![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Стейн И.М. Сингулярные интегралы и дифференциальные свойства функций
.pdf30 Гл. I . Некоторые фундаментальные понятия
произвольного открытого множества в объединение непересекаю щихся кубов. Этот способ, хотя и не прямой, проясняет роль мно
жеств F и |
Q, |
на которые делится |
Rn . |
Мы знаем, |
что f(x) ^ а в |
F, однако |
этот |
факт не определяет |
F. |
Множество |
F определяется |
в действительности тем, что максимальная функция на нем удов
летворяет неравенству |
Mf(x) |
^ а. Положим |
F — {x: |
Mf(x)^.a) |
и |
||
Я = |
Еа = {х: Mf(x)>a}. |
Тогда |
по теореме 1 (часть |
6)m (Q) |
— 1 | / |
||
где |
достаточно взять |
А — 5". |
Заметим, что, |
так |
как |
F по опреде |
лению замкнуто, мы можем выбрать кубы Qk в соответствии с тео
ремой 3, так что Q = |
U |
Qk и диаметр |
кубов |
приблизительно |
про |
||||||||||
порционален |
их расстоянию |
до |
F. Пусть |
Qk |
теперь — один |
из |
ку |
||||||||
бов, а ри — точка |
из |
F, такая, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
dist (F, |
Qk) |
= |
dist (pk, |
Qk). |
|
|
|
|
|
|||
Пусть Bk |
— наименьший |
шар |
с центром |
в |
ph, |
|
содержащий |
||||||||
внутренность |
Qk- |
Положим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
_ |
|
m(Bk) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У к |
~ |
m(Qf e ) ' |
|
|
|
|
|
|
|
||
Так как pk <= {х: |
Mf (х) < |
а}, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
a > ( M / ) ( p f e ) > |
|
' |
|
[fdx> |
|
|
^ |
|
[fdx. |
|
|
||||
Из элементарных |
геометрических |
соображений |
и |
неравенства |
|||||||||||
3) теоремы 3 следует, что |
Vfe^ |
m(Qfe) ^ c o n |
s ^ ' |
д л я |
в с е х |
^- |
Та- |
||||||||
ким образом, |
мы |
доказали |
следствие еще одним способом. |
|
|||||||||||
Заметим, что это второе доказательство следствия имеет не |
|||||||||||||||
ожиданное преимущество: расстояние |
кубов |
Qh |
до |
F |
сравнимо с |
||||||||||
их диаметрами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.6. Сделаем заключительное замечание относительно связи данной теоремы с теоремой 1. Можно показать, что в свою оче редь теорема 1 следует из нее, и притом без применения леммы о покрытиях из § 1.6. См. по этому поводу § 5.1 в конце главы.
§ 4. Интерполяционная теорема для L p
4.1. Мы хотим формализовать часть рассуждений, использо ванных при доказательстве теоремы 1, а именно ту часть, которая приводит от неравенства б) к LP-неравенству. Это приведет нас к интерполяционной теореме Марцинкевича или, точнее, к основ ному частному случаю этой теоремы. Более общая форма этой ин
терполяционной |
теоремы будет |
приведена позднее |
в |
приложе |
нии Б. |
|
|
|
|
Потребуется |
несколько определений. Пусть Т — отображение из |
|||
L P ( R n ) в L « ( R n ) , 1 < р ^ с » , |
1 ^ q sg: о о . Скажем, |
что |
Г — о т о - |
|
|
|
|
§ 4. |
Интерполяционная |
теорема для 1> |
|
|
|
|
|
31 |
|||||||||
бражение типа (р, q), |
если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
II Г ( / ) » , < |
Л||/||р> |
/ e L P ( R " ) , |
|
|
|
|
|
(17) |
|||||||||
где А не зависит от /. Аналогично |
Т есть отображение |
слабого |
типа |
||||||||||||||||||
(р, |
а), если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m{x: |
\Tf(x)\>a}^(^^-J, |
|
|
|
q<oo, |
|
|
|
|
(18) |
||||||||
где А не зависит от f |
и а, |
а |
> |
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
-Если q = |
оо, |
то |
скажем, |
что |
Т есть отображение слабого типа |
||||||||||||||||
(р, |
q), если оно типа |
(р, |
q). |
Заметим, что |
из |
(17) |
следует |
(18), так |
|||||||||||||
что понятие типа |
(р, |
|
q) |
сильнее понятия |
слабого |
типа |
(р, q). |
Дей |
|||||||||||||
ствительно, |
если |
q < |
|
о о , то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
а" т{х: | Г / ( * ) | > а } < |
J |
| Tf ? dx |
= || Tf |
\fq < |
|
(А |
|| / ||/ . |
|
||||||||||||
|
Нам понадобятся также операторы Т, определенные на не |
||||||||||||||||||||
скольких |
пространствах |
|
V |
одновременно. Определим |
Z / ' ( R " ) |
+ |
|||||||||||||||
- f L p J ( R N ) |
как пространство |
всех функций /, |
таких, |
|
что / = /\ + |
/ 2 , |
|||||||||||||||
где |
/, e L P |
' ( R " ) |
и / 2 |
e L P ! ( R " ) . |
Пусть |
теперь |
р, < |
р2 . |
Очевидно, |
||||||||||||
что |
L P ( R " ) c : L P ' ( R " ) |
+ L P 2 ( R N ) |
для |
всех р, |
таких, |
|
что |
р , < р < р 2 , |
|||||||||||||
Действительно, пусть |
f е |
V |
( R " ) , и пусть у — фиксированная |
поло |
|||||||||||||||||
жительная |
константа. Положим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
ч |
|
|
|
|
f / U ) |
при | / W l > v , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
T |
l { |
X ) |
|
1 |
0 |
|
при l / W K v , |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
f / W |
при |
I |
/ W |
K V |
, |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
0 |
|
при |
| / W | > Y . |
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J" I / , |
(x) | P l d x = \ \ f { |
|
(x) \pI /, (*) | p ' " p |
rf*< |
у"-"" J |
I / |
(Jt) | p dx, |
|
||||||||||||
так |
как p i — p ^ |
0. |
Аналогично |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
J I /2 (*) f |
= |
|
J* I /2 (*) lP |
I /2 (*) |
Г _ Р |
dx < V^-" |
{ |
I / (*) |p |
rf*. |
|
||||||||||
так что fi£=LPl |
|
и |
f 2 ^ L p l , |
и |
причем |
/ = |
f ( - f / 2 . |
Разбиение |
|||||||||||||
функции / |
на две части в соответствии с их относительными разме |
рами, которыми мы только что воспользовались, и будет главной
идеей доказательства нижеследующей |
теоремы. |
|
|||
4.2. ТЕОРЕМА 5. |
Пусть |
1 < г *С о о . |
Если Т — |
субаддитивное |
|
отображение из |
L l (Яп)+ |
L r (Rn) |
в |
пространство |
измеримых |
32 |
|
|
|
Гл. I . Некоторые |
фундаментальные |
понятия |
|
|
||||
функций |
на Rn |
и отображение |
слабого типа (1,1) |
и слабого |
типа |
|||||||
(г, г) |
одновременно, то Т есть |
также отображение |
типа (р, р) |
для |
||||||||
всех |
р, |
таких, |
что 1 < |
р < |
г. В |
более |
явном |
виде: |
пусть для |
всех |
||
f, g€=L4Rn) |
+ |
Lr(Ra) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1) |
\T(f |
+ g)(x)\^\Tf(x)l |
+ |
|
)Tg(x)\, |
|
|
|
||||
2) |
m{x: |
\Tf(x)\>a}^^\\f\)l, |
|
|
/ б ! ' ( П |
|
|
|
||||
3) |
m{x: ! 7 y W I > a } < ( 4 4 J / | | r ) \ |
/ e Z / ( R » ) |
|
|
||||||||
(если |
г < |
о о ; в случае |
когда |
г = |
о о , предполагаем, |
что выполняет |
ся |
(17)) . |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
\\T(f)\\pKAp\\f\\p, |
f e L ' ( R " ) |
|
||
для |
всех |
1 < р < |
г, где |
Ар зависит |
только |
от Аи А2, |
риг. |
|
4.3. Докажем |
теорему |
при ограничении |
г < о о . В |
случае когда |
г — о о , необходимо слегка изменить данное доказательство. Предо ставляем сделать это читателю в качестве упражнения. Заметим,
что этот случай неявно содержится |
в доказательстве, приведенном |
|||||||||||||
в § |
1.5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть / е L p (R"). Мы |
хотим |
оценить |
функцию |
распределения |
|||||||||
X(a) |
= m{x: |
) Tf(x)\>o). |
|
Пока зафиксируем |
а. Как было показано |
|||||||||
выше, |
можно |
разбить |
/ |
на два |
слагаемых |
/ = |
/ i + /2 так, |
чтобы |
||||||
/ j e L ^ R " ) |
и / 2 e Z / ( R " ) , |
причем |
разбиение было получено «раз |
|||||||||||
резанием» |
|/| |
на уровне |
Y , Y > |
0. |
Пока Y было |
произвольным; |
||||||||
теперь |
зафиксируем |
\ = |
|
а. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Так |
как |
| Т (/) (х) | < |
| Г/, (*) | + 1 Г/2 |
(х) |
\, то |
|
|
|
|||||
|
{х: |
| Tf (х) |
| > |
a} с |
[ я : | Tf, (х) |
\ > ± |
} |
U { х: |
| Tf2 (х) | > |
|}, |
||||
так |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л(а) = |
т { * : |
| Г/(*) |
| > |
а } < т { |
| У/, <JC) 1 > |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ т { * : | 7 У 2 ( * ) | > | } ; |
||||
поэтому в |
силу 2) |
и 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из определения ft и / 2 |
получаем |
|
|
М а ) < - ^ |
j I / |
-I- -<Н^>1_ | | / W r ^ . |
( |
If|>a |
|f|<a |
§ 5. Дальнейшие результаты |
33 |
Далее, мы знаем, что
оооо
J | Г/ \" dx = - J a" dl (а) = р J а""'* (а) rfjc;,
осталось только умножить обе части (19) на рар~1 и проинтегри ровать по а. Для этого заметим, что
JaP-'a-'j J }f\dx\da= |
Jl/lJ11\ a"-2dadx |
= |
|||
0 |
l | f l > a |
J |
R « |
о |
|
так как p> |
1. Аналогично |
|
|
|
|
ОО |
|
|
|
00 |
|
l f l < a
7=7 J l / П / Г ' * * .
так как p <. г. Складывая эти два выражения, получаем
|
\\T(m\p<Ap\\f\\p, |
где {АРУ |
= - 2 ^ + |
|
|||
Необходимо заметить, что так же, как и в случае |
максимальной |
||||||
функции, константа Ар |
удовлетворяет |
неравенству |
Ар^,А/(р—1) |
||||
при р |
1. |
|
|
|
|
|
|
Один из примеров |
применения |
доказанной теоремы — это, ко |
|||||
нечно, теорема |
1, часть в) . Часть б) |
теоремы 1 .показывает, что опе |
|||||
ратор |
f—*M(f) |
— слабого |
типа (1, 1); то, что f-*M(f) |
—оператор |
|||
типа |
(оо, о о ) , очевидно. Другое важное приложение |
интерполяцион |
ная теорема Марцинкевича находит в теории сингулярных интегра лов, которая излагается в следующей главе.
§ 5. Дальнейшие результаты
5.1. Теорему 4 из § 3 можно использовать для получения другого доказа тельства фундаментального неравенства для максимальной функции в части б)
теоремы 1. Для / ^ 0, a > 0 и / е L 1 ( R ) " пусть, как и в геореме 4, Q =4JQA.
Тогда |
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
( |
Q ) < T / F D X ' |
|
|
|
Пусть, |
далее, |
— куб с тем же |
центром, что и |
у |
Qk, но |
вдвое большего диа |
|
метра. |
Тогда |
ясно, что |
щ |
Qfcj |
J" |
/ ^x> |
и можно показать, |
2 |
И. Стейн |
|
|
|
|
|
|
34 |
|
|
|
Гл. |
|
1. |
Некоторые |
фундаментальные |
понятия |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
что |
Mf(x)^.ca |
|
для |
|
хф_ [ j Q / s |
|
п Р и соответствующем выборе |
константы |
с, |
т. е. |
|||||||||||||||||||
m{x: |
Mf(x) |
> с а } < |
(2™/а) J |
|
f d^ . Более |
подробно |
см. Кальдерой |
и |
Зигмунд [1], |
||||||||||||||||||||
стр. |
114—115. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
5.2. а) |
Предположим, |
что |
|
носитель |
функции |
/ |
содержится |
в |
ограниченном |
|||||||||||||||||||
шаре |
В cz R " . |
Тогда |
|
M(f) |
е |
|
L{(B), |
|
если |
функция |
| / | 1 п ( 2 + | / | ) |
суммируема |
|||||||||||||||||
на В. |
Действительно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
J" |
Mfdx<m(B)+ |
|
|
|
j* |
|
|
Mfdx, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
в то |
время |
как |
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
Щ>\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
M / d x = J Я (a) |
d a + |
Л ( I ) , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Л* f > |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я ( а ) = |
т{дг: |
A f / ( * ) |
> a } |
< - |
^ |
- |
|
J |
|
|
\]\dx |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I f J> а г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
в силу (5) |
из |
§ 1. (См. также |
Винер |
[1].) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
б) |
Неравенство |
для |
Я (а) |
может быть в существенном обращено. В самом |
||||||||||||||||||||||||
деле, для подходящей |
положительной константы с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
m{x: |
|
Ml(x)>ca}^~- |
|
|
|
|
|
J" |
|
\f\dx. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I f l > a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Для |
доказательства |
|
применим |
теорему |
4 |
к \J | и а. Это |
|
приводит |
к |
кубам |
|||||||||||||||||||
г д е 2 " а ^ - — |
. |
J |
| / | dx |
> |
а. Таким образом, если х е |
Qk, |
то М |
(р) |
{ (х) |
> са и |
|||||||||||||||||||
|
|
^ (Qk) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Ой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т{х: |
М |
(1)(х)>са}>^т |
|
|
|
( |
Q |
|
2" |
) > |
± |
_ |
|
J |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
F |
C |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U f t ^ |
|
|
|
|
|
|
||
H o | f ( i ) | < o , |
если |
x ^ J j Q f t , |
следовательно, |
|
J" |
\f\dx^ |
|
j" |
j f |
{ dx. |
О т - |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
U<?fe |
|
|
|
|
I > a |
|
|
|
||||
сюда |
вытекает искомое неравенство. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
в) Утверждение пункта а) может быть обращено. Если носитель функции f |
||||||||||||||||||||||||||||
содержится |
в |
шаре |
|
В, |
то |
из |
того, |
что |
A f ( / ) |
e L ' ( B ) , |
|
следует, |
что |
функция |
|||||||||||||||
| / | 1 п ( 2 + | / | ) |
суммируема |
|
на |
|
В. |
Для |
доказательства |
нужно |
проинтегрировать |
||||||||||||||||||||
приведенное выше в пункте б) |
|
неравенство |
для |
т{х |
: Mj(x) |
> |
са} так |
же, |
как и |
||||||||||||||||||||
при доказательстве прямого утверждения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
По поводу утверждений |
б) |
и в) |
см. Стейн [12]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
г) |
Более |
общим |
|
образом, |
если носитель функции f содержится в В, то |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
М (/) |
In (2 + |
Mf)k |
s |
L 1 |
(В) |
# ф |
I /1 In (2 + |
I / ] ) k |
+ |
l e= L l (B), |
k > |
0. |
|||||||||||||||
|
5.3. Рассмотрим |
следующий |
вопрос. Выполняется ли |
соотношение |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
l i m |
|
— j - j r r - |
[ |
f (x |
— у) |
dy |
= / |
(Л:) |
ПОЧТИ |
всюду, |
S e f , |
|
|
С.) |
||||||||||||
|
|
dlam (S)-»0 |
m |
l ^ J |
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ |
5. Дальнейшие |
результаты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|||||||||
где |
& |
— подходящее |
семейство |
прямоугольных |
|
параллелепипедов, |
|
содержащих |
||||||||||||||||||||||
начало |
координат. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
а) |
Если |
^" — семейство |
всех |
прямоугольных параллелепипедов, |
то |
(*) |
может |
||||||||||||||||||||||
не |
выполняться, |
даже |
если |
|
функция |
f |
ограничена. См. Никодим |
[1] |
и |
Буземан |
||||||||||||||||||||
и Феллер [1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
б) |
Если |
3~ — семейство |
|
всех прямоугольных параллелепипедов с ребрами, |
|||||||||||||||||||||||||
параллельными |
осям |
координат,' то |
(*) |
неверно |
для некоторых |
суммируемых |
f, |
|||||||||||||||||||||||
см. Сакс [1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
в) |
Однако |
если |
3~ — семейство |
всех прямоугольных |
параллелепипедов |
с |
реб |
||||||||||||||||||||||
рами, параллельными осям координат, то (*) |
верно |
для |
/ |
e i ' f R " ) , |
р > |
|
1. |
Дей |
||||||||||||||||||||||
ствительно, |
положим |
для |
такого семейства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
М |
(f) |
(х) |
|
= |
sup |
|
— \ |
\ |
t ( |
x |
- |
y ) |
\ |
d |
y . |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|| Mf |
||p |
|
An |
II f Hp, |
1 < |
p ^ |
° ° . |
Это |
неравенство |
можно |
доказать |
|
rt-крат- |
||||||||||||||||
ным применением LP-неравенств для максимальных |
функций |
из теоремы |
1. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
г) |
Пусть ЗГ — однопараметрическое |
монотонное |
семейство |
прямоугольных |
|
па |
|||||||||||||||||||||||
раллелепипедов с ребрами, параллельными осям координат, т. е. ^" = |
{5Ло< г < «>, |
|||||||||||||||||||||||||||||
где |
St |
cz |
. при t\ ^ |
h. |
|
Тогда |
(*) |
|
выполняется |
для |
всех |
/ e L P ( R " ) , |
1 ^ |
р. |
||||||||||||||||
Это следует из того, что для такого |
монотонного |
семейства |
прямоугольников |
|||||||||||||||||||||||||||
имеет место аналог леммы о |
покрытиях |
из |
§ |
1.6. По |
поводу |
утверждений |
в) |
и |
г) |
|||||||||||||||||||||
и связанных с ними результатов см. Зигмунд |
[8], |
гл. |
X V I I . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
5.4. Теорема |
|
Витали |
о |
покрытиях. |
|
Пусть |
измеримое |
множество |
Е |
покрыто |
|||||||||||||||||||
набором шаров {Ва} |
|
в |
том |
|
смысле, |
что |
для |
каждого |
х е |
Е и |
каждого |
|
е > 0 |
|||||||||||||||||
существует |
шар |
S t t o |
е |
{Ва}, |
такой, |
что |
х е В ^ |
и т ( В а о |
) < е . |
|
Тогда |
суще |
ствует такая последовательность попарно непересекающихся шаров из этого се
мейства |
В и В-2, . . . , Вц, |
..., |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
m [ E - \ [ B f t W o . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Доказательство |
и дальнейшие |
обобщения |
см. в |
книге |
Сакса |
[2], гл. |
4. |
|
||||||||||||||
5.5. (Ф. Рисе). Пусть |
F |
(х) |
— вещественная |
непрерывная |
ограниченная |
|||||||||||||||||
функция, |
|
определенная |
на |
прямой |
R1 , |
|
|
и |
пусть |
а — положительное |
число. |
|||||||||||
Пусть Я, — множество таких |
х, |
для которых |
sup |
— |
|
|
-. |
^ - > а . |
Тогда |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h>0h>o |
|
|
|
|
|
|
|
|
T i |
|
|
|
|
|
|
|
F |
(bk) |
~ |
|
F |
К ) |
а. |
|
С |
помощью |
этой |
леммы |
|||
А=1 |
' |
, где |
" |
= (ak, |
к |
|
|
F |
|
|
|
"ft |
|
|
||||||||
Й - U |
I k |
I k |
bk), |
и |
|
~ |
|
- |
|
|
= а . |
С |
|
|
случае, если |
|||||||
можно получить |
другое |
доказательство |
теоремы |
4 |
в |
одномерном |
||||||||||||||||
положить |
|
= |
X |
|
|
Неравенство |
|
|
(16) заменяется |
тогда |
т о ж д е с т в о м |
|||||||||||
F (х) |
j f (t) |
dt. |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— 7 7 - г - |
J |
f |
|
|
dx~a. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
т (Ik) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
См. Рисе и Секефальви-Надь |
[1], гл. |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5.6. а) Имеет место следующее |
усиление |
неравенства |
(15). |
Пусть |
т|)!>0. |
|||||||||||||||||
Тогда J" |
/, |
(х) г|) (х) |
dx^. |
|
|
j * |
(Afi|)) (x)dx, |
|
|
где М'ф — максимальная функция для |
||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
cF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда |
следует, |
что |
I„(x) |
е |
V |
(F) |
для |
всех |
1 < ^ р < о о . Если |
использовать |
||||||||||||
утверждение § |
5.2 |
при |
условии, |
что |
функция |
-ф In (2 + |
ty) |
суммируема |
(в ос - |
|||||||||||||
2* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 |
|
|
|
|
|
Гл. |
I . Некоторые |
фундаментальные |
|
понятия |
|
|
|
|||||||||
тальном |
функция |
1|) |
произвольна), |
то |
отсюда |
вытекает, |
что J е а ! ' |
dx< |
оо |
|||||||||||||
для п о д х о д я щ е г о |
а > 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
б) |
|
Другим |
|
вариантом |
|
интеграла |
/„ (х) |
является |
интеграл |
9(л:) |
= |
||||||||||
= |
Г |
|
6 (х |
+ |
|
у) |
dy |
— г - r . |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
утверждения: |
|
|
|||
|
|
— — |
|
|
Справедливы следующие |
|
|
|||||||||||||||
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
5^. (*) |
> |
с / , |
(*), |
X(=F; |
|
2) |
( * ) < о о |
для |
почти всех |
t e R " ; |
3) суще |
|||||||||
ствует |
положительная |
постоянная |
а, такая, |
что |
для |
к а ж д о г о |
конечного шара |
В |
||||||||||||||
j eaJ* |
w |
dx< |
оо. По |
э т о м у |
п о в о д у |
см. Карлесон [3] |
и |
Зигмунд [ 9 ] . |
|
|
||||||||||||
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.7. |
Предположим, |
что |
f е |
Lp(R"), |
1 < р < о о . |
Небольшое изменение в |
д о |
||||||||||||||
казательстве |
§ |
|
1.8 |
приводит к |
следующему |
результату: |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Jim |
— т т - ) |
|
r r - |
f |
I f(y) |
— |
f (x) |
\p dy |
= |
0 |
для |
почти всех |
х. |
|
r->o m |
(o |
(*> r)) |
5.8. Пусть |
fu |
f2, .... |
таких, что ^ 2 |
I fy (*) Ру'' |
функцию для f/. Тогда
J |
|
|
|
B(x, |
r) |
|
|
fn, |
. . . — п о с л е д о в а т е л ь н о с т ь |
функций из V ( R " ) |
|
s |
^ р W- |
Обозначим через |
М / / максимальную |
|
|
|
|
|
1 < р < 00. |
|
Константу |
Л р |
можно |
оценить следующим |
образом: Ар — О ((р — I ) - 1 ) |
при |
|
/?->-1 и Л р |
= |
0 ( р 1 ' ' 2 ) |
при р - > о о . |
Это наилучшие возможные оценки. Если |
взять |
|
в качестве |
f j |
характеристические |
функции |
попарно непересекающихся кубов, то |
приведенный выше результат по существу содержит результат § 5.6. См. Фефферман и Стейн [1].
Замечания')
§1. Об основных фактах, относящихся к интегрированию и дифференциро
ванию, |
см. Сакс |
[2]. Максимальная теорема для п = |
1 впервые доказана Харди |
и Литтлвудом, а |
я-мерный вариант — Винером [1]. По поводу леммы о покры |
||
тиях из |
§ 1.6 см. |
Винер [1] и Марцинкевич и Зигмунд |
[2]. Для читателя было бы |
поучительно сравнить эту лемму с более тонким результатом, приведенным в кни
ге «Анализ Фурье», |
гл. И, § 3, который основан на более поздних идеях Безико- |
|||||
вича. В |
работах Эдвардса и Хьюитта [1] и Стейна [ I I ] можно найти другие |
об |
||||
общения. |
|
|
|
|
|
|
§ |
2. |
Интеграл |
Марцинкевича впервые появился в работах Марцинкевнча |
|||
['] — И , |
см. также |
книгу Зигмунда |
[8], гл. I V . Систематическое изложение |
для |
||
«-мерного случая можно найти |
у Кальдерона и Зигмунда [7]. |
|
||||
§ |
3. |
Теорема о |
разложении |
из |
§ 3.2 имеется у Кальдерона и Зигмунда |
[1]. |
На ее |
тесную связь |
с разложением |
Уитни впервые, видимо, было указано в |
ра |
боте Стейн [10].
§ 5. Интерполяционная теорема 5 доказана Марцинкевичем [5]. Более общий вариант, описанный в приложении Б, получен Зигмундом; приведенное в прило
жении Б доказательство принадлежит Ханту [1]. Более подробное |
обсуждение |
вопроса читатель найдет в книге «Анализ Фурье», гл. V . |
|
') Напомним, что ссылка на книгу «Анализ Фурье» относится к |
книге Стей |
на и Вейха [41. |
|
Глава I I
С И Н Г У Л Я Р Н Ы Е И Н Т Е Г Р А Л Ы
Основополагающий пример, лежащий у истоков теории сингу-
• лярных интегралов, — это гильбертово |
преобразование. Гильберто |
во преобразование функции f задается |
формулой |
оо |
|
|
(1) |
— оо |
|
где не сходящийся абсолютно интеграл интерпретируется с по мощью подходящего предельного перехода. Отметим некоторые основные моменты теории гильбертового преобразования с тем, чтобы иметь отправные пункты для изложения теории я-мерных сингулярных интегралов, которой посвящена эта глава.
а) U-теория. Здесь, как и в общем случае, мы имеем дело с оператором, коммутирующим со сдвигом. Поэтому нельзя обойтись
без сверток, преобразований Фурье, теоремы |
Планшереля — ко |
||
роче, |
без основных орудий гармонического анализа на R™. По |
||
этой |
причине мы |
начнем главу именно с обзора этих понятий. |
|
б) |
Ьр-теория. |
Фундаментальным свойством |
оператора (1) и |
тех его обобщений, которые мы рассматриваем, является их ог
раниченность в пространстве |
L P при |
1 <С р < |
оо. В случае |
гиль |
||||||||||
бертовых преобразований эта классическая теорема была |
|
дока |
||||||||||||
зана |
М. |
Риссом |
с |
применением |
теории |
функций |
комплексного |
|||||||
переменного. Этот |
метод |
неприменим |
в |
рассматриваемом |
|
здесь |
||||||||
общем |
случае, и |
LP-теория |
будет |
получена |
нами |
как |
следствие |
|||||||
LJ -TeopHH. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) |
^-теория. |
Гильбертово |
преобразование |
не |
является |
огра |
||||||||
ниченным |
оператором в |
пространстве |
L 1 . Однако имеется |
резуль |
||||||||||
тат, до |
некоторой |
степени |
заменяющий |
это |
утверждение, |
а |
именно |
это преобразование есть оператор слабого типа (1,1). В общем
случае ситуация та же самая. |
Методы доказательства нера |
венств слабого типа с помощью |
теории функций действительного |
переменного впервые были предложены Безиковичем и Титчмаршем, для гильбертовых преобразований, и далее были развиты в исследованиях Кальдерона и Зигмунда, относящихся к n-мер ному случаю. Можно сказать, что эти методы и составляют ос нову данной главы. Не стоит и говорить, что большую роль при
38 Гл. I I . Сингулярные интегралы
этом будут играть элементы теории функций действительного пе ременного, изложенные в гл. I .
г) Особые свойства гильбертовых преобразований. Среди них отметим следующие.
1) Оператор (1) коммутирует не только со сдвигом, но и с растяжением х 6х, б > 0. Не удивительно, что и результаты, относящиеся к n-мерным обобщениям, существенно инвариантны относительно растяжений. Те операторы, которые, как и (1), не меняются при растяжениях, представляют важный подкласс, для которого теория и проста, и богата. Изложению соответствую щей теории посвящен § 4.
2) Связь с аналитическими функциями. Имеется тесная связь между преобразованием (1) (или некоторыми его n-мерными ва риантами) и аналитическими функциями (или их обобщениями). Значение этой связи и вытекающие из нее свойства инвариант ности относительно вращений будут описаны в следующей главе.
§ 1. Обзор некоторых аспектов гармонического анализа в R "
Приведем без доказательства некоторые элементарные факты гармонического анализа в R N . Естественное обобщение этих фак тов можно получить путем рассмотрения локально компактных абелевых групп.
1.1. Наряду с |
уже употреблявшимися |
пространствами L P ( R " ) , |
||
l ^ p - ^ C o o , рассмотрим |
пространство C 0 |
( R N ) непрерывных |
функ |
|
ций, стремящихся |
к нулю |
на бесконечности, норма в котором |
опре |
делена, как обычно, с помощью точной верхней грани, а также со
пряженное |
к нему |
пространство |
^ ( R N ) , |
которое, как |
|
известно, |
|||
можно отождествить с банаховым |
пространством |
всех |
конечных |
||||||
мер d\x с |
нормой |
||йц|| = |
\йц\. |
Пространство |
L T ( R N ) |
можно |
|||
|
|
га |
|
|
|
(R™) с |
помощью |
||
отождествить с подпространством пространства $ |
|||||||||
изометрического отображения |
f(x)—>f{x)dx, |
где |
dx — мера |
Ле |
|||||
бега. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основной операцией будет операция свертки. Для \iit |
| i 2 |
е |
|||||||
определим |
свертку |
ц = ц\ * р,2 |
формулой |
|
|
|
|
|
Выполняются соотношения
Если один из сомножителей принадлежит L l ( R " ) , то свертка также принадлежит L l ( R " ) . Следовательно, если f е L l ( R " ) , то
§ |
1. Обзор некоторых |
аспектов |
гармонического |
анализа |
в R" |
39 |
|||
интеграл |
g = |
f*[i= |
J f (х — у) • d\x (у) сходится для почти |
всех х |
|||||
и g e L 1 ( R " ) , |
причем |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
II g II. < |
II /Hi II Jill. |
|
|
|
Аналогично если |
/ е |
f |
( R " ) , то J / (х — у) d\x (у) |
также |
при- |
||||
надлежит |
L p |
и || g \\р < |
|| / ||р || ц ||. Заметим, |
что при ix <= Я |
преобра |
||||
зование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/->{/(•*- |
y)d\i (У), |
|
|
|
которое, как мы уже установили, ограничено в L P ( R " ) , также коммутирует со сдвигом х -> х + h. Этот класс преобразований описывается следующим предложением.
1.2. ПРЕДЛОЖЕНИЕ I . Пусть |
Т — ограниченное |
линейное |
отобра |
|||||
жение |
пространства Ll(Rn) |
в себя. Для того чтобы Т коммутиро |
||||||
вало |
со сдвигами, необходимо |
и достаточно, чтобы |
существовала |
|||||
такая мера |
|я, принадлежащая |
$!(Rn), |
что T(f) |
— f * ji |
для всех |
|||
f e L J |
( R N ) . |
При этом ||ГЦ |
= |
||ц||. |
|
|
|
|
1.3. Определим для каждой меры |
p , e ^ ( R " ) |
ее |
преобразова |
|||||
ние Фурье (1 (г/) формулой 1) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Д (#) = |
J e*"t*vdn |
(х). |
|
|
|
В частности, для всех f E L ! ( R " ) преобразование Фурье опреде ляется формулой
f ( ^ ) = | е ^ / ( л ) ^ е С 0 ( Я п ) .
|
|
|
|
R* |
|
|
|
|
|
Преобразование |
Фурье |
обладает |
важным |
свойством: |
если |
||||
ц = |
H i * На, то Л |
£(У) = |
МУ)МУ). |
Если |
/ e L ' ( R ' f ) n ^ 2 ( R " ) , |
||||
то |
f e L 2 ( R " ) H |
|| f lb = |
11/||». Поэтому |
преобразование |
Фурье |
можно |
|||
доопределить |
по |
непрерывности до |
унитарного |
отображения, |
|||||
определенного |
на всем |
L 2 |
( R R T ) . По непрерывности получаем |
также, |
что если g = / * \х, где / G L 2 (Rn ) и ц е= $ ( R " ) , то g(y) = f {у) £ (г/).
1.4. Следующая теорема является аналогом предложения 1 для пространства ZA
') При сравнении формул, которые встретятся ниже, с аналогичными фор мулами в других книгах необходимо принять во внимание, что в настоящей книге выбран множитель + 2 я в показателе экспоненты.