Научная статья на тему 'Об операторах типа Харди'

Об операторах типа Харди Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
216
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
SYMMETRY SPASCE / IDEAL / LATTICE / OPERATOR HARDY / ФОРМУЛА ГРИНА / ТЕОРИЯ УПРУГОСТИ / СЛАБОЕ РЕШЕНИЕ / ЛИПШИЦЕВА ГРАНИЦА

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Павлов Е. А.

Г.Г. Харди доказал важное неравенство для конечных и бесконечных сумм арифметических средних apn, где p > 1. Затем он обобщил это неравенство на интегралы. Сфункциональной точки зрения интегральное неравенство Г.Г. Харди означает непрерывность оператора Харди-Литтльвуда в лебеговых пространствах Lp, где p > 1. В данной статье изучен обобщенный оператор Харди-Литтльвуда с точки зрения ограниченности его действия в симметричных пространствах и более общих идеальных структурах, обладающих свойством Минковского, в которых ограниченно действует оператор растяжения. Получен критерий ограниченности этого оператора Hϕ(Харди-Литтльвуда) в симметричном пространстве E для случая, когда верхнийи нижний показатели функции растяжения µϕ совпадают. Получены достаточныеусловия ограниченности оператора Hϕ в идеальных структурах с вышеперечисленными свойствами. В частности, получен критерий непрерывности оператора Hlt в симметричных пространствах. Этот оператор был рассмотрен в монографии С.Г. Крейна, Ю.И. Петунина и Е.М. Семенова, в которой были получены достаточные условия ограниченности этого оператора в Lp.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

On the Operators of Hardy’s Type

In this paper, we obtain sufficient conditions for the boundedness of thegeneralized Hardy-Littlewood operator and the Hardy type operator in ideal spaces of theform Eα, where α(t) is a positive, Lebesgue-measurable function. E is a symmetric space.

Текст научной работы на тему «Об операторах типа Харди»

УДК: 517.983.23 MSC2010: 47G10

ОБ ОПЕРАТОРАХ ТИПА ХАРДИ © Е. А. Павлов

КРЫМСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

пер. Учебный, 8, Симферополь, 295015, Российская Федерация e-mail: [email protected]

On the Operators of Hardy's Type.

Pavlov E. A.

Abstract. In this paper, we obtain sufficient conditions for the boundedness of the generalized Hardy-Littlewood operator and the Hardy type operator in ideal spaces of the form Ea, where a(t) is a positive, Lebesgue-measurable function. E is a symmetric space.

Keywords : symmetry spasce, ideal, lattice, operator Hardy.

Введение

В работе [1] Г. Г. Харди и Дж. Литтльвудом было получено интегральное неравенство, которое, с точки зрения функционального анализа, означает непрерывность интегрального оператора, впоследствии названного оператором Харди-Литтльвуда, в лебеговых пространствах Lp со степенным весом. Т. Шимогаки в статье [2] сформулировал и доказал критерий непрерывности оператора Харди-Литтльвуда в симметричных пространствах, введенных в работе [3]. В статье [4] этот оператор был исследован, в частности, в симметричных пространствах с весом. В монографии [5] был введен в рассмотрение интегральный оператор, который является обобщением оператора Харди-Литтльвуда для случая степенных функций. При изучении оператора А. Кальдерона автором данной работы, в статье [6] было получено дальнейшее обобщение оператора Харди-Литтльвуда. Получены необходимые и достаточные условия ограниченности оператора Кальдерона в симметричных пространствах. В статье [7] получен критерий ограниченности обобщенного оператора Харди-Литтльвуда в симметричном пространстве. Первое «весовое» неравенство для максимальной функции Харди было получено в [8]. В работе [9] были введены еще более общие, чем оператор Харди-Литтльвуда — операторы типа Харди и Харди-Стеклова.

В данной статье изучен оператор типа Харди и обобщенный оператор Харди-Литтльвуда в симметричных пространствах и симметричных пространствах с весом. Рассмотрен, более общий чем Н, оператор типа Харди (см., [9]), вида

г

(Н/ж)(*) = У ф)^) ^ (1)

о

и его формально сопряженный

те

(Н*х)(*) = *(*М*) ¿я. (2)

г

Основные определения, обозначения и необходимые утверждения можно найти

в [5], [3].

Частным случаем оператора типа Харди (1) является обобщенный оператор Харди-Литтльвуда

г

(Н х)(*) = х(я) ^(з), (3)

о

где ^(з) - положительная, возрастающая функция на [0,

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УТВЕРЖДЕНИЯ

Определение 1. Положительная всюду конечная на (0, функция называется полумультипликативной (см. [5]), если выполняется неравенство

■ ¿2) ^ ^(¿1) ■ ^(¿2),

где ¿1, ¿2 е (0,

Предложение 2 ([5]). Введем в рассмотрение числа

1п г>(£) 1п

а = 11т —-= вир —-,

г^о 1п £ 0<г<1 1п Ь

в =11т1^ = т£1^. г^те 1п ^ г>1 1п Ь

Числа а и в называются, соответственно, нижним и верхним индексами функции Выполняются соотношения:

1) —то < а ^ в <

2) ^ при * > 1 и ^ при 0 < * < 1;

3) ^ ¿а-£, е > 0 и ^ достаточно близких к 0;

4) ^ , е > 0 и ^ достаточно больших.

Определение 2. Пусть - положительная всюду конечная функция на полуоси (0, +то). Функцией растяжения для функции называется функция, определяемая равенством

■ ¿)

^ф (в) = вир - , 0 < 5 < + то.

Несложно проверить, что ц,ф (в) является полумультипликативной функцией, то есть выполняется неравенство

^ф (51 ■ 52) ^ ^ф (51) ■ ^ф (52), 51, 52 € (0, + то).

Предложение 3 ([5], стр. 76). Пусть - положительная всюду конечная функция на полуоси (0, +то). Тогда существуют два числа 7ф и 8ф такие, что

1) 0 < 7ф ^ 6ф < то;

2) ^ф (5) ^ з6ф при 5 > 1;

3) ^ф (5) ^ при 0 < 5 < 1;

4) для любого е > 0 при достаточно больших 5 выполняется неравенство

^ф (5) ^ +;

5) для достаточно малых 0 < 5 < то выполняется неравенство

»ф(5) ^ ^-

Кроме того, выполняются неравенства

1п ^ф (Ь) 1п ^ф (Ь)

7ф = 11т т . ; ^ф = 11т 1 . . 1п Ь ф 1п Ь

Определение 3. Оператором растяжения , определенном на функциях f (¿) из

функционального пространства Е, определенных на (0,а), 0 < а ^ +то, называется

оператор, задаваемый формулой

I/ (Т), если 0 <Ь<т ■ а;

^т / (Ь) = <

I 0, если Ь > т ■ а.

Определение 4 ([5]). Пусть х(Ь) - неотрицательная функция, определенная на (0,а), 0 < а ^ +то. Функцией распределения для функции х(Ь) называется функция

Пх(т) = тев{Ь : х(Ь) > т}.

Определение 5. Две неотрицательные функции х(Ь) и у(Ь), определенные на (0, а), 0 < а ^ +то, называются равноизмеримыми, если выполняется равенство ( [5])

Пх(т) = Щ(т), т > 0.

Определение 6. Пусть x(t) - неотрицательная функция, определенная на (0,а), 0 < а ^ Перестановкой функции x(t) называется функция x*(t), рав-

ноизмеримая с функцией x(t), убывающая на (0,а) и непрерывная слева.

Предложение 4 ([5]). Справедливо равенство

x*(t) = inf{т : Пх(т) <t}.

Определение 7. Функциональное банахово пространство E измеримых, в смысле Лебега, функций, определенных на (0, а), где 0 < а ^ называется симметричным или перестановочно-инвариантным, в другой терминологии ( [3], [5], [6]), если:

1) из того, что y(t) £ E и выполняется неравенство |x(t)| ^ |y(t)| почти всюду на (0,а), вытекает, что x(t) £ E и ||x||E ^ \\у\\е;

2) из того, что y(t) £ E и |y(t)| равноизмерима с |x(t)| следует, что x(t) £ E и ||х||е = ||у\|е .

Предложение 5 ([2], [3], [5]). Оператор растяжения аТ ограниченно действует в каждом симметричном пространстве E.

Определение 8. Пусть E - симметричное пространство и ||аТ||е - норма оператора растяжения, действующего в E. Тогда ||аТ ||е является полумультипликативной функцией аргумента т ( [5], [6]).

Через O.E и ßE обозначаются нижний и верхний индексы (показатели) Бойда ( [5], [6]), определяемые равенствами

v ln ||о>||е п -,. ln ||а>||е

aE = lim —--; ßE = lim —--.

тln т т^те ln т

Предложение 6. Справедливо неравенство 0 ^ aE ^ ßE ^ 1.

Предложение 7 ([5]). Оператор растяжения о> коммутирует с операцией * - знак перестановки функции x(t) ^ 0, то есть

Kx(i))* =

Лемма 1 (Е.М. Семенова, см. [5], стр. 136). Пусть -0(t) - непрерывная возрастающая функция. Тогда для любой функции x £ E, где E - симметричное пространство измеримых, в смысле Лебега, функций, определенных на (0, справедливо неравенство

оо

|| У атХ*(£)#(т)||е < J ||^тx(t)|E#(т).

oo

2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Теорема 1. Пусть симметрическое пространство Е и положительная возрастающая функция р(Ь) удовлетворяют условию

вв < ^ — вр. (4)

Тогда оператор Н5 ограниченно действует из ЕМр в Ер.

Доказательство. Получаем, делая замену переменной 5 = Ь ■ т и пользуясь неравенством ^(¿) ^ где - функция растяжения для

г

р(Ь)(Н,х)(Ь) = )/ Ф)^) = 0

1 1

= 5! /х(ь ■т ■т) ^ Мь) /х(ь ■т )Ф^(т). 00

Учитывая полумультипликативность функции (см. [5]), получаем

1 1

р(Ь)(Н^ж)(Ь) ^У ■ т)^р(Ь ■ т)^р(-^ф^т) = J а! [ж(Ь)^р(Ь)]^р( -^ф^т).

00 Используя лемму Е.М. Семенова (см. [5], лемма 4.7) получаем

НрМН^Х^Нв ^ } ||а! [ж(фр(Ь)]||вМ 1 )Ф^(т) ^

о т

1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ / ||а! ¡вМ1 (т)||х(Ь)МЬ)||В.

о т

(5)

(7)

Из свойства полумультипликативных функций (см. [5], стр. 75-76) и условия в в < — вр вытекает конечность интеграла

1

У ||а 1 ||вМ т^Ф^т) < то. (8)

0

Следствие 1. Пусть р(Ь) и - полумультипликативны. Тогда, если выполняется соотношение вв < — вр, то оператор Н5 ограниченно действует из Ер

в Ер.

Доказательство. В силу полумультипликативности функций р(£) и условие (8) запишется в виде

1

_-1

а 1 ||ЕР(г )^(т) < то.

Т

Следствие 2. Пусть в следствии 1 ~ ¿. Тогда, если выполняется усло-

вие(см. [5], стр.194)

J 11|Ер(т-1)^г < то, (10)

0

то оператор Харди-Литтльвуда ограниченно действует из Ер в Ерп и из Ер в Ер, если Е - максимально.

Рассмотрим дальнейшее обобщение оператора Харди-Литтльвуда (см. [9]). Оператор

г

(Я/ *)(*) = (11)

0

называется оператором типа Харди, где и ^(¿) - положительные на (0, +то) функции.

Теорема 2. Пусть Е((0, +то); - симметричное пространство и выполнено соотношение

1

У ||а 1 ||е()^т < то. (12)

0

Тогда оператор Я^ ограниченно действует из Ем , в Е1.

V

Доказательство. Получаем

г

1 (Я/ж)(г) = ^ [ ф^в)^. (13)

0

Делая замену переменной в = £ • т и пользуясь неравенством

^ * ) (14)

«Таврический вестник информатики и математики», № 3 (44)' 2019

1

и пользуясь свойством полумультипликативности функции ^ (т), получаем

1

1С 1

— (Я/ж)(*) ^ / ах [ж(фф(¿Ж(-)^(т)^г. (15)

о

Беря норму в Е от обеих частей неравенства (15), получаем, пользуясь леммой Е. М. Семенова [5],

||^(я/*)(*)11е ^

1

^ / ||а 1 [х(Фф (*)]|Е ^ф (1 И(т ^ (16)

1

1|а 1 ЦвРф(1 )Мт)йт ■ ||ж(*)^ф(¿)||е. о т

Теорема доказана. □

Следствие 3. Пусть Е((0, +то); - симметричное пространство, и ^(¿) -неотрицательные функции на (0, +то). Тогда, если выполняется соотношение

вв < - вф + 1 (17)

то оператор Я^ ограниченно действует из Е^ в Е1.

Доказательство следует из условия (12) теоремы 2, свойств полумультипликативных функций и индексов Бойда.

Следствие 4. Пусть в условии Теоремы 2, ^(¿) - полумультипликативная функция, - полумультипликативная функция, тогда достаточное условие может, быть записано в виде

1

У ||а 1 ||Е-0(т-1)^(т)^т < то. (18)

0

Пусть выполнено соотношение

1

У ||а 1 (^^(т^т < то. (19)

о

Рассмотрим Я^ф в пространстве с весом 7. Получаем

7(*)(Я/я)(*) = 7(*М*) / ФМ^ ^

о

1

^ / а 1 [х(Ф7Ф (1 ^(т

(20)

Далее имеем

||7(t)(V*)(t)l|E ^ 1 (21) ^ / ||а 1 Ь^( 1 W(r)dT ■ ^(t)x(t)|E. 0 т

То есть справедлива Теорема 3. Если выполнено соотношение (19), то оператор

Н^ : ^ e7 .

Заключение

В данной статье получены достаточные условия непрерывности операторов Харди-Литтльвуда, обобщенного оператора Харди-Литтльвуда и оператора типа Харди в симметричных пространствах и симметричных пространствах с весом.

Полученные результаты можно перенести на случай более общих идеальных структур, в которых действует оператор растяжения.

Описок литературы

1. Харди, Г. Г. Неравенства. / Г. Г. Харди, Д. У. Литтльвуд, Г. Полиа. -М.: ИЛ, 1948. HARDY, G. H., LITTLEWOOD J. E., POLYA G. (1948) Inequalities. Moscow.

2. SHIMOGAKI, T. Hardy-Littlewood majorants in function spaces // J. Math. Soc. Japan - 1965. - 17. - № 4. - P. 365-375.

3. Семенов, Е. М. Теоремы вложения для банаховых пространств измеримых функций // Доклады АН СССР - 1964. - 156. - № 6. - С. 1292-1295.

SEMENOV, E. M. (1964) Embedding theorems for Banach spaces of measurable functions. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 156 (6). p. 1292-1295.

4. Павлов, Е. А. Некоторые свойства оператора Харди-Литтльвуда // Математические заметки - 1979. - 26. - № 6. - С. 909-912.

PAVLOV, E. A. (1979) Some properties of the operator Hardy-Littlewood. Mathematical Notes. 26 (6). p. 909-912.

5. Крейн, С. Г. Интерполяция линейных операторов. /С. Г. Крейн, Ю. И. Петунин, Е. М. Семенов. -М.: Наука, 1978.

S. G. KREIN, YU. I. PETUNIN & E. M. SEMENOV. (1978) Interpolation of linear operators. Moscow: Nauka.

6. PAVLOV, Е. А. On the Calderon type operator // Anal. Math - 1978. - 4. - № 2. -С. 117-124.

7. Павлов, Е. А. О некоторых обобщениях неравенства Харди-Литтльвуда / Е. А. Павлов, А. И. Фурменко // Вестник Воронежского госуниверситета. Серия: Физика. Математика - 2018. - № 1. - С. 128-134.

PAVLOV, E. A. & FURMENKO, A. I. (2018) On some generalizations of Hardy-Littlewood inequality. Vestnik Voronezhskogo gosuniversiteta. No. 1. p. 128-134.

8. MUCHENHOUPT, B. Weighted norm inequalities for the Hardy maximal function // Trans of American Math. Soc. - 1972. - 165. - P. 207-226.

9. Прохоров, Д. В. Интергальные операторы Харди-Стеклова. /Д. В. Прохоров, В. Д. Степанов, Е. П. Ушаковa // Современные проблемы математики. МИАН -2016. - 22. - С. 3-185.

PROKHOROVD. V., STEPANOV V. D., USHAKOVA E. P. (2016) Hardy-Steklov Integral Operators. Bulletin of the Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Science, Moscow. 22. p. 3-185.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.