книги / Функциональный анализ
..pdf§ з. ф ун кц и и нескольких перем енн ы х |
491 |
При любом п справедлива формула |
|
|
|
||
|
6 М * п ё р - аJ(t0l*‘ + |
• • • |
+ <“«*« ~ |
ЮГ" л * |
|
|
Из первой формулы для 8(х) |
вытекает, что |
|
|
|
|
(_ 1)(И-1)/2 |
|
д" '<р (л:) |
dotl, |
|
|
Ф (0) = |
|
|||
|
2 (2 я)"-1 |
|
av"-1 |
|
|
|
Q |
2<оЛ =о |
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
doo — элементарная площадка |
в плоскости |
S®fc^ft = 0, |
||
а |
— дифференцирование по |
направлению |
ортогонального |
к ней вектора ю. Аналогично из второй формулы следует, что
Ф(0)=—^ П п )п—“ J |
+ ••• + ®х ) ", |
|
|
|
|
Q |
ф((0 , х, + |
... + |
а пх п)) d a , |
где положено |
|
|||
Ф (0 = |
{x)dot,J |
Ф |
|
|
|
|
|||
dot — элементарная площадка в плоскости 2 |
= |
t. |
Ли т е р а т у р а : [12].
2.Обобщенные функции, связанные с квадратичными фор-
мами. Пусть |
|
п |
|
|
|
Р = |
2 |
§авхахв 1— положительно |
определенная |
||
квадратичная |
|
а, &=\ |
р р |
|
линейного |
форма. С |
помощью невырожденного |
||||
преобразования эта форма может быть приведена |
к |
виду Р = |
|||
п |
|
рассмотрение обобщенных функций вида Р% |
|||
= 2 У\ • Поэтому |
|||||
<х=1 |
|
|
|
|
|
в случае положительно определенных квадратичных форм Р
сводится к |
рассмотрению обобщенной функции г2\ проведенно |
му в п. 1. |
обстоит дело для неопределенных квадратичных |
Сложнее |
|
|
п |
форм Р —а,2 ёа$хах$> поскольку в этом случае функция Рк |
не является однозначно определенной. Формы с комплексными коэффициентами можно записать в виде $? = Рi + ^ 2, где Р\ и Р2— вещественные квадратичные формы. Пусть «верхняя по
луплоскость» — множество всех квадратичных форм |
Pi + *Р2, |
для которых форма Р2 положительно определена, а |
«нижняя |
492 |
ГЛ. X ОБОБЩЕННЫЕ ФУНКЦИИ |
полуплоскость» — множество форм вида Pi — iPi, где Рг поло
жительно определена.
Если квадратичная форма ^ принадлежит верхней полу плоскости, то полагают
|
брУ* |
gh [In | & |+ / arg <^] |
где 0 < arg^* < |
я, и вводят обобщенную функцию |
|
|
{3х, ф ) = J 3 ХЧ (х) dx |
|
(интегрирование |
ведется |
по всему пространству Rn). Функция |
З х{х) однозначно определена, а интеграл сходится при Re А, > О и является аналитической функцией от А. Аналитически про должая эту функцию по А, определяют функционал '{3х, ф ) д л я
других значений А.
Рассматривая обобщенную функцию 3 х при Р\ = 0, полу чают обобщенную функцию (/Рг)*'. Поскольку форма Рг поло жительно определена, изучение этой обобщенной функции сво дится к проведенному выше изучению обобщенной функции г2Х. Аналитически продолжая выражение вычетов формы {1Рг)х по коэффициентам формы Рг, находят выражение вычетов для фор
мы 3 х. Результат |
формулируется |
следующим образом: |
||||
Если |
3 = |
П |
Еалхахй— произвольная квадратичная форма |
|||
2 |
||||||
|
|
а, е=1 |
р |
р |
|
обобщенная |
с положительно определенной мнимой частью, то |
||||||
функция |
3 х является |
регулярной |
аналитической |
функцией от |
||
А всюду, за исключением точек |
|
|
||||
|
А = |
— п/2, |
— /г/2 — 1, |
... , — п/2 — k ........ |
||
в которых эта функция имеет простые полюсы. При этом |
||||||
|
Выч 3 х= |
______ е-я»»7у/2______ |
|
|||
|
4*61 Г (я/2 + |
Lkb{x). |
||||
|
X=*-n/2-k |
|
k) V (—<)"I g I |
|
Здесь через L обозначен дифференциальный оператор
L== V gqg — а2_ ,
дх<х дха г
а, р=1
коэффициенты которого связаны с коэффициентами квадратич ной формы 3 соотношениями
П
2 & aegPv = 6“ (б“ —символ Кронекера).
Через |g | обозначен дискриминант формы 3 .
494 ГЛ. X. ОБОБЩЕННЫЕ ФУНКЦИИ
Функция |
(Р — Ю)х имеет полюсы в тех же точках с выче |
||
тами, получаемыми из последней формулы заменой i на —i. |
|||
Полагают |
|
|
|
|
р \ _ e~nU (Р + |
iO)K - ем |
(Р -Г iO)K |
|
+ |
— 2/ sin яЯ |
9 |
|
р \ _ (Р + М? - |
(Р - <0)Л |
^ |
|
2/ sin яЯ |
|
|
При Re Я > |
—п обобщенная функция |
Р+ совпадает с регуляр |
|
ной обобщенной функцией, задаваемой формулой |
|||
|
(Р+, ф )= |
f Рх<р (х) dx, |
|
|
|
р> о |
|
a P i - с регулярной обобщенной функцией, задаваемой форму лой
(P i, Ф) = |
f \P(x)\x<p(x)dx. |
Р < 0
Ли т е р а т у р а : [12].
4.Обобщенные функции вида g>Kf(g>, Я). Пусть f(z, Я) —це
лая функция от 2 и Я. |
Если |
9*— комплексная квадратичная |
|
форма |
с положительно |
определенной мнимой частью, то при |
|
Re Я > |
0 полагают |
|
|
|
(g>Kf(g>, я), |
ф(х» = |
J д>Ч(д>, я)Ф(х) dx. |
С помощью аналитического продолжения определяется обоб щенная функция g>^f(g>, Я) для других значений Я. Аналогично определяется обобщенная функция
д>Чпmg>f(g>, я).
Обобщенная функция (Р + iO)^f(P + ДО,Я) задается равен ством
(Р + iOf f (Р + <0, Я) = lim (Р + ieP2f f (Р + /еР2, Я),
8-> +0
где Рг — положительно определенная квадратичная форма. Ана логично
(Р - i0)xf (Р - lO, Я) = liш (Р - izP2f f (Р - ieP2, Я).
8 -»+ 0
Если форма Р положительно определена, то
(Р + iOf f (Р + /0, Я) = (Р — Ю)х / (Р - Ю, Я) = Рх/ (Р, Я).
Далее
/ (Р + ю , Я) = /(Р - Ю, Я) = f(P, Я).
§ 3. ФУНКЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ |
495 |
Справедливы равенства
(Р + io f f (Р, Я) = Px+f (Р+, Я) + eanP \f (Р_, Я)
(Р - Ю)л f (Р, Я) = Р+f (Р+, Я) + (Р-, Я),
дающие выражения наших обобщенных функций через аргумен
ты P+, Р—
К рассмотренному классу обобщенных функций относятся, например,такие функции, как
Zx[(Р + i0)'/2], (Р + ЮГШ Zx[(Р + *-0)Ч
где Z%{x) — цилиндрическая функция.
Каждой вещественной невырожденной квадратичной форме
р = |
П |
ёакхахь соответствует сопряженная с ней форма |
||||||||||
2 |
||||||||||||
|
a, р=1 |
Р |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = |
2 |
gaps.asp, |
|
|
|
||
|
п |
|
|
|
|
а, Р=1 |
|
Р |
|
|
|
|
где |
|
= |
(а > Y — 1» |
2.........п)- в |
дальнейшем |
|
будет |
|||||
p=i |
р |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
использована обобщенная функция |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Кп/2+х IciQ + iO)*] |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
«в + » .т(-Ь » ) |
' |
|
|
|
|||
где с — положительное |
число. Она |
определяется при |
нецелых |
|||||||||
Я разложением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Kn/2+x[c(Q+iO)4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
л (с/2)п12+1 |
Г VI |
(с/2)~2Х~п+2т (Q + iO)-x~nl2+m^ _ |
|
|||||||
|
|
2 sin (п/2 + |
Я) я |
Z A |
|
ml Г (— К — лг/2 + пг + 1) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
Lm=о |
|
|
|
|
(с/2)2т (Q + ГО)” |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
т=0 |
Г (Я -Ь п/2 “Ь ш “I**1) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При Я = |
s, s > 0, эта функция имеет полюс с вычетом |
|
||||||||||
Выч К»/2+Я [с (Q + |
<0)1/г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
К |
(Q + i„,T (■?■«) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
( _ |
1)* яп/2 (c/2)s-n/2 |
е- я<?;/2 / I |
Д | |
у |
( - 1 ) т (с/2)—2т |
Lm6 (х), |
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
^ |
4т т! (s — т)| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ftt=0 |
|
|
|
493 |
ГЛ. X. ОБОБЩЕННЫЕ ФУНКЦИИ |
|
где |
q — число отрицательных членов |
в канонической записи |
формы Q. |
|
|
|
Через Knl2+S[c Ш + Ю)Ч обозначают |
правильную часть рас- |
(Q + /О)2 ( 2 +
сматриваемой обобщенной функции при %— s.
Ли т е р а т у р а : [12].
5.Обобщенные функции на гладких поверхностях. Пусть по
верхность |
S |
в |
и-мерном пространстве задается |
уравнением |
|
Р ( х и |
..., |
х п ) = |
0 , где Р — бесконечно дифференцируемая функ |
||
ция, |
такая, |
что |
grad Р Ф 0 при Р — 0 (т. е. на |
поверхности |
|
Р — |
0 нет особых точек). Обобщенную функцию б( Р ) опреде |
ляют следующим образом. В достаточно малой окрестности Ux любой точки х поверхности S вводят новые координаты, поло жив «1 = Р и выбрав остальные координаты иг, .... ип произ
вольно, с тем лишь ограничением, что якобиан D ^ j отличен
от нуля в Ux■Если функция <р(х) обращается в нуль вне Ux, то полагают
(б (Р ), <р) = |
J Ф (0, и2, .... ип) du2 ... dun, |
||
где |
|
|
|
Ф (Mi, ••. > ип) = |
ф , (U[, . . . , |
ип) D ^ иj , |
|
Ф1 (U\y . . . , |
Un) = |
ф (X\9 . . . ) |
xn). |
В общем случае разлагают функцию ф(х) на слагаемые щ ( х ) 9 обращающиеся в нуль вне окрестностей UXh-
Можно показать, что обобщенная функция б(Р) зависит только от функции Р, но не зависит от выбора координат ии ... , ип- Эту функцию можно определить также следующим образом. Пусть 0(Р) — обобщенная функция
|
|
|
(0 (Р), |
ф) = |
J ф (х) dx. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Р > О |
|
|
Тогда б(Р) = |
0f(Р) |
в том смысле, что для любого j |
|||||||
|
|
|
|
дВ(Р) |
дР |
|
|
||
|
|
|
|
дх. |
|
= |
i r W |
|
|
Для |
обобщенных |
Ч |
|
”л! |
|
|
|||
функций |
6(ft>(Р) |
полагают (б(А) (Р), ф) = |
|||||||
== (- 1)^ |
J ф ^Ч°.v |
«о |
un)du2 |
du . |
Всякий |
функционал f |
|||
вида |
|
s |
|
|
J aV r |
|
|
||
tf. ф) = |
|
|
dxxl |
dxn |
§ 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ ОБОБЩЕННЫХ ФУНКЦИЙ |
499 |
§4. Преобразование Фурье обобщенных функций
1.Мультипликаторы и свертыватели. В главе II, § 1, п. 4
дано определение преобразования Фурье обобщенных функций, рассматриваемых как функционалы над линейным простран ством Е, плотно вложенным в S. Это преобразование опреде ляется формулой
(Р, ф) = (F, ф),
где ф— преобразование Фурье основной функции ф.
Есть иное определение преобразования Фурье обобщенных и быстро растущих функций. Пространства растущих функций интерпретируются как пространства мультипликаторов в некото рых пространствах быстро убывающих бесконечно дифференци руемых функций.
Пусть Ф и W — линейные топологические локально выпуклые пространства функций или функционалов, и Ь(Ф, 4я)— простран ство линейных непрерывных операторов из Ф в W с топологией ограниченной сходимости. Пусть М(Ф, 4я) — замыкание в £(ф, 4я) пространства операторов умножения на функции из S. Например, M(Dt D) — пространство С°° всех бесконечно диффе ренцируемых функций, M (S ,S ) — пространство бесконечно диф ференцируемых функций, имеющих вместе с производными лю бого порядка степенной рост, M (Z ,Z )— пространство целых аналитических функций экспоненциального типа, имеющих на
вещественной оси степенной рост (вместе |
со всеми производ |
|
ными). |
|
операторов свертки |
Пусть С(Фу4я) — замыкание в Ь(Ф, 4я) |
||
с функциями из S. Например, C(S,S) — пространство линейных |
||
функционалов в S, |
т. е. S'. Элементы из М(Ф, 4я) называются |
|
мультипликаторами |
(из Ф в ? ) , а элементы из С(Ф, 4я)— свер- |
тывателями. Топология в М(Ф, 4я) и С(Ф, 4я) задается тополо гией пространства £(Ф, 4я). Для краткости М(Ф, Ф) обознача ется через М(Ф), а С(Ф, Ф) через С(Ф).
Пусть пространство Ф состоит из непрерывных суммируе
мых функций и через Ф обозначено пространство преобразо ваний Фурье функций из Ф, а через Ф* — сильно сопряжен
ное с Ф пространство. Топология в Ф индуцируется тополо
гией в Ф. Преобразованием Фурье |
оператора % из £(Ф, 40 |
||
называют оператор |
% из |
Ь(Ф, 40, определяемый равенством |
|
х(ф) = %(ф) (ф е Ф)- |
Таким |
образом, |
L (Ф, 4я) « L (Ф, 40. При |
этом изоморфизме |
|
|
|
М(Ф, 40~ С (Ф , чо
и, в частности, М(Ф) « С(Ф).
500 |
ГЛ X. ОБОБЩЕННЫЕ ФУНКЦИИ |
|
|
Определим |
оператор Xf |
умножения на /, |
действующий из |
W* в Ф*, как оператор, сопряженный оператору %. умножения |
|||
на /, действующему из Ф в |
Отображение |
непрерыв |
но. Если в Ф определено и ограничено отображение ф-*ф, то
соответствие |
%.—>Х^ порождает |
непрерывное вложение |
|
М(Ф, 4я) —►Л1 |
Ф*). Если, кроме |
того, Ф и Т рефлексивны, |
|
то |
М(Ф, 4я) ~ |
М (У \ Ф*), |
|
|
|||
|
С(Ф, 4я) ~ |
С (4я*, Ф*). |
Отметим еще, что
М {М (Ф)) « М (Ф), С(С(Ф))«С(Ф).
Л и т е р а т у р а : [13], [308].
2. Пространство типов S и <ЁГ. Пространство S замкнуто от носительно операций умножения на независимые переменные, дифференцирования, умножения и свертки - функций. Построен широкий класс пространств, обладающих указанными свойст вами. Пусть
|
|
|
-а, А м' |
|
1/а\ |
т |
Г |
) ’ |
|
“ > |
|||
|
|
|
- ( т |
| |
|
||||||||
|
|
|
е 0, А |
|
1, |
| * | < Л , |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
оо, |
| х | > |
Л. |
|
|
|
|
|
||
Через |
5а, а |
обозначают банахово |
пространство, |
состоящее |
|||||||||
из |
бесконечно |
дифференцируемых |
функций, |
для |
которых |
ко |
|||||||
нечна норма |
|
|
|
|
Ф(<?) (*) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
I ф IU = |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
su p еа, А(х) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
X, и |
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
через St', а — пространство |
бесконечно |
дифференцируемых |
||||||||||
функций, имеющих конечную норму |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
IIФ11®^ = |
sup |
о—1 |
(х) |
(х) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х, q |
А |
|
BQqqb |
|
|
|
|
|
|
Здесь для |
краткости |
положено |
Bq = B^q\ q<® = \ <7|Р|<71, где |
|||||||||
| <7 1= <7i + ... |
+<7n. |
<7= |
(<7i> •••» Яп)- |
Функции |
из |
этих |
про |
||||||
странств |
бесконечно |
дифференцируемы. При а = |
0 |
функции |
|||||||||
пространства |
Ifo, а рассматриваются лишь |
при | х | < Л . Функ |
|||||||||||
ции |
из 5а, л |
убывают не медленнее экспоненты |
порядка |
1/а, |
|||||||||
а при а = |
0 равны нулю вне шара | |
х | < |
Л Функции. |
из S’a,а |
|||||||||
растут не быстрее экспоненты порядка |
1/а. При р < |
1 |
функции- |