования |
Рисса. |
Обратно, |
|||||||||||||
пусть |
/ 0 e Z / ( R N ) , |
и пусть |
fl |
= |
Rj{f0) |
и функции |
и,(х, |
у) |
суть |
инте |
|||||||||||
гралы Пуассона о т / / , / = |
О, 1, |
п. Тогда F = («о, |
щ |
|
ип) <= Я р ; |
||||||||||||||||
более |
того, |
|| /„ ||„ < |
|| F ||р < Ар |
|| f0 ||р. |
|
|
эквивалентность |
про |
|||||||||||||
|
В |
|
итоге |
при |
1 < |
р |
< |
оо |
установлена |
||||||||||||
странств HP |
И пространств |
L P ( R " ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
При р = |
1 эквивалентность |
не имеет места; можно рассматри |
||||||||||||||||||
вать |
пространство Я 1 |
как |
пространство, |
заменяющее |
L ! ( R N ) . |
На |
шей целью будет показать, что в данном контексте различные ре зультаты, которые перестают выполняться для L 1 , имеют варианты, справедливые для Я 1 . Тем самым теоремы о пространстве Я 1 мож но рассматривать как результаты, представляющие собой в неко
тором смысле аналоги и дополнения |
результатов |
гл. I и I I , касаю |
||||||||
щихся слабого |
типа |
(1.1). В первой |
теореме такого рода речь идет |
|||||||
по существу о максимальных функциях. |
|
|
|
|||||||
Теорема |
6. |
Пусть |
F ^ |
H |
1 . Тогда предел |
lim F (х, у) = F (х) |
||||
существует |
почти всюду |
и |
по |
норме |
L 1 ( R " ) . |
Кроме |
того, |
|||
f |
sup\F(x, |
y)\dx^Asup |
|
\\F{x, |
y)\dx = |
\\F\\l. |
||||
|
|
|
|
|
|
J ' > 0 R |
" |
|
|
|
Прежде чем перейти к доказательству этой теоремы, мы сфор мулируем несколько следствий, которые более ясно покажут содер жание теоремы.
Пусть diio есть конечная мера на R " . Мы будем говорить, что преобразованием Рисса Rj(dno) является также мера, скажем, dnj,
§ |
8. Применение к теории Н?-пространств |
263 |
если выполняется |
равенство |
|
|
|
(26) |
где Д0 и р/ обозначают соответственно преобразования |
Фурье |
мер d\x0 и d\ij. Это определение, конечно, согласуется с обычным
определением |
в силу |
тождества |
(8) |
из гл. I I I (см. стр. 72). |
|
|||||||||||
В качестве частного случая этого определения мы можем рас |
||||||||||||||||
смотреть случай, когда diiQ |
= f0dx, |
где |
/ 0 |
< = L ' ( R n ) . |
Скажем |
тогда |
||||||||||
по аналогии, что R] ( f 0 ) s L l |
(R"), если существуют такие // ss L l ( R n ) , |
|||||||||||||||
что fi |
(x) = |
i - r j r f 0 |
(*)• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С Л Е Д С Т В И Е |
1. Пусть с?ц0 есть конечная |
мера |
и |
все |
ее |
преобра |
||||||||||
зования Рисса |
также суть конечные меры |
Rt(dnQ) |
= |
йц/, |
/ = 1, |
п. |
||||||||||
Тогда |
существуют |
|
такие |
функции |
f0, |
fi |
|
/„ |
из |
|
L 1 (R"), |
что |
||||
dni = |
f/dx, |
} = 0, |
1, |
п. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пространство Н1 |
изоморфно |
пространству функций |
|
f0 |
из L 1 |
(/?"), |
||||||||||
обладающих |
|
тем |
свойством, |
что |
Rj(fQ) |
е= L 1 |
(R), |
/== 1 |
п. |
|||||||
Норма |
в Я 1 |
эквивалентна |
норме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
! l / o l l i + |
2 l l t f / ( / o ) l l i . |
|
|
|
|
|
|
||||
Это пространство функций f0 состоит на самом деле из «дей |
||||||||||||||||
ствительных |
|
частей» |
граничных |
значений |
функций |
F из |
Я 1 . Пред |
ставляется заманчивым называть это банахово пространство также
Я 1 |
в тех случаях, когда |
нет опасности |
спутать |
его с первоначально |
||||
определенным |
породившим |
его пространством |
функций F, |
|
||||
|
С Л Е Д С Т В И Е |
2. |
Пусть |
f0 |
е= L 1 (R") |
и Rj (/0) |
е L 1 (R"), |
Rj(J0)=fh |
/ = |
1, . . . . п. |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
3.2.1. Докажем |
теорему |
6 и следствия из |
нее. Начнем |
с того, |
что предположим, как это мы уже делали, что каждая из функций щ, входящих В вектор F — (uQ, ии . . . . « „ ) , принимает значения в фиксированном конечномерном гильбертовом пространстве; назо
вем его V\. Нам понадобится также другое конечномерное |
гильбер |
|||||
тово пространство КгРассмотрим их прямую сумму |
V = |
Vl®V2; |
||||
V\ и V2 |
суть ортогональные дополнения друг к другу |
в |
V. |
|||
Подберем, |
далее, |
фиксированную |
вектор-функцию, |
заданную |
||
на R + + 1 , |
Ф(х, |
y) = |
(v0{x, у), У , ( Х , у), |
.... vn{x, у)), |
такую, что |
|
функции |
v{ принимают значения в У 2 |
и |
|
|
264 |
Гл. |
VII. Возвращение |
к теории гармонических |
функций |
|
||||||||||
1) V] удовлетворяют условиям |
Коши — Римана (18); |
|
|||||||||||||
2) |Ф(*. у)\ = с\(х, |
у+1)Гп-1 |
= |
с(\х\2 |
|
+ |
|
(у+1)Г(п+т. |
|
|||||||
Для этого |
будем |
считать, что V2 — обычное |
(п + 1)-мерное |
||||||||||||
координатное |
пространство |
и что Н (х, у) — гармоническая |
функ |
||||||||||||
ция |
\(х,у+ |
1) Г + |
1 = |
(| х |2 + |
(у + |
и2 )-( "-1 ) / 2 .1) |
Для |
любого |
/, |
||||||
|
положим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< Э 2 Я |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
/ = 0 |
fc=0 ' |
дх, |
' |
дх. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|||
Нетрудно убедиться, что выполняются |
|
свойство 1) и свойство 2) |
|||||||||||||
с с2 — (п2 — 1) (п2 — п). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Далее, для любого |
е > 0 |
определим |
|
|
функцую |
FB |
равенством |
||||||||
|
|
Fe |
(х, |
y) = |
F(x, у + е) + |
еФ (х, у). |
|
(26) |
|||||||
Если |
мы запишем |
Fs(x, y) = |
(ueQ(x, |
у), |
|
|
|
tfn(x, |
г/)), |
то |
|
и* (*. У) = "/ (х, У + е) + во, (Л;, г/),
и, таким образом, функции ы/ принимают значения в Vx@V2 = V. Заметим также, что координаты и) вектора Fe удовлетворяют условиям Коши — Римана и что вектор-функции Fe непрерывны на R l + 1 .
В силу |
наших предположений |
относительно |
F и в силу след |
|||||||||||
ствия |
из § 1.2.1 настоящей |
главы |
мы можем |
утверждать, что |
||||||||||
каждая из функций |
и/(х, у) |
есть |
интеграл Пуассона |
от конечной |
||||||||||
меры. Таким образом, легко видеть, |
что для любого |
|
фиксирован |
|||||||||||
ного е каждая из функций ut(x, |
у + е) стремится |
к |
нулю при |
|||||||||||
\(х, ^ / ) 1 _ > 0 ° . (х, у) ^ |
R + + 1 . То же |
самое |
справедливо |
и |
относи |
|||||||||
тельно |
координат |
вектора |
Ф (в |
силу |
свойства |
2)), и, |
значит, |
|||||||
I Fе (х> У) I |
О П Р И |
I (х, у) |-> °° |
в |
R+ + 1 . Вдобавок |
к |
этому |
||||||||
\Fe(x, |
У) f = I F (х, у + |
е) р + е2 | Ф (х, у) f > О в |
силу |
ортогональ |
||||||||||
ности |
Vx и V2 в V. Таким |
образом, функция | Fe |
р гладкая, и мы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
j |
|
|
|
|
можем |
применить |
лемму |
из § 3.1 с q ——^—. |
В |
результате |
|||||||||
получим, |
что A ( | F e | ? |
) > 0 |
всюду. |
Положим |
|
|
|
|
|
|||||
|
ge(x) = \Fs(x, |
0)f |
= |
(\F(x, |
е |
) | 2 + |
8 2 | Ф ( ^ , |
0)р) ? / 2 . |
|
')" Здесь и всюду в дальнейшем в этой |
главе мы предполагаем, что п > 1. |
В случае п = . 1 рассуждения необходимо |
несколько модифицировать. |
|
|
§ 3. |
Применение |
к теории |
Н? -пространств |
265 |
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J " t e e ( * ) ) 2 d * = |
^^(x,0)\dx<\lF\\l |
+ |
e\\O\\l, |
(27) |
|||||
|
и" |
|
R " |
|
|
|
|
|
|
|
где |
p—\lq; |
здесь |
важно, |
что |
тем |
самым |
р > |
1. Пусть ge(x, у) |
||
есть |
интеграл |
Пуассона от |
g E . Мы утверждаем, |
что |
|
|||||
|
|
I Гг (х, |
У) Г < |
§г (х, |
У), |
(х, у) е |
R"++ I . |
(28) |
||
Чтобы убедиться в справедливости (28), заметим, что как Fe, |
так и |
|||||||||
ge непрерывны в R + + 1 , причем |
Fe |
обращается в нуль на бесконеч |
||||||||
ности. Имеем |
А(| Fe |
\i — g e ) ^ |
0, |
и, |
следовательно, в силу |
прин |
ципа максимума из приложения В достаточно проверить, что нера
венство (28) |
выполняется на границе у = 0. Фактически там |
имеет |
место даже |
равенство; значит, неравенство (28) доказано. |
|
Выберем |
теперь подпоследовательность из семейства |
{gz(x)}, |
е—• (), которая |
слабо сходится к функции g из L ? ( R n ) . В силу |
(27) |
|||
II g |
Ир ^ 1 1 F [|]. |
Если g(x,y) |
обозначает |
интеграл Пуассона от |
g, то |
из |
(28) следует, что |
|
|
|
|
|
|
\F(x, |
y)f<g(x, |
у). |
(28') |
Далее, согласно теореме о связи интеграла Пуассона и макси мальной функции (см. гл. I I I , стр. 77), мы имеем
sup | Р (х, у) \" < sup g (х, у) < {Mg) (х)
У>0 |
у>0 |
и, следовательно,
Тем самым доказано основное утверждение теоремы 6. Суще ствование почти всюду предела WmF(x, у) следует из того, что
этим свойством обладает интеграл Пуассона от конечной меры |
(см. |
|
§ 4.1 гл. I I I ) . |
|
|
Сходимость почти всюду к |
F(x) может быть доказана, |
если |
обратиться к неравенству (28'), |
которое показывает, что функция |
F(x,y) почти всюду нетангенциально ограничена; далее нужно при менить теорему 3 из настоящей главы.
Наконец, сходимость по L'-норме есть следствие сходимости почти всюду и только что доказанного неравенства, содержащего
максимальную функцию, |
поскольку оно показывает, что |
функция |
|||||||
| F (х, |
у) |
| ограничена сверху фиксированной суммируемой |
функцией. |
||||||
Для |
доказательства |
следствия |
1 заметим |
просто, |
что |
если |
|||
U/(x, |
у) |
суть |
интегралы |
Пуассона |
от мер d\is |
и d\ij = Rt(d\i0), |
то |
||
функция |
F = |
(u0, |
ип) |
удовлетворяет условиям Коши —Римана, |
266 |
|
Гл. |
VII. |
Возвращение |
к теории |
гармонических |
функций |
|
|
Кроме |
того, |
sup||И;(х, y)\\is=\\d\iJ\\< |
оо и поэтому Fе |
Я 1 . Пусть |
|||||
f,(x) |
= |
йно\\mul{x, у)\ существование |
предела (по L'-норме) гаранти |
||||||
ровано |
теоремой. |
Если (1/ и f / — преобразования Фурье от d\it |
|||||||
и // |
соответственно, то (ц(х, |
у)) = |
(х) е~2п 1х 1у . |
Таким |
образом, |
||||
fri (x)e~2nlx*y->fj(x) |
|
при г/ - *0 . |
Следовательно, |
A/W = f / ( J t ) и |
dnj — fi dx.
Следствие 2 вытекает из сказанного выше: достаточно заметить,
что если d\it~f/(x)dx, |
то II dp./II = II//II]. |
|
|
|
|||
3.3. |
Интеграл площадей |
и пространство НК |
Для |
функции |
|||
f <== V |
(R") мы изучали |
в гл. I V , а также частично |
в |
настоящей |
|||
главе, три вспомогательных |
связанных между собой |
выражения, |
|||||
а именно |
|
|
|
|
|
|
|
|
g(f)(x), |
|
S(f)(x), |
gl(f)(x). |
|
|
|
Они были определены следующим |
образом. Если |
и(х, |
^ — инте |
||||
грал Пуассона от f, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J" y\Vu(x, |
у)\Чу |
|
|
|
и |
|
|
|
У)I2(тттттГу1'пdtdy |
|||
si(/)(*)•=(/Лv "(*-*> |
Для того чтобы определить интеграл S, необходимо зафиксиро вать конус, фигурирующий в определении. Для дальнейшего будет удобно взять в качестве этого конуса обычный прямой круговой конус. Таким образом, мы задаем интеграл S формулой
|
|
|
S(f)(x) |
= f j j \ 4u(x-t, |
y)?yx-"dtdy |
|
||
|
|
|
|
\\t\<y |
|
|
|
|
Мы видели в гл. I V , что g (/)(х) < |
cS (/)(x)KcKgl |
(/)(х), |
и доказали |
|||||
в теоремах |
1 и 2, что |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Bp\\f\\p<\\g(f)\\p<c,\\gl(f)l<ApiJf\\p |
|
|
|||
при 1 < |
р < о о , когда К ^ 2 . |
|
|
|
|
|||
Нашей |
целью |
будет дать обобщение этих фактов |
на случай |
|||||
/ з = 1 |
в |
терминах |
пространства |
Я 1 |
и применить это |
обобщение |
||
ниже |
в |
§ |
3.4. |
|
|
|
|
|
§ |
3. Применение к теории Н*'-пространств |
267 |
Пусть F €= Нр, |
1=^р; определим по аналогии интегралы |
S(F)(x)~ |
и gl (F) (х): |
|
|
gl |
(F) (x) = l\\\VF(x-t, |
у) f ( т т п г у Г у1~П d t d y |
T • |
|
|
|||||
Вновь, конечно, S (F) (x) ^ |
cKg*% [F)(x). |
Мы доказали |
следующие |
|||||||
результаты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ТЕОРЕМА |
7. Если |
Fe=HP, |
1 < р < о о , |
то \\gl(F)\\ |
<ApX\\F\\ |
|
||||
при р>2/Х. |
В частности, || S (F) \\р < Ар\\ F\\р. |
Р |
|
' |
? |
|||||
ТЕОРЕМА 8. Пусть F<=HP, |
1 < р < |
со. Тогда |
Bp\\F\\p*Q\ S(F) \\р. |
|||||||
Можно |
показать, что результаты |
этого типа |
остаются |
справед |
||||||
ливыми и при р>(п— |
1)/п (см. ниже § 4.9), но и в данной |
форму |
||||||||
лировке теорема и ее доказательство |
вполне типичны. |
|
|
|
||||||
Интерес |
к этим |
теоремам |
связан |
у нас со случаем |
р = = 1, |
по |
||||
скольку та часть теорем, которая соответствует |
р > 1, содержится |
|||||||||
в результатах гл. IV. В последующих рассуждениях |
мы ограни |
|||||||||
чимся поэтому случаем р = 1. |
|
|
|
|
|
|
||||
3.3.1. |
Доказательство теоремы 7. |
При доказательстве |
этой |
и |
||||||
последующих теорем будет очень удобно ограничиться |
рассмотре |
|||||||||
нием подкласса в HP, который мы сейчас |
определим. |
|
|
|
Пусть Но состоит из всех функций F, для которых
1)F<=HP;
2) функция F непрерывна в R+ + 1 и быстро убывает на беско нечности, так что произведение pF ограничено на R + + 1 для любого полинома р от переменных х\, ..., хп и у;
3) свойство 2) выполняется также для частных производных от F по Х\, ..., хп и у любого порядка.
Для наших целей важен следующий факт. |
|
ЛЕММА. Множество Но плотно в пространстве |
Нр, 1 ^ р < о о . |
При 1 < р < со доказательство леммы может |
быть дано с по |
мощью непосредственного предельного перехода, поскольку преоб
разования Рисса |
непрерывны в L P . Отсутствие непрерывности при |
|||
р = 1 усложняет |
дело для этого |
важного |
частного |
случая, но |
именно этот случай и интересует |
нас здесь. |
Отложим, |
однако, до |
казательство леммы до § 3.3.3 и перейдем непосредственно к дока зательству теорем 7 и 8.
Предположим, что лемма верна; тогда нам нужно доказать, что
* > 2 > F ^ H l - (29)
Будет полезно в этом месте еще упростить нашу задачу, заменив F на F + еФ по аналогии с доказательством, проведен-
268 |
Гл. |
VII. |
Возвращение |
к |
теории |
гармонических |
функций |
|
|
|
||||||||||||||
ным в § 3.2.1. Следует напомнить, что |
координаты |
вектор-функ |
||||||||||||||||||||||
ции Ф ортогональны координатам вектор-функции F, что они |
||||||||||||||||||||||||
удовлетворяют |
условиям |
|
Коши — Римана |
и |
что |
|Ф(л:, |
у)\ = |
|||||||||||||||||
= |
с\(х, |
у -+- 1) Г " - 1 . |
(Для |
дальнейшего |
надо |
также |
отметить, |
что |
||||||||||||||||
|V<D| = |
c'|(*. у+ |
|
|
1)\~я'2.) |
возмущения |
еФ, — конечно, |
избавиться |
|||||||||||||||||
от |
Основная |
цель введения |
||||||||||||||||||||||
нулей функции |
F; |
действительно, | F + |
еФ |2 = | F р + |
е21 Ф |2 > 0. |
||||||||||||||||||||
Итак, нашей целью является доказательство неравенства |
(19), где |
|||||||||||||||||||||||
F |
заменено |
на F + |
еФ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Наши рассуждения будут модификацией рассуждений, приве |
|||||||||||||||||||||||
денных для случая р > |
1 в § 2 гл. IV и в особенности |
в § 2.5.2 |
той |
|||||||||||||||||||||
же главы. Проведем подробную параллель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Лемма |
1 (стр. 104) будет заменена |
неравенством |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
C . f / ^ r ' l |
VF | 2 |
> A ( f |
|
|
|
F [ - £ | |
|2, |
|
• |
|
|
(30) |
||||||||
которое является частным случаем леммы из § 3.1 |
настоящей |
|||||||||||||||||||||||
главы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лемма 2 (стр. 104) будет переформулирована с |
|
небольшим |
|||||||||||||||||||||
изменением. |
Пусть |
функция |
G |
непрерывна |
в |
R + + 1 |
|
и |
класса С 2 |
|||||||||||||||
в R + + I , |
у AG ^ |
L l (Rn++\ |
|
dydx) |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
\G(x, |
г/) К I |
(х, |
у) Г~\ |
|
i V G |
(х, |
|
у) |
| < |
А | (х, |
у) |
|
Г " " 1 _ Е , |
|
|||||||||
где е > |
0. |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
J |
| |
yAGdxdy= |
|
|
j" G(x, |
0)dx. |
|
|
|
|
|
|
(31) |
|||||
|
|
|
|
|
|
R »+i |
|
|
|
|
R « |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Наконец, вместо леммы 3 о максимальной функции и ее вари |
|||||||||||||||||||||||
анта неравенства |
(24) |
(см. стр. ПО) |
мы |
будем |
иметь |
следующее |
||||||||||||||||||
утверждение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Для |
любого фиксированного |
|
ц, достаточно близкого |
|
к |
1, ц, < |
1, |
||||||||||||||||
|
| F (х - |
t, |
у) |
| < |
(1 + 1t \ly)n>»FI (х), |
|
|
J Р1 (х) |
dx КА»\\Р||,. |
(32) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R * |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительно, |
согласно |
неравенству |
(24) |
из |
гл. I V , мы |
имеем |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
\g(x-t, |
|
y)\<A(l |
|
+ |
|
|
|
M.JM{g)(x), |
|
|
|
|
|
|
||||||
где g(x, |
у) |
есть |
интеграл |
Пуассона |
произвольной |
функции |
|
g(x). |
||||||||||||||||
Привлечем |
оценку |
(28'), |
а |
именно |
|
| F (х, у) \" ^.g |
(х, |
у), |
где |
|||||||||||||||
g(x)=\F(x, |
|
|
0)f. |
|
Выберем |
q = |
n<l. |
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
I F (х - |
t, |
у) |
| = Аш |
(1 + |
| / |
\ J y ) m |
Mh'» |
(g), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ |
3. |
Применение |
к |
теории |
И к-пространств |
|
269 |
|||||||||
и |
неравенство |
(32) доказано |
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r(x)=AmMll*(g)(x); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
если |
учесть, |
что при p=l/q |
|
|| g fP <|| F ||,. |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
С какого бы фиксированного X, |
X > 2, |
мы ни начинали, мы |
|||||||||||||||||||
можем |
найти такие |
Л ' > 1 и u. < 1, где ц достаточно |
близко к Ь |
|||||||||||||||||||
что Х' = Х— 1/р,. Положим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
/ • ( * ) = |
{ ^ - " ( у ^ т т т Г n |
№ ( x - t , |
|
y)dtdy, |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
R n + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где G(x, |
у) = |
\ F(x, |
у) + |
еФ(х, |
у) |. Заметим (как и в § 2.5.2 гл. I V ) , |
|||||||||||||||||
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
I*(x)dx |
= |
ck, |
J" j y A G { t , |
y)dtdy |
|
= |
cx, |
j |
G(t, |
0)dt = |
|
||||||||||
R " |
|
|
|
|
R ^ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
R " |
j |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
cK, |
\ F (x, 0) + |
еФ (x, |
0) I dx, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R " |
|
|
|
|
|
|
|
если |
только |
мы |
убедимся в том, |
|
что G удовлетворяет требова |
|||||||||||||||||
ниям, |
наложенным |
при выводе |
равенства (31). |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Поскольку |
функция |
F е Но, |
|
она |
быстро |
|
убывает |
вместе |
|||||||||||||
со |
всеми |
своими |
частными |
производными; |
при этом |
\Ф(х, |
у)\ = |
|||||||||||||||
= |
с|(х, |
у + \)Гя~1 |
|
и |
|УФ(х, |
у)\ = |
|
с'\(х, |
у + 1)Г"~ 2 - |
Следова |
||||||||||||
тельно, |
в силу (30), где вместо |
F взята функция |
|
F + еФ, получаем |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Д | ^ + в Ф | < Л | ( * , г / + 1 ) Г ~ 3 . |
|
|
|||||||||||||
Отсюда |
следует, |
что у AG е |
Z,1 ( R + + I , dy dx). |
Аналогично |
|
|||||||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|G(x, г / ) | < Л | ( х , |
|
у + О Г " - 1 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|VG(x, г / ) | < Л | ( х , |
г/ + |
|
1 ) р - 2 . |
|
|
|
|||||||||
|
Далее, снова в силу (30) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
gl |
(F + |
еФ)2 |
(х) < |
C |
l - |
|J |
j , ' - |
( - ^ ^ г т т Г G A G |
rf/ ^ * |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R ^ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Последний |
интеграл мажорируется с~'Г (х) F* е (х) ввиду (32); здесь |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
sup(тйгутт)^ |
|
|
~ |
|
|
' |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
2 |
|
|
|
G{ х |
U у ) |
П 8 W |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
. I .. I I * I |
|
|
|
|
U У
II ^ . elk < Л И ' 7 + «Ф lli-