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:
71
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.91 Mб
Скачать

310 Гл. VIII. Дифференцирование функций

Теперь ясно, что если е—>-0, то 2fs{x),

монотонно возрастая,

стре­

мится к интегралу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^(x) = 4

j '

 

1 — cos

2ях-112

dt,

 

 

 

1

 

-

|7] n

y - ^

2

 

 

 

 

 

 

 

c o

s

 

 

 

 

 

который зависит только от радиуса х

и представляет

собой

одно­

родную функцию степени 2. Итак,

 

 

 

 

 

 

 

Sf(x)

= bn\x\*,

Ьп

=

 

А

Г

''"^Д"'1 '2 dt.

 

Следовательно,

левая часть

равенства (31) равна bn J J х f\ f (х) J2 dx,

в то время как правая равна

а„4л2

J" | х |21 f (х)

|2dx.

Предложение,

таким образом, доказано, если положить ап~

 

Ьп/4п2.

 

 

Читателю следует сравнить это предложение с предложением 5

из § 3.5 гл. V .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. Ясно, что достаточно доказать

теорему

при

дополнитель­

ном предположении, что / обращается в нуль вне некоторого ог­ раниченного множества. Поэтому мы сделаем это предположение относительно /. Допустим далее, что f имеет производную в смыс­ ле L 2 в каждой точке множества Е. Тогда ввиду того, что это вле­ чет за собой существование гармонической производной в каждой

точке,

мы

можем, согласно теореме 2 §

2.2.,

разбить

функцию

/

на сумму / =

g

+ b, где g е

LT(Rn),

a

b =

0 на

F, где F <~ Е

и

мера

т(Е

F)

мала. Ничего

не

изменится,

если

мы

предполо­

жим,

что g

значит, и Ь) также обращается

в нуль

вне некото­

рого ограниченного множества. Поскольку функция g имеет огра­

ниченный носитель, то g<^LT(Rn),

и поэтому

в силу

доказанного

выше предложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

| g ( x ° +

0 + g ^ - 0 - 2 g

( , ° ) P

d

t < o

Q

( 3 2 )

 

 

 

R "

 

 

'

 

 

 

 

 

 

для

почти всех х° е

R™.

 

 

 

 

 

 

 

Далее,

функция

g

имеет

обычную производную в почти каж­

дой

точке

из

R"

(см. теорему

1); следовательно, функция b имеет

производную

в смысле

L 2 для

почти каждой точки из Е, а значит,

и для почти каждой точки из

F. Так как b обращается в нуль на

F,

мы получаем,

согласно

неравенству

(17)

из

§ 3.2, что

I

f, (Х0

1

f \ 12

 

 

 

 

 

 

 

 

— — d t < оо для почти всех х° из F. Поскольку во вся-

§

5. Другая

характеризация

дифференцируемости

311

ком случае b е

L 2 ( R n ) ,

мы видим, что для этих х°

 

 

 

 

Г 1 И * ° + 0 г * •dt < с о .

(33)

Если мы учтем

еще тот факт, что Ь(х°) = 0, и неравенство (32),

то получим утверждение 2) теоремы 6.

 

 

5.4. Перейдем теперь к доказательству обратной части

теоре­

мы 6. Пусть и(х,у)=

Ру * f есть интеграл Пуассона для функции

f; оценим производную

-|~г- Для этого нам понадобится

подхо­

дящая оценка для

д я- .L

Так как

 

 

ду2

 

 

 

 

 

 

 

 

дду2Р * = -S-£r<M*».

то достаточно заметить, что

д2

РУ(Х) <у-"-2Ъ(х/у),

Ч>(*)<Л( 1 +|*1) -П-3

дх)

 

 

Отметим еще, что

д2Ри

а также, и это играет решающую роль, что функция д^2 (х) за­ висит только от радиуса и, следовательно, четна относительно х. Принимая во нимание эти факты, получаем, что

 

д2и

=4

 

l-^Py(.t)[f(x

+

t) +

f(x-t)-2f(x)]dt

(34)

 

ду2

 

и, следовательно,

 

 

 

 

 

д2и

^А'у—2

 

 

j\At\dt+A'y

 

{

- i ^ L =h(y)+h(y).

(35)

ду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь мы положили At =

f(x +

t) +

f{x — t) — 2f (x). Мы оценим

интеграл | г/

д2и

dy с помощью аналогичных интегралов

от / j

ду2

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

неравенству

Шварца,

 

 

и / 2 . Согласно

 

 

, n + I ,

3 1 2 Гл. VIII. Дифференцирование функций

Поэтому

ОО оо

\t\<y

Аналогичные рассуждения проходят и для / 2 ; учитывая все эти оценки, находим

 

 

 

 

 

д2и

dy^B'

j

\f(x

+

t)

+

f(x-t)-2f(x)

 

 

|2

dt.

 

(36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п+2

 

 

 

 

 

 

Ввиду

четности

функции

д2Р

 

мы

можем

 

равенство

(34) запи­

сать

так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д2и

,

.

т,

ч

. д2м ,

т,

ч

г/)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(* +

г/) +

- ^ r (*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

j

 

 

 

+

*)

I /

(* +

0

+ /

-

0

-

2/ (*)] Л ,

(34')

где

т

произвольно.

 

Теперь,

если

| т | ^ г / ,

мы

можем

провести

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аналогичные оценки для -щ^- Ру

(t +

т)

и

получить,

что

 

 

^

(

х

+

т, у) + -^г(х-т,

 

у)\^А{11(у)

 

+

12(у)},

| т | < у .

(350

Поэтому с помощью тех же

рассуждений

 

мы

получаем вместо

(36)

следующее

неравенство:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

(х +

1 , у) +

 

 

(х — г,

у)2

yl~ndxdy

 

<

 

 

 

 

 

 

 

ду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

j

^ ^ + / )

+ / / : + - ° - 2

/ ( - ) | 2 ^

(зб

 

Теперь

мы

можем

воспользоваться

теоремой

десимметризации

из

§

 

4.1

в

тех

точках,

для

которых

справедливо

условие 2)

из

теоремы

6.

Здесь мы

полагаем

 

 

 

 

 

 

д2и

 

 

 

считаем,

 

U (х,

у) = -щг(х>

 

у)

и

что

U =

0

при

у >

 

1.

Отсюда

следует,

что

для

почти

всех

то­

чек х°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J J

 

 

\^(х°

 

+

 

* ) \ 2

yl-ndrdy<<*>,

 

 

 

 

(37)

 

 

 

 

 

 

\Х\<У,У<2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

поэтому,

согласно

теории,

развитой

в

предыдущей

главе

(см.

§

2.5, в особенности

стр. 254), у производной

ди

 

существуют

не­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ду

 

 

 

 

 

тангенциальные пределы для почти всех таких х°. Наконец, в силу

 

 

 

§

6. Дальнейшие

результаты

 

313

§ 2.5 гл. V I I , функция

и имеет гармоническую производную

почти

во всех точках, где выполняется условие 2).

 

 

 

Далее, мы можем представить функцию / в виде суммы

g + b,

где geLr(R").

Согласно доказанному выше мы знаем, что инте­

гральное

условие

выполняется

почти

всюду, и когда f заменено на

g. Таким

образом, оно выполняется в почти всех указанных

точках

и для функции Ъ\ кроме

того, Ь обращается

в нуль в этих

точках.

В результате мы получаем, что

 

 

 

 

 

f

1&(Х° + ?++ У°~0 | г

* < "

,

* И

« О ,

x P S F ,

(38)

где F с

Е и мера m(E — F) мала.

 

 

 

 

 

Теперь мы вновь обращаемся к теореме десимметризации, по­

ложив на этот раз

U (х, у) =

у~2Ь(х)

при у <\.

Тогда мы

имеем

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

y\U(x°,

y)\2dy=*0,

 

x°&F,

 

 

и

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J j у*-"\

U (х° +

t,y)

+ U (*° -

/, у)

fdtdy

< о о ,

 

 

\t\<y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что легко следует из (38). В результате мы получаем, что

I \п+2

/ | < 1

для почти всех точек л:0 из F, причем в этих точках, очевидно,

| Ь (х° + /) |2 dt = о (rn+2),

f-+Q;

\t\<r

это означает, в частности, что функция b имеет производную в смысле ZA Обратная часть теоремы тем самым доказана. Следст­ вие немедленно вытекает из теоремы и следствия, приведенного в § 4.2.3, стр. 307.

§ 6. Дальнейшие результаты

6.1. Большинство результатов этой главы имеет аналоги, для производных высших порядков. Соответствующие определения выглядят следующим образом.

Пусть k — целое

число,

k

1. Мы говорим, что

функция / имеет

обычную

про­

изводную порядка

k в

точке

х°, если существует

такой многочлен

Рха от у

сте­

пени, не превышающей

/г, что

 

 

 

 

 

f(x°

+ y)-Px,iv)-o(\y\k),

у^О.

 

 

ПИ. Стейв

314

 

 

 

Гл.

V I I I .

Дифференцирование

 

функций

 

 

 

 

 

 

Аналогично скажем, что функция / имеет производную

 

порядка

 

k

в смысле

L q

если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л"»

\

\f(x0+y)-PxC(y)\'ldy

 

 

 

=

 

o(hkq)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\y\<h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при А - > 0 . Наконец, если

 

мы

предположим,

что

функция

/ суммируема

в неко­

торой

окрестности точки

 

х°,

и

положим

ее

равной

нулю

вне этой

окрестности,

то

мы

будем

говорить, что она

имеет

гармоническую

 

 

производную

 

порядка

k

в

точке

х°, если

все функции

\

(х,

у)

V

 

имеют нетангенциальные

пре-

делы

в

точке

х°.

 

 

 

 

I

Д Х

 

 

 

J|a|<ft

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обобщением

теоремы

1 является

следующее

утверждение. Если

К р ^ о о

и f e L [

(R r a ), то функция f имеет обычную производную

порядка

k

для почти

всех точек из Яп

при p>n/k.

 

 

Если же

p<n/k,

то

функция f

имеет

производ­

ную порядка k почти во всех точках

в

смысле

L 9

, где

\/q =

l/p — k/n.

 

 

Обобщением

теоремы

2

является

существование

разбиения

f =

g-\-b,

где

g ' e i "

( R r t ) , а функция b обращается

в нуль на множестве F, F cz

Е,

т(Е

 

— F) < е,

если известно,

что функция

f

имеет

производную

порядка k

в

гармоническом

смысле

во всех точках множества

Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Что

касается

обобщения

 

теоремы

3, то достаточно

предполагать,

что

для

любого

хй е Е существует такой полином

Рха(у)

от

у

степени,

не превышаю­

щей k — 1, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x°

+ y)-Px4y)

 

= 0(\y\k),

 

 

у^О.

 

 

 

 

 

 

Тогда функция f имеет обычную

производную порядка k

почти

для

любой точки

х° е= Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие 2) для ядра k(x),

 

которое

фигурирует

в

теореме 4,

следует

усилить,

требуя,

чтобы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГК(х)\<А/\х\п+г,

 

 

0 < г < / г ;

 

 

 

 

 

 

 

при таком изменении рассматриваемые сингулярные интегралы сохраняют также дифференцируемость порядка k в смысле L«.

Наконец, если f e L 2 ( R " ) ,

то

условие, характеризующее существование

про-

изводных порядка k в смысле

L 2 ,

— это конечность для почти всех точек,

о ко­

торых идет речь, интеграла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

l

^

l

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

M « + 2 *

 

 

 

 

 

 

 

Здесь f(x°+t)-Pxt(t)

 

 

=

Rx,{t)

и

A*, ( 0

= = « , . ( < ) + ( - ! ) * " ' « * . ( - О -

По по­

воду изложенного выше см. работы:

Кальдерон и Зигмунд [7], Стейн

и

Зиг­

мунд [1] и

Стейн

[8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2. Результат

теоремы

1

остается

верным

и

для

р = 1,

но требуется

дру­

гое

доказательство.

(Сравните

с

неравенством

из

§ 2.5

гл. V

и тождеством

(18)

в §

2.3 той

же главы.)

Дальнейшим

результатом является такая теорема. Если

{ —

функция

ограниченной

вариации

на R " в смысле Тонелли, то почти в ка­

ждой точке

функция

/

имеет производную в смысле L«,

где

 

 

 

п

См. Кальдерон и Зигмунд [6].

 

 

§

6.

Дальнейшие

результаты

 

 

315

6.3. Теореме

разбиения

(из

§

2.2)

можно придать

несколько

более

сильную

форму, если предположить

дифференцируемость

в

смысле L q .

Мы сформули­

руем результат

для производных

порядка

1. Пусть

f e i « ( R " ) ,

1 ^

q, и для

каждой точки х"

е F,

где F — компактное множество,

 

 

 

 

h ~ n

j"

I f (х° + у) -

f (х°) f

dy <

A h \

0 < / г < о о ,

 

 

\y\<h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где А не зависит от х°. Тогда f = g + b, где функция g непрерывно дифферен­ цируема, причем она и ее первые частные производные ограничены, и b = 0 на F. Более общую формулировку для случая старших производных и дальнейшие подробности см. в работе Кальдерона и Зигмунда [ 8 ] .

6.4. В связи с трудностями, относящимися к измеримости и

обсуждавшими­

ся в § 3.1.1, по-видимому, будет интересно

сформулировать

следующую

теорему.

Пусть функция f измерима по Лебегу на

Тогда множество точек, где функ­

ция / ч имеет обычную производную,

также

измеримо

по

Лебегу

(см.

Хаслам-

Джонс [1]).

 

 

 

 

 

 

Тот факт, что множество

 

 

 

 

 

 

lim sup

f(x +

h)-f(x)

< o o

 

 

 

измеримо по Лебегу, может быть доказан следующим образом. Для каждого целого k положим

 

 

 

Ek

=

{х:

\f(x

+

h) — f(x)\<Lk\h\

 

 

для. всех | h | < 1/6}.

 

 

 

 

Тогда

Е =

(JEft",

далее, поскольку

взяты

открытые

шары

\h\<

\jk, отсюда

сле­

дует,

что

функция f

 

непрерывна, а, значит,

множество

Ek

з а м к н у т о 1 ) . '

6.5. Пусть k — нечетное

число. Мы

скажем,

 

что

функция

f

имеет

симметрич­

ную

производную

 

порядка

k

в

смысле

Li

в

точке

х°, если

существует

такой

по­

лином

Рхо

(у) от у степени, не превышающей

k,

 

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h'n

 

{

\f(x°

+

y ) - f ( x (

) - y ) - P x

0

( y ) \ ' , d y

=

o(hk4)

 

 

 

 

 

 

 

 

[У\<Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

при у - > - 0 . При четном

k

мы

даем

такое

же

определение,

только

разность

f(x°

+

у) — /(х°

— у)

должна

быть

заменена

на

сумму

f(x°

+ y) + f ( * ° —

у).

 

ТЕОРЕМА. Пусть в

каждой

точке х" е

Е

функция

f

имеет

симметричную

 

про­

изводную

порядка

k

в смысле

Li. Тогда

для

 

почти

всех

х0.

из Е

функция

f

имеет производную

порядка

k в смысле

Li.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для случая

п —

1, k =

1 и обычного

понятия

дифференцируемости

эта

тео­

рема

восходит к Хинчину

[1]. Одномерный

вариант

этой

теоремы

см. у

М. Вейс[1].

Общий случай может быть получен с помощью методов настоящей главы. До ­

пустим, например, что k =

1. Обозначим

через

и

ийтеграл Пуассона

от

функ-

 

 

 

ди

дРу

 

 

 

дР

 

ции / и рассмотрим производную

=

~g~

*

f'

Поскольку ядро

не­

четно, можно

написать

 

 

 

 

 

 

 

 

d U (х + х,у)

+ -(*-1.У)-

\ -^rPy(t

+

^lf(x +

i)~f(x-t)]dtt

*) Этим рассуждением

я обязан

Федереру,

 

 

 

 

 

11*

316

 

 

 

 

 

 

Гл.

V I I I .

Дифференцирование

 

функций

 

 

 

 

и

из

наших

 

предположений

 

следует,

что

у

суммы

(х°

+ т

. У) +

+

 

 

(х° — х,

у)

существует

предел

при

| т | < # и #->0

для х° е

Е.

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

л пп

 

 

 

 

 

 

ди

 

 

 

по теореме десимметризации из § 4.2.2

мы получаем,

что

производная

 

 

 

 

тангенциально ограничена в точке х" для почти всех

х° е

Е. Поэтому

функция f

имеет

гармоническую производную порядка 1 почти

всюду

в Е, и, согласно тео­

реме

разбиения,

все

сводится

к

частному

случаю, когда /

обращается

в

нуль

на Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

общем случае для четных k мы рассматриваем

 

 

 

дки

 

 

 

 

 

 

выражение — — ( х + х ,

у)

+

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

-\

~

— х, у),

в то время

как для нечетных

k берем

выражения

 

 

 

 

 

 

ду

 

 

дк

 

 

 

 

 

 

 

дк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"(Х +

Т, у) +

.

 

U ( Х - Г ,

 

у ) ,

/ « = 1

П.

 

 

 

 

 

 

a

f c - l a

 

fe_, .

 

 

 

 

 

 

 

ду*

дх,

 

 

 

дуа

1

дх,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем

мы

применяем

результаты

гл. V I I для того,

чтобы

показать,

что

функ­

ция

f

почти всюду в Е имеет гармоническую производную порядка fe, и сводим

все

к

частному случаю, когда / обращается в нуль

на

 

Е. Для этого частного

случая,

который

намного

легче,

годятся рассуждения

типа, использованных

в

§

4;

см., например,

Стейн и Зигмунд [1],

лемма 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.6. Пусть / имеет производную в смысле L ' почти

для любого х° е

Е. То­

гда у функции / существуют первые частные

в смысле

 

почти для всех

х° е

Е.

Более

подробно,

если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трг J |/(*°+»)-f(*°)-2ei*/f-оМ,

А ^ О ,

 

 

 

 

 

 

 

 

\y\<h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для

х° s

Е, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 j |f(*°+«^)-f(x°)-ai*/|*^-o(A')

 

 

 

l

* /

l

< f t

 

 

 

 

 

для почти

всех

х° е

£ ,

где ej есть единичный вектор (0,

1, 0,

0).

Этот

й связанные с ним результаты см. в работах М. Вейс [2] и [3].

 

 

6.7.

Пусть

2 ^

q <

оо и f e L « ( R n ) .

Функция

f имеет

производную

первого

порядка

в смысле

для почти всех х° s Е тогда

и только

тогда,

когда

выпол­

няются

следующие два условия для почти всех х° е

Е:

 

 

 

п

Г

\f(x°

+

t)

+

f(x°-t)-2f(x°)\<i

 

 

 

 

'

J

 

 

 

 

m r t + '

 

 

 

 

 

2» J

f(xo

+

t)

+

f(x°-t)-2f(x<>)

P

 

 

 

 

 

 

 

 

l r P + 2

*

 

 

 

 

См. Стейн и Зигмунд [1], а также Виден [1], Нойгебауэр [1].

6.8. Следующий пример показывает, что теорема 4 из § 3.3 не может быть распространена на случай обычных производных (т. е. на случай q — со). Рас­ смотрим случай пространства R 1 ; пусть Т обозначает преобразование Гильберта.

 

 

 

 

Замечания .

 

 

 

 

 

3 1 7

Рассмотрим сначала

функцию

Fv(x),

определенную

на R1

и

обладающую

следующими свойствами:

F0 (х) =

(\п \/\ х\)1~£

для

 

|JC| ^

*/2

( 0 < е < 1 ) ;

Fo(x)

обращается

в нуль

вне компактного

множества

и является

гладкой

вне

начала

координат;

кроме

того, F0

(х) ^ 0,

x e R ' .

Обозначим

через

F0(x)

пре­

образование Гильберта функции F0. Нетрудно видеть, что функция Fo (после

надлежащего

изменения

на

множестве

меры

нуль)

абсолютно

непрерывна

на

R1 ,

причем

-

^ e i 1 ( R 1 ) ,

Запишем F

(х) =

2

2 _ * ^ о (х

+ rfe)>

где

г,, г2, ...

...,

гк, . . . — перенумерованные

рациональные

числа.

Тогда

функция F

=

^

Ц 2 ~ ^ о

 

+ г * ) '

являющаяся

преобразованием

Гильберта

функции

F,

абсолютно

непрерывна,

причем

dF

 

 

Таким

образом,

функция

 

- ^ - s Z J ( R ' ) .

Р

имеет обычную производную

почти для

каждого

х,

в - то

время

как

функция

F

нигде не имеет обычной производной, будучи неограниченной в окрестности ка­

ждой

точки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

качестве периодического аналога

функции

Fo

мы

можем

взять функцию

fo, для

которой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .

V I

cos

пх

t

, ,

V 4

sin пх

 

 

М * ) ~

...

, е .

io(x)~

~т,—^г-

 

Эти ряды рассмотрены

в книге Зигмунда

[8],

гл. V .

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечания

 

 

 

 

§

1. Понятие функции,

дифференцируемой в

данной

точке

в смысле £ р ,

впервые было изучено систематически Кальдероном и Зигмундом [7]. Утвержде­ ние б) теоремы 1 принадлежит им, утверждение же а ) , касающееся обычных производных, получено значительно раньше, см., например, Чезари [1]. Мы от­

сылаем

читателя также к работе Федерера [1],

в которой рассмотрены многие

вопросы,

связанные с материалом этой главы.

 

§ 2.

Идея разбиения функций, связанного с

обычной дифференцируемостью,

в случае одной переменной появляется впервые у Марцинкевича [1]. Этот фунда­ ментальный технический аппарат был распространен на случай п. измерений

Кальдероном и Зигмундом [7];

изложение

вопроса,

данное здесь,

которое осно­

вано на теории гармонических

функций,

имеет ряд

существенных

преимуществ

по сравнению с предшествующими методами. Оно принадлежит Зигмунду и ав­

тору, о

нем вкратце говорится в обзоре автора [8].

 

 

 

 

§ 3.

Теорема

3 — знаменитая теорема Данжуа,

Радемахера

и

Степанова,

см. книгу Сакса

[2], гл. I X .

 

 

 

 

Доказательство, приведенное здесь, не является, конечно, стандартным, по­

скольку

оно опирается на понятие гармонической производной. По

поводу

§ 3.2,

а также

вариантов теоремы 4 см. Кальдерон и Зигмунд [7].

 

 

 

§ 5.

Первоначальное доказательство теоремы 6

и следствия

из

нее

содер­

жится в статье Стейн и Зигмунд [1], см. также Виден [1]. Рассуждения, прове­

денные

здесь, также принадлежат Зигмунду и автору, они намечены в обзора

автора

[8].

ПР И Л О Ж Е Н И Я

А. Некоторые неравенства

Мы соберем здесь некоторые хорошо известные неравенства, которые систематически использовались в книге. Дальнейшие под­ робности можно найти в книге Зигмунда [8], гл. I , и в книге Харди, Литтлвуда и Полна [1].

АЛ. В неравенстве Минковского для интегралов утверждает­ ся в действительности, что норма от интеграла не превышает ин­ теграла от соответствующей нормы. В явном виде для случая про­

странств

L P ,

оно принимает

следующий

вид. Пусть 1 ^

р <

со,

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь

F(x,y)

— измеримая

функция на сг-конечном произведе­

нии пространств с мерой W X

°У> dx и dy — соответственно

меры

на а? и на <у.

 

 

 

 

 

 

 

А . 2 . Неравенство Юнга для сверток

таково: пусть

h =

f*g,

тогда

 

 

\\h\\q<\\f\\p\\g\\n.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где 1 < р ,

q, г < с о

и l/q= l/p+

Mr — 1.

 

 

 

 

Следует отметить два частных случая; первый, когда

г =

1,

тогда р q; второй, когда г

есть

индекс,

сопряженный

к

р

именно, 1/р +

Mr —

1), тогда

q =

о о . В последнем случае

можно

показать также, что функция h непрерывна.

А.З. Предлагаемое далее неравенство представляет собой об­ щее интегральное неравенство, имеющее широкое поле приложе­ ний.

Пусть (Tf)(x)=

оо

 

Здесь ядро К

предполагается

|

К(х, y)f(y)dy.

 

 

о

 

 

 

 

 

 

однородным

степени

— 1 , т. е. K(kx,

Ху) =

К~1К (х,

у) для

К >

0.

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

Кроме того,

предполагаем, что

J [ К(\,

у)\y~llpdy

=

<

оо.

 

 

 

о

 

 

 

 

Тогда

НГ/1|р/1|р.

 

 

Б.

Интерполяционная теорема

Марцинкевича

319

Здесь

нормы

| •

суть нормы в

пространстве

L p (О, о о ; dx),

1

р ^

о о .

)

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

Для доказательства

мы записываем

(77) (х) = j К ( 1 . y)f (ух) dy

 

 

 

 

 

о

 

иприменяем неравенство Минковского для интегралов. Интересный частный случай, интеграл Гильберта, возникает,

когда К(х, y) =

YTy'

А.4. Другим полезным случаем неравенства из § А.З является пара неравенств, принадлежащих Харди

/ оо

/

X

у

\ 1/р

' оо

\ 1

(J

[\f{y)dyj

 

x-r-4xJ

^[l(yf(y))py-r-4yj

,

/ оо

/ оо

\ 1

/

оо

у/р

[I

 

[jf(y)dy]

 

x'-4xj

<^[j

(yf(y))py'-ldyj

.

Здесь f > 0 , р > 1 и r > 0 .

Б.Интерполяционная теорема Марцинкевича

Б.1. Мы обобщим, здесь теорему, приведенную в § 4 гл. I .

Предположим,

что

 

р0 ,

p i , <7о,

<7i — данные

показатели,

причем

1 < : pi s^. <7i ^

о о , ро <

Pi

и

 

¥= q\. Обозначим

через

Т субад­

дитивный

оператор,

заданный

на

пространстве

LPo(/?")

+

 

Lp'{Rn).

Напомним,

что

понимается

под

словами «оператор Т есть опера­

тор слабого

типа (pi,

qi)».

Это

означает,

 

что

существует постоян­

ная А{, такая, что для любой функции

/ e L p ' ( R " )

 

 

 

 

 

 

m [х: | 77 (х)

| >

а} <

^—^—)

 

для

всех

 

а >

0.

 

 

Если

qi =

о о ,

то

это

означает,

что

| Г/1|

 

^

At || / || .

 

 

Т Е О Р Е М А . Пусть

оператор

 

Т одновременно

+

слабых

типов (р0,

q0)

и (р„ qt). Если 0 < 6 <

1 и 1/р =

( 1 -

e )

/ p

o

 

0 /

p

l/q =

(1 -

в)/</0 + в

то Т есть оператор

 

типа (р,

q),

а

именно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

Tf \\q

<

А | | /

||р,

/ e , L p

( R " ) .

 

 

 

 

 

 

Здесб

Л =

Л (Л(

р/, <?ь 6), но никаким

другим

образом не

зависит

от Т

и /.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из приводимого ниже доказательства легко видеть,

что

эта

теорема может быть обобщена в следующих направлениях: во-nept.

вых,

пространство

 

R™,

на

котором

определены

 

пространства

L P » ( R " ) , может

быть

заменено

общим

пространством

с

мерой

г

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ