Hardy uzayı - Hardy space

İçinde karmaşık analiz, Hardy uzayları (veya Hardy sınıfları) Hp kesin boşluklar nın-nin holomorf fonksiyonlar üzerinde birim disk veya üst yarı düzlem. Tarafından tanıtıldı Frigyes Riesz (Riesz 1923 ), onlara adını veren G. H. Hardy, kağıt yüzünden (Hardy 1915 ). İçinde gerçek analiz Hardy uzayları belirli boşluklar dağıtımlar gerçek çizgi üzerinde, bunlar (dağılımlar anlamında) holomorf fonksiyonlarının sınır değerleri karmaşık Hardy uzayları ve Lp boşluklar nın-nin fonksiyonel Analiz. 1 ≤ içinp ≤ ∞ bu gerçek Hardy uzayları Hp kesin alt kümeler nın-nin Lpiken p <1 Lp boşluklar bazı istenmeyen özelliklere sahiptir ve Hardy uzayları çok daha iyi davranır.

Ayrıca, belirli holomorf fonksiyonlardan oluşan yüksek boyutlu genellemeler de vardır. tüp alanları karmaşık durumda veya belirli dağılım alanları Rn gerçek durumda.

Hardy uzaylarının bir takım uygulamaları vardır. matematiksel analiz hem kendisi hem de kontrol teorisi (gibi H yöntemler ) ve saçılma teorisi.

Birim disk için Hardy uzayları

Boşluklar için holomorf fonksiyonlar açıkta birim disk Hardy uzayı H2 fonksiyonlardan oluşur f kimin ortalama kare değer yarıçap çemberinde r olarak sınırlı kalır r → 1 aşağıdan.

Daha genel olarak Hardy uzayı Hp 0 için < p <∞, holomorfik fonksiyonların sınıfıdır f açık birim diskinde tatmin edici

Bu sınıf Hp bir vektör uzayıdır. Yukarıdaki eşitsizliğin sol tarafındaki sayı Hardy uzayıdır p-norm için file gösterilir Bu bir normdur p ≥ 1, ancak 0 p < 1.

Boşluk H norm ile disk üzerindeki sınırlı holomorfik fonksiyonların vektör uzayı olarak tanımlanır

0

Hq bir alt küme nın-nin Hp, ve Hp-norm ile artıyor p (bir sonucudur Hölder eşitsizliği bu Lp-norm için artıyor olasılık ölçüleri yani ölçümler toplam kütle 1).

Birim çember üzerindeki Hardy uzayları

Önceki bölümde tanımlanan Hardy uzayları, kompleksin belirli kapalı vektör alt uzayları olarak da görülebilir. Lp boşluklar birim çember üzerinde. Bu bağlantı aşağıdaki teorem ile sağlanır (Katznelson 1976, Thm 3.8): Verilen fHp, ile p ≥ 0,[açıklama gerekli ] radyal sınır

neredeyse her θ için mevcuttur. İşlev ait Lp birim çember için alan,[açıklama gerekli ] ve bir tane var

Birim çemberi şu şekilde ifade etmek: Tve tarafından Hp(T) vektör alt uzayı Lp(T) tüm limit fonksiyonlarından oluşur , ne zaman f değişir Hp, o zaman buna sahip p ≥ 1,(Katznelson 1976 )

nerede ĝ(n) Fourier katsayıları bir fonksiyonun g birim çember üzerine entegre edilebilir,

Boşluk Hp(T) kapalı bir alt uzaydır Lp(T). Dan beri Lp(T) bir Banach alanı (1 ≤ için p ≤ ∞), yani Hp(T).

Yukarıdakiler tersine çevrilebilir. Bir işlev verildiğinde Lp(T), ile p ≥ 1, biri geri kazanılabilir (harmonik ) işlevi f aracılığıyla ünite diskinde Poisson çekirdeği Pr:

ve f ait olmak Hp tam olarak ne zaman içinde Hp(T). Varsayalım ki içinde Hp(T), yani o Fourier katsayılarına sahiptir (an)nZ ile an = Her biri için 0 n <0, sonra eleman f Hardy uzayının Hp ilişkili holomorfik işlevdir

Uygulamalarda, negatif Fourier katsayılarının kaybolduğu bu fonksiyonlar genellikle şu şekilde yorumlanır: nedensel çözümler.[açıklama gerekli ] Böylece uzay H2 içeride doğal olarak oturduğu görülüyor L2 boşluk ve temsil edilir sonsuz diziler tarafından dizine eklendi N; buna karşılık L2 içerir çift ​​sonsuz diziler tarafından dizine eklendi Z.

Çember üzerindeki gerçek Hardy uzaylarıyla bağlantı

1 ≤ olduğunda p <∞, gerçek Hardy uzayları Hp daha aşağıda tartışıldı[açıklama gerekli ] Bu makalede, mevcut bağlamda anlatılması kolaydır. Gerçek bir işlev f birim çember üzerinde gerçek Hardy uzayına aittir Hp(T) bir fonksiyonun gerçek parçasıysa Hp(T) ve karmaşık bir işlev f gerçek Hardy uzayına ait iff Re (f) ve ben(f) uzaya aittir (aşağıdaki gerçek Hardy uzaylarıyla ilgili bölüme bakın). Böylece 1 ≤ p <∞, gerçek Hardy uzayı Hardy uzayını içerir, ancak çok daha büyüktür, çünkü fonksiyonun gerçek ve sanal kısımları arasında hiçbir ilişki empoze edilmemiştir.

0 için < p <1, Fourier katsayıları, Poisson integrali, eşlenik fonksiyon gibi araçlar artık geçerli değildir. Örneğin, işlevi düşünün

Sonra F içinde Hp her 0 p <1 ve radyal sınır

a.e. için var θ ve içinde Hp(T), ancak Re (f) neredeyse her yerde 0'dır, bu nedenle artık kurtarmak mümkün değildir F Re'den (f). Bu örneğin bir sonucu olarak, 0 < p <1, kişi gerçek olanı karakterize edemezHp(T) (aşağıda tanımlanmıştır) yukarıda verilen basit şekilde,[açıklama gerekli ] ancak aşağıda bir yerde daha ayrıntılı olarak verilen maksimal fonksiyonları kullanan gerçek tanımı kullanmalıdır.

Aynı işlev için F, İzin Vermek fr(e) = F(yeniden). Sınır ne zaman r → 1 / Re (fr), anlamında dağıtımlar çember üzerinde, sıfır olmayan bir katıdır Dirac dağılımı -de z = 1. Birim çemberin bir noktasındaki Dirac dağılımı real-Hp(T) her biri için p <1 (aşağıya bakın).

İç ve dış işlevlere ayrıştırma (Beurling)

0 için <p ≤ ∞, sıfır olmayan her fonksiyon f içinde Hp ürün olarak yazılabilir f = Gh nerede G bir dış işlev ve h bir iç işlev, aşağıda açıklandığı gibi (Rudin 1987, Thm 17.17). Bu "Beurling çarpanlara ayırma "Hardy uzayının tamamen iç ve dış işlevlerin uzaylarıyla karakterize edilmesini sağlar.[1][2]

Biri diyor ki G(z)[açıklama gerekli ] bir dış (dış) işlev eğer formu alırsa

bazı karmaşık sayılar için c ile |c| = 1 ve bazı pozitif ölçülebilir fonksiyonlar birim çemberde öyle ki çember üzerinde integrallenebilir. Özellikle ne zaman çembere entegre edilebilir, G içinde H1 çünkü yukarıdakiler şeklini alır Poisson çekirdeği (Rudin 1987, Thm 17.16). Bu şu anlama gelir

neredeyse her θ için.

Biri diyor ki h bir iç (iç) işlev eğer ve sadece eğer |h| Birim diskinde ≤ 1 ve limit

için var Neredeyse hepsi θ ve onun modül 1 a.e.'ye eşittir Özellikle, h içinde H.[açıklama gerekli ] İç işlev, bir Blaschke ürünü.

İşlev f, olarak ayrıştırılmış f = Gh,[açıklama gerekli ] içinde Hp eğer ve ancak φ aitse Lp(T), burada φ dış fonksiyonun temsilinde pozitif fonksiyondur G.

İzin Vermek G yukarıdaki gibi çember üzerindeki fonksiyonundan temsil edilen bir dış fonksiyon olabilir. Φ, φ ile değiştiriliyorα, α> 0, bir aile (Gα) aşağıdaki özelliklerle elde edilir:

G1 = G, Gα + β = Gα Gβ ve |Gα| = |G|α çemberin neredeyse her yerinde.

Bunu her 0 < p, q, r <∞ ve 1 /r = 1/p + 1/qher işlev f içinde Hr bir fonksiyonun ürünü olarak ifade edilebilir Hp ve bir işlev Hq. Örneğin: içindeki her işlev H1 iki fonksiyonun ürünüdür H2; her işlev Hp, p <1, bazılarında birkaç fonksiyonun ürünü olarak ifade edilebilir Hq, q > 1.

Birim çember üzerinde gerçek değişken teknikler

Gerçek değişken teknikler, esas olarak gerçek Hardy uzayları üzerinde tanımlanmış Rn (aşağıya bakın), çemberin daha basit çerçevesinde de kullanılır. Bu "gerçek" uzaylarda karmaşık işlevlere (veya dağılımlara) izin vermek yaygın bir uygulamadır. Aşağıdaki tanım, gerçek veya karmaşık durum arasında ayrım yapmaz.

İzin Vermek Pr Poisson çekirdeğini birim çember üzerinde gösterir T. Dağıtım için f birim çember üzerinde

nerede star dağılım arasındaki evrişimi gösterir f ve e işleviPr(θ) daire üzerinde. Yani, (fPr) (e) eyleminin sonucudur f üzerinde C- birim çember üzerinde tanımlanan fonksiyon

0 için < p <∞, gerçek Hardy uzayı Hp(T) dağıtımlardan oluşur f öyle ki M f içinde Lp(T).

İşlev F birim diskinde tanımlı F(yeniden) = (fPr) (e) harmoniktir ve M f ... radyal maksimal fonksiyon nın-nin F. Ne zaman M f ait olmak Lp(T) ve p ≥ 1, dağılım f  "dır-dir"bir işlev Lp(T), yani sınır değeri F. İçin p ≥ 1, gerçek Hardy uzayı Hp(T) bir alt kümesidir Lp(T).

Eşlenik işlevi

Her gerçek trigonometrik polinom için sen birim çemberde, biri gerçek eşlenik polinom v öyle ki sen + iv birim diskte holomorfik bir fonksiyona uzanır,

Bu haritalama senv sınırlı bir doğrusal operatöre uzanır H açık Lp(T), 1 < p <∞ (skaler bir çarpana kadar, Hilbert dönüşümü birim çemberde) ve H ayrıca haritalar L1(T) için güçsüz-L1(T). 1 ≤ olduğunda p <∞, aşağıdakiler bir için eşdeğerdir gerçek değerli entegre edilebilir işlev f birim çemberde:

  • işlev f bazı işlevlerin gerçek kısmı gHp(T)
  • işlev f ve eşleniği H (f) ait olmak Lp(T)
  • radyal maksimal fonksiyon M f ait olmak Lp(T).

1 < p < ∞, H (f) ait olmak Lp(T) ne zaman fLp(T), dolayısıyla gerçek Hardy alanı Hp(T) ile çakışır Lp(T) bu durumda. İçin p = 1, gerçek Hardy uzayı H1(T) uygun bir alt uzaydır L1(T).

Halinde p = ∞, gerçek Hardy uzaylarının tanımından çıkarıldı çünkü maksimal fonksiyon M f bir L işlev her zaman sınırlıdır ve gerçek-H Eşit olmak L. Ancak, gerçek değerli bir fonksiyon için aşağıdaki iki özellik eşdeğerdir f

  • işlev f bazı işlevlerin gerçek kısmı gH(T)
  • işlev f ve eşleniği H (f) ait olmak L(T).

0 için Real Hardy uzayları < p < 1

0 < p <1, bir işlev F içinde Hp sınır sınırının gerçek kısmından yeniden inşa edilemez işlevi çemberde, dışbükeylik eksikliği nedeniyle Lp bu durumda. Dışbükeylik başarısız olur ama bir tür "karmaşık dışbükeylik"kalır, yani z → |z|q dır-dir harmonik altı her biri için q > 0. Sonuç olarak, eğer

içinde Hpgösterilebilir ki cn = O (n1/p–1). Fourier serisinin

dağılımlar anlamında bir dağıtıma yakınsar f birim çember üzerinde ve F(yeniden) =(f ∗ Pr) (θ). İşlev FHp Re gerçek dağıtımdan yeniden yapılandırılabilir (f) çember üzerinde, çünkü Taylor katsayıları cn nın-nin F Re'nin Fourier katsayılarından hesaplanabilir (f).

Çember üzerindeki dağılımlar Hardy uzaylarını ele almak için yeterince geneldir. p <1. İşlev olmayan dağılımlar meydana gelir[nerede? ]işlevlerde görüldüğü gibi F(z) = (1−z)N (için |z| <1), ait Hp 0 < N p <1 (ve N bir tamsayı ≥ 1).

Çember üzerinde gerçek bir dağılım, gerçekHp(T) eğer bazılarının gerçek kısmının sınır değeri ise FHp. Bir Dirac dağılımı δx, Herhangi bir noktada x birim çemberin, gerçekHp(T) her biri için p <1; türevler δ ′x ne zaman ait p <1/2, ikinci türevler δ ′ ′x ne zaman p <1/3 vb.

Üst yarı düzlem için Hardy uzayları

Hardy uzaylarını disk dışındaki diğer alanlarda tanımlamak mümkündür ve birçok uygulamada karmaşık bir yarı düzlemde (genellikle sağ yarı düzlem veya üst yarı düzlemde) Hardy uzayları kullanılır.

Hardy uzayı Hp(H) üzerinde üst yarı düzlem H holomorf fonksiyonların alanı olarak tanımlanır f açık H sınırlı (yarı) norm ile, norm tarafından verilir

Karşılık gelen H(H) tarafından verilen norm ile sınırlı normun işlevleri olarak tanımlanır

rağmen birim disk D ve üst yarı düzlem H ile birbirleriyle eşleştirilebilir Möbius dönüşümleri, birbirlerinin yerine geçemezler[açıklama gerekli ] Hardy uzayları için etki alanları olarak. Bu farklılığa katkıda bulunan, birim çemberin sonlu (tek boyutlu) olmasıdır. Lebesgue ölçümü gerçek çizgi yokken. Ancak H2, aşağıdaki teoremi vardır: eğer m : DH Möbius dönüşümünü belirtir

Daha sonra doğrusal operatör M : H2(H) → H2(D) tarafından tanımlanan

bir eş ölçülü izomorfizm Hilbert uzayları.

Real Hardy uzayları Rn

Gerçek vektör uzayının analizinde RnHardy uzayı[açıklama gerekli ] Hp (0 p ≤ ∞) şunlardan oluşur: tavlanmış dağılımlar[açıklama gerekli ] f öyle ki bazıları için Schwartz işlevi Φ ∫Φ = 1 ile, maksimal fonksiyon

içinde Lp(Rn),[açıklama gerekli ] ∗ evrişim nerede ve Φt(x) = t −nΦ (x / t). Hp-Quasinorm ||f ||Hp bir dağıtımın f nın-nin Hp olarak tanımlanır Lp normu MΦf (bu, Φ seçimine bağlıdır, ancak Schwartz fonksiyonlarının Φ farklı seçimleri eşdeğer normlar verir). Hp-quasinorm bir normdur p ≥ 1, ama ne zaman değil p < 1.

1 < p <∞, Hardy uzayı Hp ile aynı vektör uzayı Lpeşdeğer norm ile. Ne zaman p = 1, Hardy uzayı H1 uygun bir alt uzaydır L1. Sıralar şu şekilde bulunabilir: H1 sınırlanmış L1 ama sınırsız H1örneğin, hatta

L1 ve H1 normlar eşdeğer değildir H1, ve H1 kapalı değil L1. İkili H1 uzay mı BMO fonksiyonlarının sınırlı ortalama salınım. Boşluk BMO sınırsız işlevler içerir (bir kez daha H1 kapalı değil L1).

Eğer p <1 sonra Hardy uzayı Hp işlev olmayan öğelere sahiptir ve ikili[açıklama gerekli ] homojen Lipschitz düzen uzayıdır n(1/p - 1). Ne zaman p <1, Hp-quasinorm, alt eklemeli olmadığı için bir norm değildir. pinci güç ||f ||Hpp için alt eklemelidir p <1 ve böylece Hardy uzayında bir metrik tanımlar Hp, topolojiyi tanımlayan ve Hp tam bir metrik uzaya.

Atomik ayrışma

0 < p ≤ 1, sınırlı ölçülebilir bir fonksiyon f kompakt desteğin Hardy uzayındadır Hp ancak ve ancak tüm anları

kimin emri ben1+ ... +benn en fazla n(1/p - 1) kaybolur. Örneğin, integrali f yok olması için fHp, 0 < p ≤ 1 ve sürece p > n / (n+1) bu da yeterlidir.

Ek olarak f bazı toplarda destek var B ve | ile sınırlanmıştırB|−1/p sonra f denir Hp-atom (burada |B| Öklid hacmini gösterir B içinde Rn). Hpkeyfi bir kuasinorm Hp-atom yalnızca şuna bağlı olarak bir sabitle sınırlanır p ve Schwartz işlevi Φ.

0 < p ≤ 1, herhangi bir öğe f nın-nin Hp var atomik ayrışma yakınsak sonsuz kombinasyonu olarak Hp-atomlar,

nerede aj vardır Hp-atomlar ve cj skalerdir.

Örneğin, Dirac dağılımlarının farkı f = δ1−δ0 bir dizi olarak temsil edilebilir Haar fonksiyonları yakınsak Hp-quasinorm 1/2 < p <1 (daire üzerinde ilgili gösterim 0 için geçerlidir < p <1, ancak satırda, Haar fonksiyonları ait değil Hp ne zaman p ≤ 1/2 çünkü maksimal fonksiyonları sonsuzda eşdeğerdir a x−2 bazı a ≠ 0).

Martingale Hp

İzin Vermek (Mn)n≥0 olmak Martingale bazı olasılık uzaylarında (Ω, Σ,P), artan σ alanları dizisine göre (Σn)n≥0. Basit olması için Σ'nin dizi tarafından üretilen σ alanına eşit olduğunu varsayalım (Σn)n≥0. maksimal fonksiyon martingale

1 ≤ olsun p <∞. Martingale (Mn)n≥0 ait olmak Martingale-Hp ne zaman M *Lp.

Eğer M *Lp, martingale (Mn)n≥0 sınırlanmış Lp; bu nedenle neredeyse kesin olarak bazı işlevlere yakınlaşır f tarafından martingale yakınsama teoremi. Dahası, Mn yakınsamak f içinde Lp-norm tarafından hakim yakınsama teoremi; dolayısıyla Mn koşullu beklenti olarak ifade edilebilir f üzerinde Σn. Böylece martingale'yi tanımlamak mümkündür.Hp alt uzayıyla Lp(Ω, Σ,P) bunlardan oluşan f öyle ki martingale

martingale ait-Hp.

Doob'un maksimal eşitsizliği ima eder ki martingale-Hp ile çakışır Lp(Ω, Σ,P) 1 < p <∞. İlginç alan martingale.H1, ikilisi martingale-BMO (Garsia 1973 ).

Burkholder-Gundy eşitsizlikleri (ne zaman p > 1) ve Burgess Davis eşitsizliği (ne zaman p = 1) ilişkilendirmek Lpmaksimal fonksiyonun formu kare işlevi Martingale'nin

MartingaleHp diyerek tanımlanabilir S(f)∈ Lp (Garsia 1973 ).

Sürekli zaman parametresine sahip martingalar da düşünülebilir. Klasik teori ile doğrudan bir bağlantı, kompleks aracılığıyla elde edilir Brown hareketi (Bt) karmaşık düzlemde, noktadan başlayarak z = 0 aynı anda t = 0. τ birim çemberin vuruş zamanını göstersin. Her holomorfik işlev için F birim diskte,

martingale ait bir martingalHp iff F ∈ Hp (Burkholder, Gundy ve Silverstein 1971 ).

Örnek: dyadic martingale-H1

Bu örnekte, Ω = [0, 1] ve Σn [0, 1] 'in 2'ye ikili bölünmesi ile üretilen sonlu alandırn uzunluk aralıkları 2nher biri için n ≥ 0. Bir işlev f [0, 1] üzerindeki genişlemesi ile temsil edilir. Haar sistemi (hk)

sonra martingale-H1 normu f ile tanımlanabilir L1 kare fonksiyonunun normu

Bu boşluk bazen şu şekilde gösterilir: H1(δ), klasik gerçekle izomorftur H1 daire üzerindeki boşluk (Müller 2005 ). Haar sistemi bir koşulsuz temel için H1(δ).

Notlar

  1. ^ Beurling, Arne (1948). "Hilbert uzayındaki doğrusal dönüşümlerle ilgili iki problem üzerine". Acta Mathematica. 81: 239–255. doi:10.1007 / BF02395019.
  2. ^ Voichick, Michael; Zalcman, Lawrence (1965). "Riemann yüzeylerinde iç ve dış fonksiyonlar". American Mathematical Society'nin Bildirileri. 16 (6): 1200–1204. doi:10.1090 / S0002-9939-1965-0183883-1.

Referanslar