О представлении в виде пространств кёте пространств голоморфных функций
Автор: Кондаков Владимир Петрович
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 4 т.7, 2005 года.
Бесплатный доступ
В статье изучаются свойства разложений по системе мономов голоморфных функций, определенных на пространствах Кёте - Фреше. Дается представление пространств голоморфных функций на ядерных пространствах Кёте - Фреше с топологией компактной сходимости в виде (неметризуемых) пространств Кёте.
Короткий адрес: https://sciup.org/14318164
IDR: 14318164
Текст научной статьи О представлении в виде пространств кёте пространств голоморфных функций
Семeну Самсоновичу Кутателадзе к его шестидесятилетию
В статье изучаются свойства разложений по системе мономов голоморфных функций, определенных на пространствах К¨ете — Фреше. Дается представление пространств голоморфных функций на ядерных пространствах К¨ете — Фреше с топологией компактной сходимости в виде (неметризу-емых) пространств К¨ете.
В работах [1–4] исследовались пространства голоморфных отображений между локально выпуклыми пространствами, что относится к так называемой бесконечномерной голоморфности. Сначала в [1] было показано, что в пространствах C-значных голоморфных функций на совершенно (fully) ядерных пространствах с базисом система мономов (z m ) образует абсолютный базис (относительно компактно открытой топологии). Затем в [2, 3] для пространства голоморфных функций на монтелевском пространстве E получены некоторые результаты в противоположном направлении, т. е. из абсолютной базисности системы мономов выводилось свойство ядерности пространства E (и E β 0 ).
В [4], в частности, показано, что система мономов образует равностепенно непрерывный безусловный базис (Шаудера) в пространстве голоморфных функций на пространстве l 1 (относительно топологии τ 0 равномерной сходимости на компактных множествах).
В настоящей работе рассматриваются пространства H(Е,т о ) C-значных голоморфных функций на пространствах К¨ете — Фреше и для этих пространств при условии ядерности пространства Кете E приводится реализация H(Е,т о ) в виде пространства К¨ете с матрицей К¨ете, элементы которой выражаются через элементы аналогичной матрицы представления для E. В доказательстве совершенствуется техника работ [1–4]. В частности, уточняются и снабжаются более доступными ссылками) оценки мономальных разложений из [1, 3].
Заметим, что случай p = го , частично рассмотренный в [1], исследуется с привлечением более тонких, по сравнению с [1], оценок норм случайных тригонометрических полиномов из [5].
Пусть E и F — локально выпуклые пространства над полем C, U — открытое подмножество E .
Определение [3]. Функцию f : U ^ F называют голоморфной, если она непрерывна и для любых u G U , v G E и ^ G F 0 отображение C 3 А ^ ^(f (u + Av)) голоморфно как функция одного комплексного переменного на ее области определения.
Бесконечномерной голоморфностью называют исследование голоморфных отображений между локально выпуклыми пространствами. Эта область анализа особенно быстро расширяется в последние десятилетия (библиографию см., например, в [1–4]).
Сосредоточим внимание на C-значных голоморфных функциях. Множество всех C-значных голоморфных функций на U обычно обозначают H(U ).
Пусть А : E —» E n : = E х • • • х E обозначает диагональное отображение, т. е.
n
A(z) = (z,...,z). Отображение вида P = L о А, где L есть n-линейное отображение | {z }
| {z } n на E n , называют п-однородным полиномом на E . Через P ( n E) обозначают линейное пространство всех непрерывных n -однородных полиномов на E . Полиномами называют конечные суммы однородных полиномов.
Если ^ G E 0 , то y n £ P ( n E). Элементы алгебры, порождаемой y n , п £ N и у £ E 0 называются полиномами конечного типа .
Рассмотрим теперь локально выпуклое пространство E с базисом (е п ) П=р Символ N ( n ) обозначает множество финитных последовательностей целых чисел, т. е. m £ N ( n ) означает, что m = (m i , m 2 ,..., m n , ...) и m i = 0 для всех i > i m .
Мономом z m (относительно базиса (е п ) П =1 ) называют отображение
X ∞ m 1 m 2 m n
Ту znen 1 z1 z2 * * * zn ..., n=1
где подразумевается a 0 = 1 для любого a £ R. Каждый моном определяет элемент P ( |m| E), где | m | = P i m i | . С использованием полиномов можно получить разложение в ряд голоморфной функции (аналог разложения в ряд Тейлора).
Отображение f : U ^ C голоморфно тогда и только тогда, когда для каждого u £ U существует последовательность (Р п , и ) П =о , P n,u £ P ( n E) для всех п, такая, что
∞ f (u + z) = ^Pn,u(z) (1)
n =0
для всех z из некоторой окрестности нуля, и ряд сходится равномерно к f на некоторой окрестности нуля. Представление (1) называют разложением f в ряд Тейлора в точке u. Согласно интегральной формуле Коши (размерности 1),
_ 1 Г f(u + Az) £ dnf n,u 2ni / An+1 n! dzn u^
|A= для всех u £ U, n £ N, z £ E и достаточно малом 6 = 6(u).
Естественной областью сходимости (1) является уравновешенное подмножество E , и когда U само уравновешенно, тейлоровское разложение в нуле сходится к функции во всех точках U .
В частности, если E — пространство Фреше, (^ п ) П =1 — последовательность в E 0 , то
∞ f = ^>n £ H(E)
n =1
тогда и только тогда, когда ^п ^ 0 при п ^ го равномерно на компактных подмноже-∞ ствах E . В этом случае ϕnn — разложение в ряд Тэйлора функции f в нуле.
n =1
Если E — локально выпуклое пространство с базисом (en)^! и f Е H(E), то для каждого m Е N(n) определяются по f мономиальные коэффициенты (am)mG,(N), как и в конечномерном случае, по формулам am
1 с П (П 1 ,П 2 ,...,П г , 0,...h л _д m l f^
(2ni) r J •••] n m i +i n m 2 +i ... n m r +1 d n i '" dn r dz m (0) ,
T T где r = r(m) таково, что mi = 0 для i > r, множество T определяется формулой
T=
S 52 n i e i ;
I i=i
In i l = a i > 0 для i = 1, 2,.
.,r
и dn i ... dn r — мера Лебега на T . Коэффициенты (a m ) m G , ( N ) не зависят от r и положительных чисел a i , i = 1, 2,..., r. Таким образом, получается мономиальное разложение f
Е mG,(N)
a m z m .
Так как множество индексов в сумме (2) неупорядочено, приходится сначала рассматривать ее безусловную или абсолютную сходимости. При рассмотрении мономиальных разложений вводится несколько видов сходимостей и топологий на пространствах голоморфных функций. Наиболее часто используется компактно открытая топология т д .
Для мономиальных разложений обычно предполагается любо безусловная, либо абсолютная сходимость. Естественной областью такого разложения является полидиск.
Пусть E — ядерное пространство Фреше с базисом Шаудера. Тогда E изоморфно пространству Кете с абсолютным базисом ортов. Можно сразу считать E = l i [a r (n)] и предполагать условие ядерности в виде (см. [6]):
∞
X n=i
a r (n) a r +i (n)
< ∞ .
Для элементов E введем новые обозначения: k (z n ) n =i k r = ^2n | z n | a r (n), z = (z n ) Е E . Пусть V — открытый полидиск в E , т. е. V = { (z n ) n =i Е E : sup n | z n | a(n) < 1 } , где (a(n)) n =i — последовательность неотрицательных чисел с оценками для некоторых c > 0 и r(0) Е N, a(n) > ca r(g) (n), n Е N. Если K — компактное подмножество V, то можно указать последовательность положительных чисел (a n ) n =i таких, что K С K = © (z n ) n =i Е E : sup n | z n | a n 6 1 } , где K — компактный полидиск в V.
В работе [1] было показано, что если V — открытый полидиск в ядерном пространстве Кете E = l i [a r (n)], то мономы образуют абсолютный базис Кете в (H(V), т д ). В частности, в пространстве (H(Е),т д ) мономы образуют абсолютный базис Кете, если E — ядерное пространство Фреше с базисом. Докажем некоторое обобщение результата из [2].
Теорема. В пространстве (H(X), тд) голоморфных функций, заданных на пространстве Кете X = lp[ar(n)], 1 6 p 6 го, система мономов (zm)mGN(N) является абсолютным базисом К¨ете в том и только том случае, когда пространство X ядерно. Пространство (H(X), тд) в этих случаях изоморфно пространству Кёте li [a(m, (r(n)))] mGN(N),(r(n))GS = li
[ a m i) (l)--a mkS ) ( k (m))J m G ,,,^'
где S —совокупность всех последовательностей натуральных чисел r(n) с lim r(n) = го . n →∞
C Чтобы получить представление пространства аналитических функций, определенных на пространстве Кете E = l p [a r (n)], 1 6 p < го , в виде пространства Кете, подсчитаем нормы элементов базиса (мономов). Для этого воспользуемся свойствами фундаментальных систем ограниченных и компактных множеств. Предположим в E наличие монотонной системы полунорм | • | r 6 ^ Г | • | r +i , r G N, и тогда каждое ограниченное множество содержится в ограниченном p-эллипсоиде вида
C^z = (z n ) n =i : XX I z n i p 6 1} ,
C> 0,
где λ n описаны выше как λ αn , а каждое компактное множество содержится в компактном p-эллипсоиде (p = 1)
K ( r ( n )) = C
^ z = (z n^n^i
X | Z n |4H( n ) 6 4 , n
C> 0,
где (r(n)) — последовательность натуральных индексов с lim n .^ r(n) = го . Соответствующие компактным p -эллипсоидам нормы будем обозначать
| z | ( p r(n)) = | z n | p a ( p r(n)) ( n ) ,
n kfk(r(n)) = suP {|f (z)| : z G K(r(n))} .
Матрицу Кете пространства (H(U), то) образуют нормы мономов ||zmk(r(n)), где m G N(n) и индекс (r(n)) пробегает все последовательности натуральных чисел с limn .^ r(n) = го. Для подсчета указанных норм мономов воспользуемся известным неравенством между средним геометрическим и средним арифметическим ai • ... • an 6 (
P i a i + • • • + P n a n
p i + . . . p n
^ Р 1 + +P n
,
где a i > 0, p k > 0, причем равенство будет только в том случае, когда все a i равны. Это неравенство в эквивалентной форме прямо следует из неравенства Йенсена для выпуклой функции. Применение неравенства между средним геометрическим и средним арифметическим дает оценку
। zi pm o pm ; (1) • ... • a :m;m)) (k(m))
m m
k ( m )
= п i=1
| Z i | p a P ( i ) (i) '
m i
Г Е i =i | Z i | p a P ( i ) (i) | m |
| m |
p | m | | Z | ( r ( n )) | m | | m | .
Здесь для финитной последовательности m = (mi,..., mk(m)) из N(n) считаем k(m) максимальным индексом, для которого mk(m) = 0, а среди mi, i < k(m), могут быть и равные нулю. Вводя обозначение перепишем полученную оценку для нормы монома
m jmiimij a(m, (r(n)))-
С другой стороны, подсчитывая значение монома на элементе
k(m) m 1
Zo =^2 ---Г^----ei, где e = (Sij)j=i> i E N i=i |m| p ar(i)(i)
| z 0 | ( r ( n )) =

p m i a r(i) | m | a p ( i )

1 p

= 1,
получим
k ( m )
z m = П — i =i | m |
m i P m i
m i p a m ) (i)
m m p
I I m 1 | m | p
a ( m, ( r ( n ))) ,
а значит,
mp kzmk(r(n)) = (imimT) am
,( r ( n ))),
m E N ( n ) .
Таким образом, с точностью до «диагонального» преобразования, искомая матрица К¨ете имеет вид
[a(m, ( r ( n )))] m e N ( N ) , ( r ( n )) e S =
,
»mi) (1) -гокК» (k(m)) «<«>,,»„ l r(i) i(k(m)) J m€NiN),(r(n))€S где S — совокупность всех последовательностей натуральных чисел r(n) с lim r(n) = го.
n →∞
Рассмотрим теперь пространство H(E ) аналитических функций на пространстве Кете E = l i [a r (n)] и будем предполагать, что система мономов образует в нем абсолютный базис, более точно, p-абсолютный базис Кете (р = 1). Это значит, что для любого абсолютно выпуклого компактного множества K существуют константа C > 0 и компактное абсолютно выпуклое множество K такие, что
52 | c m | sup |z m | 6 C sup I 52 C m Z m
m∈L z∈K z∈K m∈L для любого набора чисел (am)mGN(N) и каждого конечного множества L С N(n).
Считаем систему полунорм ( | • | r ), определяющую топологию E , монотонной с неравенствами | • | r 6 7171 • |r +i , r E N. В этом случае можно рассматривать равномерную сходимость в H(E) только на компактных множествах вида
K ( r ( n )) = C
। Z = (Z n )
| z | ( pr ( n ))
∞
= X | z n |P a p ( n ) ( n ) 6 1
n =i
,
где C > 0 и lim n .^ r(n) = го . С учетом найденных выше значений ||z m k ( r ( n )) перепишем (3) в следующем виде:
m m
52 |С т |ыыa (m( r ( n )))
mENM 1 1
6 C sup
< X c m a(m, (s(n)))w m
I me N ( N)
k w k l p
∞
= ЕК| Р 6 1
n =1
,
где (c m ) m e N ( N ) может быть любым набором коэффициентов мономиального разложения функции f G H(E ). Обозначив c m a(m, (s(n)) = d m , m E N ( n ) , приходим к виду
X I d m ' a^m; ^L 6 C supf X d- m > M, p 6 4'
meWO a1™, < s ( ”)» | m | 1 ” 1 I ,„да p J
Так как (3) справедливо для полиномов, в частности, n -однородных полиномов, посредством рассмотрения в приведенных неравенствах конечных сумм с | m | = 2 покажем ядерность пространства К¨ете — Фреше E .
Рассмотрение конечных сумм в (3) с | m | =2 и оценками 4 6 | m | m | 6 1 для этого случая приводит к условию
X .a mi ) (i j Ья
X |aij1 m4 mj ( Л 6 C SUP i,j=1 ar(ii) (i)ar(j) (j)
{n X i,j=1
,j =1
a ij n i n j : max
| η i |
(C = 4C, m i + m j = 2) для любой симметрической матрицы ((a ij ))^- =i с | a ij | 6 1 при любом n ∈ N.
Для оценки правой части последнего неравенства воспользуемся следующим следствием теоремы 3 главы VI из [5].
Лемма [5]. Если заданы комплексные числа aij, |aij | 6 1, i, j = 1, 2,... ,n, то существует такой набор знаков + и —, что n
sup t1,t2,...,tn
У ±a k,j et( kt k j ) k,j =1
/ n \ 2
< C( n 52 |a kj | 2 log2n I k,j =1
6 Cn 2 log 2n,
где C — некоторая абсолютная постоянная.
Соединяя последние неравенства, получаем
/ . as(i)(i)\ n min ---— 6
у 16 i 6 n a r(i) ( i ) у
n
X
i =1
a s ( i ) (i) a r ( i ) ( i )
— 3
6 CCn 2 log 2n,
т. е.
a s ( i ) ( i )
min --— i6i6n ar(i) (i)
log2n
6 D i n 4
Можно повторить достаточное число k > 5 раз процедуру выбора для последовательности (s(n)) n =i в условии (3) и проведенные оценки, чтобы получить последовательность ( s (n))n‘ =i , для которой сходится ряд
∞
X
n =i
a e( n ) ( n ) a r ( n ) ( n )
6 D
∞
n =i
(log 2n) 5
n 4
< + го .
Но найти для любой последовательности (г(п)) П=1 с lim n ?^ r(n) = го другую такую последовательность ( е (п)) П =1 с lim n ?^ e (n) = го , чтобы сходился указанный ряд, можно лишь в случае, когда для E справедливо условие ядерности Гротендика — Пича (см., например, [6]):
∞
E a r (n)
----< +го- n=1 as(r)(n)
Предположим, что условие ядерности E не выполняется, т. е. существует r(0) G N такое, что при любом s ∈ N ряд
∞
X
n =1
a r (0) (n) a s (n)
расходится. Тогда выбрав, согласно расходимости соответствующих рядов, последовательность натуральных индексов (nk)^=i так, чтобы nk+1-1 X n=nk
ar(0)(n) > 2k, k = 1, 2,..., ar(0)+k (n)
построим последовательность (r(n)) ^ =i следующим образом:
r(n) = r(0), n 6 n 1 , r(n) = r(0) + k, n k < n 6 n k +1 , k = 1, 2,...
Теперь для любой последовательности (s(n)), у которой limn ?^ s(n) = 0, с некоторого номера m будет s(n) > r(0) и для nk > M выполняется так что ряд
n k+1 - 1
X
П=П к
a s(n) ( n ) a r(0)+k ( n )
>
n k+1 - 1
X
n = n k
a r (0) ( n ) a r(0)+k ( n )
> 2 k ,
∞
X
n =1
asH(n) a r ( n ) ( n )
расходится. Полученное противоречие означает, что условие ядерности для пространства Кете E = l 1 [a r (n)] должно быть выполнено, если мономы образуют абсолютный базис Кете в H (E). Оставшаяся часть утверждения теоремы следует из упоминавшегося результата работы [1] (см. и [3]). B
По сравнению с результатом из [2, 3] здесь не накладывается требование монтелевости E и добавлен случай p = 1.
Было бы интересно исследовать характер базисности мономов в случае пространств аналитических функций на пространствах К¨ете без условия ядерности. Приведенные оценки норм мономов и часть рассуждений остаются справедливыми и в этом случае.
Список литературы О представлении в виде пространств кёте пространств голоморфных функций
- Boland P. J., Dineen S. Holomorphic functions on fully nuclear spaces//Bull. Soc. Math. France.-1978.-V. 106.-P. 311-336.
- Dineen S., Timoney R. M. Absolute bases, tensor products and a theorem of Bohr//Studia Math.-1989.-V. 84.-P. 227-234.
- Dineen S. Monomial expansions in infinite dimensional holomorphy//In: Advances in the Theory of Frechet Spaces. T. Terzioglu (ed).-Ankara: Kluwer Academic Publishers, 1989.-P. 155-171.
- Ryan R. A. Holomorphic mappings on l_1//Trans. Amer. Math. Soc.-1987.-V. 302.-P. 797-811.
- Кахан Ж. П. Случайные функциональные ряды.-М.: Мир, 1973.-302 с.
- Пич А. Ядерные локально выпуклые пространства.-М.: Мир, 1967.-266 с.