• Tidak ada hasil yang ditemukan

Об интегрируемости с весом двойных тригонометрических рядов с коэффициентами из класса R+0 BV S2

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Membagikan "Об интегрируемости с весом двойных тригонометрических рядов с коэффициентами из класса R+0 BV S2"

Copied!
9
0
0

Teks penuh

(1)

Ж.Б. Муканов

Об интегрируемости с весом двойных тригонометрических рядов с коэффициентами из класса R+0BV S2

(Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан )

В работе рассмотрена следующая задача: найти необходимые и достаточные условия интегрируемости в p-той степени сумм двойных тригонометрических рядов с коэффициентами из класса R+0BV S2 с некоторым весом γ. В качестве решения наложены условия на коэффициенты n}, которые в зависимости от γ, являются достаточными или необходимыми.

В работе изучаются вопросы интегрируемости с весом рядов g(x, y) =

X

j=1

X

k=1

λjksinjxsinky (1)

и

f(x, y) =

X

j=1

X

k=1

λjkcosjxcosky (2)

Запишем следующее определение (см.[1]). Нуль-последовательность положительных чисел c := {cn} принадлежит классу R+0BV S, если неравенство P

n=m|cn−cn+1| ≤ K · cm справедливо для всех натуральных m. Класс таких последовательностей был введен Л.Лейндлером в [1].

Через g(x) и f(x) обозначим суммы рядов

P

n=1

λnsinnx и

P

n=1

λncosnx соответственно.

В работе [2] Тихонова рассмотрена следующая задача: найти необходимые и достаточные условия интегрируемости в p-той степени сумм синус- и косинус-рядов с весом γ. В качестве решения наложены условия на коэффициенты {λn}, которые, в зависимости от γ, являются достаточными или необходимыми. Эти результаты сформулируем в следующих двух теоремах.

Теорема A. Пусть {λn} ∈R+0BV S и 1≤p <∞.

1) Если последовательность {γn} удовлетворяет условию: существует ε1>0 такое, что последовательность {γnn−p−1+ε1} является почти убывающей, то условие

X

n=1

γnnp−2λpn<∞ (3)

достаточно для выполнения условия

γ(x)|g(x)|p ∈L(0, π). (4)

2) Если последовательность {γn} удовлетворяет условию: существует ε2>0 такое, что последовательность {γnnp−1−ε2} является почти возрастающей, то условие (3) необходимо для выполнения условия (4).

Теорема Б.Пусть {λn} ∈R+0BV S и 1≤p <∞.

1) Если последовательность {γn} удовлетворяет условию: существует ε3>0 такое, что последовательность {γnn−1+ε3} является почти убывающей, то условие

X

n=1

γnnp−2λpn<∞ (5)

достаточно для выполнения условия

γ(x)|f(x)|p∈L(0, π). (6)

(2)

2) Если последовательность {γn} удовлетворяет условию: существует ε4 >0 такое, что последовательность {γnnp−1−ε4} является почти возрастающей, то условие (5) необходимо для выполнения условия (6).

Функция γ(x) определяется по последовательности {γn} следующим образом: γ(π/n) :=

γn, n∈N, и существуют положительные константы A и B такие, что Aγn≤γ(x)≤Bγn+1

для x ∈ (π/(n+ 1), π/n). Последовательность положительных чисел γ := {γn} называется почти возрастающей (почти убывающей), если неравенство Cγn ≥ γmn ≤ Cγm) справедливо для всех натуральных n≥m.

Здесь и в дальнейшем через C будем обозначать положительные постоянные, вообще говоря, разные в различных формулах.

Нашей целью является распространение этих результатов на случай двойных рядов вида (1) и (2). Для начала введем необходимые определения.

Определение 1. Говорят, что последовательность положительных чисел a := {ajk}, удовлетворяющая условию ajk → 0 при j +k → ∞ принадлежит классу R+0BV S2, если выполняются неравенства

X

j=m

X

k=n

|∆11ajk| ≤Camn приm, n∈N

и

X

j=m

|∆10ajk| ≤Camk при каждом фиксированном k,

X

k=n

|∆01ajk| ≤Cajn при каждом фиксированномj, где

11ajk =ajk−aj+1,k−aj,k+1+aj+1,k+1,

10ajk =ajk−aj+1,k,

01ajk =ajk −aj,k+1.

Определение 2. Говорят, что последовательность положительных чисел γ := {γmn} почти возрастает (почти убывает), если для некоторой константы C и для всех натуральных m2≥m1, n2≥n1 выполнено неравенство

m2n2 ≥γm1n1m2n2 ≤Cγm1n1).

Определим функцию γ(x, y) по последовательности {γmn} следующим образом:

γπ m,π

n

mn ∀m, n∈N,

и существуют положительные константы A и B такие, что имеют место неравенства:

mn≤γ(x, y)≤Bγm+1,n+1 ∀x∈ π

m+ 1, π m

, y∈

π n+ 1,π

n

Нами доказаны следующие теоремы.

Теорема 1. Пусть g(x, y) - сумма ряда (1), {λjk} ∈ R+0BV S2, 1 ≤ p < ∞, и последовательность положительных чисел {γjk} удовлетворяет условию: существуют некоторые ε1, ε2 > 0 такие, что последовательность {γjk · j−1+ε1} почти убывает при каждом фиксированном k, и последовательность {γjk ·k−1+ε2} почти убывает при каждом фиксированном j. Тогда из условия

X

j=1

X

k=1

γjk(jk)p−2·λpjk <∞ (7)

(3)

следует, что

γ(x, y)|g(x, y)|p ∈L(0, π)2 (8)

Теорема 2. Если последовательность γmn удовлетворяет условию: существуют ε3, ε4 >

0 такие, что последовательности {γmn mp−1−ε3} является почти возрастающей при фиксированном n, и последовательность {γmn np−1−ε4} является почти возрастающей при фиксированном m. То условие (7) необходимо для выполнения условия (8).

Теорема 3. Пусть f(x, y) - сумма ряда (2), {λjk} ∈ R+0BV S2, 1 ≤ p < ∞, и последовательность положительных чисел {γjk} удовлетворяет условию: существуют некоторые ε5, ε6 > 0 такие, что последовательность {γjk · j−1+ε5} почти убывает при каждом фиксированном k, и последовательность {γjk ·k−1+ε6} почти убывает при каждом фиксированном j. Тогда из условия

X

j=1

X

k=1

γjk(jk)p−2·λpjk <∞ (9) следует, что

γ(x, y)|f(x, y)|p ∈L(0, π)2 (10) Теорема 4. Если последовательность γmn удовлетворяет условию: существуют ε7, ε8 >

0 такие, что последовательности {γmn mp−1−ε7} является почти возрастающей при фиксированном n, и последовательность {γmn np−1−ε8} является почти возрастающей при фиксированном m. То условие (9) необходимо для выполнения условия (10).

Для доказательства этих теорем нам понадобятся следующие три леммы.

Лемма А.[3] Пусть {an≥0}, {λn≥0}, p≥1. Тогда верны следующие неравенства

X

n=1

λn n

X

ν=1

aν

!p

≤pp

X

n=1

λ1−pn apn

X

ν=n

λν

!p

(11)

X

n=1

λn

X

ν=n

aν

!p

≤pp

X

n=1

λ1−pn apn

n

X

ν=1

λν

!p

. (12)

Эти неравенства называются неравенствами типа Харди-Литтльвуда.

Лемма 1. Пусть {λjk} ∈ R+0BV S2 и g(x, y) - сумма ряда (1). Тогда имеет место неравенство

|g(x, y)| ≤C

m

X

j=1 n

X

k=1

λjk. (13)

при x∈h

π m+1,mπ

, y∈h

π n+1,πn

.

Лемма 2. Пусть {λjk} ∈ R+0BV S2 и f(x, y) - сумма ряда (2). Тогда имеет место неравенство

|f(x, y)| ≤C

m

X

j=1 n

X

k=1

λjk. (14)

при x∈h

π m+1,mπ

, y∈h

π n+1,πn

.

Доказательство леммы 1. Пусть x ∈ h

π m+1,mπ

, y ∈ h

π n+1,πn

. Представим сумму g(x, y) следующим образом

(4)

g(x, y) =

m−1

X

j=1 n−1

X

k=1

λjksinjxsinky+

X

j=m n−1

X

k=1

λjksinjxsinky+

m−1

X

j=1

X

k=n

λjksinjxsinky+

X

j=m

X

k=n

λjksinjxsinky=:S1+S2+S3+S4.

Оценим каждое слагаемое отдельно. Для S1 ясно, что

|S1| ≤

m−1

X

j=1 n−1

X

k=1

λjk.

Для оценки S4 сначала применим к ней преобразование Абеля [4].

M

X

j=m N

X

k=n

λjksinjxsinky=

M−1

X

j=m N−1

X

k=n

Dej(x)Dek(y)∆11λjk+

+

M−1

X

j=m

Dej(x)DeN(y)∆10λjN

M−1

X

j=m

Dej(x)Den(y)∆10λjn+

+

N−1

X

k=n

DeM(x)Dek(y)∆01λM k

N−1

X

k=n

Dem(x)Dek(y)∆01λmk+

M NDeM(x)DeN(y)−λmNDem(x)DeN(y)−λM nDeM(x)Den(y) +λmnDem(x)Den(y),

где Den(x) = Pn k=1

sinkx. Известно, что Den(x)

Cx при x∈[0, π). Учитывая это, имеем

M

X

j=m N

X

k=n

λjksinjxsinky

≤ C xy

M−1

X

j=m N−1

X

k=n

|∆11λjk|+

+

M−1

X

j=m

|∆10λjN|+

M−1

X

j=m

|∆10λjn|+

N−1

X

k=n

|∆01λM k|+

N−1

X

k=n

|∆01λmk|+

M NmNM nmn)≤ C

xy (C2λmn+C2λmN +C2λmn+C2λM n+

+C2λmnM NmNM nmn) Переходя к пределу при M → ∞, N → ∞, получим

|S4| ≤ C3

xyλmn≤C4mnλmn≤C5

m

X

j=1 n

X

k=1

λjk.

Здесь мы учли, что последовательность {λjk} почти убывает. Это следует из условия принадлежности к классу R+0BV S2.

Для оценки S3 сначала заметим, что

S3

m−1

X

j=1

X

k=n

λjksinky .

(5)

Далее на основании преобразования Абеля имеем

N

X

k=n

λjksinky =

N−1

X

k=n

(∆01λjk)Dek(y) +λjNDeN(y)−λjnDen−1(y).

Следовательно, учитывая оценку |Dk(y)| ≤ Cy (k≥1,0< y < π) и условие {λjk} ∈R+0BV S2, при устремлении N → ∞ получаем

N

X

k=n

λjksinky

≤ C y

N−1

X

k=n

|∆01λjk|+λjN −λjn

!

≤ C

y (C2λjnjN) Следовательно

X

k=n

λjksinky

≤ C3

y λjn≤C4jn.

Поэтому, с учетом того, что λjn почти убывает по второму индексу, получаем S3

m−1

X

j=1

C4·nλjn≤C4 m−1

X

j=1 n

X

k=1

λjk

Доказательство почти убывания: пусть n2 > n1 λjn2 =

X

k=n2

jk −λj,k+1)≤

X

k=n2

jk−λj,k+1| ≤

X

k=n1

jk−λj,k+1| ≤Cλjn1

Аналогично оценивается

S2 ≤C

m

X

j=1 n−1

X

k=1

λjk.

Объединяя все полученные оценки для Si (i = 1,2,3,4) окончательно получим требуемое неравенство леммы.

Доказательство теоремы 1.На основании условиий теоремы на γ(x) и леммы 1 имеем

π

Z

0 π

Z

0

γ(x, y)|g(x, y)|pdxdy =

X

m=1

X

n=1

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

γ(x, y)|g(x, y)|pdxdy≤

≤C

X

m=1

X

n=1

γmn

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

|g(x, y)|pdxdy≤C2

X

m=1

X

n=1

γmn

m

X

j=0 n

X

k=0

λjk

p mπ

Z

π m+1

π

Zn

π n+1

dxdy ≤

≤C3

X

m=1

X

n=1

γmn

m

X

j=0 n

X

k=0

λjk

p

1

m2n2 =C3

X

m=1

X

n=1

γmn

m2n2

m

X

j=0 n

X

k=0

λjk

p

Далее дважды применим неравенство (11) из леммы А. Сначала применим указанное неравенство для внутреней суммы. Для этого введем обозначение Amk=

Pm j=0

λjk. Тогда

X

m=1

X

n=1

γmn

m2n2

m

X

j=0 n

X

k=0

λjk

p

=

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn

n2

n

X

k=0

Amk

!p

(6)

≤C

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn n2

1−p

Apmn

X

k=n

γmk k2

!p

=

=C

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn n2

1−p

m

X

j=0

λjn

p

X

k=n

γmk k2

!p

Учитывая, что последовательность

γmnn−1+ε2 почти убывает при каждом фиксированном m, получаем

X

k=n

γmk k2 =

X

k=n

γmkk−1+ε2 k−1+ε2 · 1

k2 ≤Cγmnn−1+ε2

X

k=n

1

k1+ε2 ≤Cγmn·n−1+ε2n−ε2 = Cγmn n .

Далее снова используем неравенство (11) из леммы А.

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn

n2 1−p

m

X

j=0

λjn

p

X

k=n

γmk

k2 p

≤C

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn

n2 1−p

m

X

j=0

λjn

p

γmnp

n2 =C

X

m=1

1 m2

X

n=1

γmn

n2−p

m

X

j=0

λjk

p

=

=C

X

n=1

1 n2−p

X

m=1

γmn m2

m

X

j=0

λjn

p

≤C2

X

n=1

1 n2−p

X

m=1

γmn m2

1−p

λpmn

X

j=m

γjn j2

p

≤C3

X

n=1

1 n2−p

X

m=1

γmn m2

1−p

λpmnγmnp mp =C3

X

n=1

X

m=1

γmn

n2−pm2−p ·λpmn = C3

X

m=1

X

n=1

γmn·(mn)p−2λpmn Следовательно, γ(x, y)|f(x, y)|p∈L(0, π)2

Доказательство теоремы 2.

Из условия (8) следует, что g(x)∈L(0, π)2. Действительно, если p∈(1,∞), то применяя неравенство Гельдера, получим

I :=

π

Z

0 π

Z

0

|g(x, y)|dxdy ≤

π

Z

0 π

Z

0

|g(x, y)|pγ(x, y)dxdy

1 p

π

Z

0 π

Z

0

(γ(x, y))p

0 pdxdy

1 p0

где p0 = p−1p .

π

Z

0 π

Z

0

(γ(x, y))p

0

pdxdy =

X

m=1

X

n=1

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

(γ(x, y))p−11 dxdy ≤

C

X

m=1

X

n=1

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

1 γmn

p−11

dxdy≤C

X

m=1

X

n=1

1 γmn

p−11

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

dxdy=

(7)

=C2

X

m=1

X

n=1

1 γmn

p−11 1

m2n2 =C2

X

m=1

X

n=1

np−1−ε4 γmnnp−1−ε4

p−11 1 m2n2

≤C3

X

m=1

X

n=1

1 γm1

p−11 n1−

ε4 p1

m2 =C3

X

m=1

X

n=1

mp−1−ε3 γm1mp−1−ε3

p−11 n−1−

ε4 p−1

m2 <

< C4

1 γ11

p−11

X

m=1

X

n=1

m−1−

ε3 p−1n−1−

ε4 p−1 ≤C.

Пусть p= 1. Тогда

π

Z

0 π

Z

0

|g(x, y)|dxdy =

X

m=1

X

n=1

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

|g(x, y)|dxdy ≤

C

X

m=1

X

n=1

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

|g(x, y)|γ(x, y)

γ(x, y) dxdy≤C

X

m=1

X

n=1

1 Aγmn

π

Zm

π m+1

π

Zn

π n+1

|g(x, y)|γ(x, y)dxdy ≤

≤ C2 γ11

X

m=1

X

n=1

π m

Z

π m+1

π n

Z

π n+1

|g(x, y)|γ(x, y)dxdy= C2 γ11

π

Z

0 π

Z

0

|g(x, y)|γ(x, y)dxdy < C3

Интегрируя g(x, y) получим

F(x, y) =

x

Z

0 y

Z

0

g(s, t)dsdt=

x

Z

0 y

Z

0

X

m=1

X

n=1

λmnsinmssinntdsdt=

X

m=1

X

n=1 x

Z

0 y

Z

0

λmnsinmssinntdsdt=

X

m=1

X

n=1

λmn x

Z

0 y

Z

0

sinmssinntdsdt

X

m=1

X

n=1

λmn

mn(1−cosmx)(1−cosny) = 4

X

m=1

X

n=1

λmn

mn sin2mx

2 sin2ny 2 Следовательно,

F(π j,π

k) = 4

X

m=1

X

n=1

λmn

mn sin2

2j sin2 nπ 2k ≥4

j

X

m=[j2]

k

X

n=[k2] λmn

mn sin2

2j sin2 nπ 2k

4

j

X

m=[j2]

k

X

n=[k2] λmn

mn m

j 2

n k

2

≥ 4C j2k2

j

X

m=[j2] mλmk

k

X

n=[k2]

n≥4Cλjk

Далее введем обозначение dµ,ν =

π µ

R

π µ+1

π µ

R

π ν+1

|g(x, y)|dxdy, µ, ν∈N Имеем

(8)

λjk ≤CF π

j,π k

≤C

π j

Z

0

π k

Z

0

g(s, t)dsdt≤C

π j

Z

0

π k

Z

0

|g(s, t)|dsdt=

C

X

µ=j

X

ν=k

π µ

Z

π µ+1

π

Zν

π ν+1

|g(s, t)|dsdt=C

X

µ=j

X

ν=k

dµ,ν

Далее воспользуемся неравенством (12) и условием теоремы.

J :=

X

j=1

X

k=1

γjk(jk)p−2λpjk ≤C

X

j=1

X

k=1

γjk(jk)p−2

X

µ=j

X

ν=k

dµν

p

=

=C

X

j=1

jp−2

X

k=1

γjk(k)p−2

X

ν=k

X

µ=j

dµν

p

≤C

X

j=1

jp−2

X

k=1

γjkkp−21−p

X

µ=j

dµk

p k

X

ν=1

γνp−2

!p

≤C2

X

j=1

jp−2

X

k=1

γjkkp−21−p

X

µ=j

dµk

p

γjkp k(p−1)p =

≤C2

X

j=1

jp−2

X

k=1

γjkk2p−2

X

µ=j

dµk

p

=C2

X

k=1

k2p−2

X

j=1

jp−2γjk

X

µ=j

dµk

p

≤C3

X

k=1

k2p−2

X

j=1

jp−2γjk1−p

dpjk

j

X

µ=1

µp−2γµk

p

≤C3

X

k=1

k2p−2

X

j=1

jp−2γjk1−p

dpjk γjkjp−1p

=

=C3

X

k=1

k2p−2

X

j=1

j2p−2γjkdpjk =C3

X

j=1

X

k=1

j2p−2k2p−2dpjkγjk

Если p∈(1,∞), то применяя неравенство Гельдера, получим

p0 = p−1p

dpjk =

π j

Z

π j+1

π

Zk

π k+1

|g(x, y)|dxdy

p

π j

Z

π j+1

π

Zk

π k+1

|g(x, y)|pdxdy

π j

Z

π j+1

π

Zk

π k+1

1p0dxdy

p p0

≤C

π j

Z

π j+1

π

Zk

π k+1

|g(x, y)|pdxdy 1

j2k2 p

p0

=C

π j

Z

π j+1

π

Zk

π k+1

|g(x, y)|pdxdy(jk)2(1−p) =

(9)

=C(jk)2(1−p)

π j

Z

π j+1

π k

Z

π k+1

|g(x, y)|pdxdy

Следовательно,

J ≤C4

X

j=1

X

k=1

j2p−2k2p−2γjk

π j

Z

π j+1

π k

Z

π k+1

|g(x, y)|pdxdy(jk)2(1−p)=

=C4

π

Z

0 π

Z

0

γ(x, y)|g(x, y)|pdxdy.

Теорема доказана. Теоремы 3 и 4 доказываются аналогично.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Leindler L. A new class of numerical sequences and its applications to sine and cosine series //Anal.Math. - 2002. - V.28, №4. - P.279-286.

2. Тихонов C.Ю. Об интегрируемости тригонометрических рядов //Мат.заметки. - 2005. - Т.78. - С.476-480.

3. Потапов М.К., Бериша М. Модули гладкости и коэффициенты Фурье периодических функций одного переменного //Publ. Inst. Math. (Beograd) (N.S.). - 1979. - Т.26(40). - С.215- 228.

4.Moricz F. On double cosine, sine, and walsh series with monotone coefficients //Proc.Amer.Math.Soc. - 1990. - V.109, №4. - P.417-425.

Мұқанов Ж.Б.

Коэффициенттерi R+0BV S2 класында жататың тригонометрия жүйесi бойынша екi еселi қатарлардың салмақпен интегралдануы

Жұмыста келесi есеп қарастырылған: коэффициенттерi R+0BV S2 класында жататың тригонометрия жүйесi бойынша екi еселi қатарлардың қосындыларының p-шi дәрежесi салмақпен интегралдануының қажеттi және жеткiлiктi шарттарын табу. Шешiмi ретiнде γ-ға байланысты қажеттi немесе жеткiлiктi болатынn} коэффициенттерiне шарртар қойылған.

Mukanov Zh.B.

On the integrability with power of double series by triginometric system with coefficients from R+0BV S2 class

In this work the following problem is considered: to find necessary and sufficient conditions of integrability in p-th degree of the sums of double series with factors from R+0BV S2 class by triginometric system with weight γ. As the decision conditions on factors n} which depending on γ are sufficient or necessary are imposed.

Поступила в редакцию 15.10.10 Рекомендована к печати 30.10.10

Referensi

Dokumen terkait