Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці

Получены асимптотические равенства для верхних граней приближений функций из класса C^ψβ,∞ бигармоническими операторами Пуассона в равномерной метрике.

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автори: Харкевич, Ю.I., Жигалло, Т.В.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2008
Назва видання:Український математичний журнал
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164673
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці / Ю.I. Харкевич, Т.В. Жигалло // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 5. — С. 669–693. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-164673
record_format dspace
spelling irk-123456789-1646732020-02-11T01:25:45Z Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці Харкевич, Ю.I. Жигалло, Т.В. Статті Получены асимптотические равенства для верхних граней приближений функций из класса C^ψβ,∞ бигармоническими операторами Пуассона в равномерной метрике. We obtain asymptotic equalities for upper bounds of approximations of functions from the class Cˆψ β,∞ by the Poisson biharmonic operators in the uniform metric. 2008 Article Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці / Ю.I. Харкевич, Т.В. Жигалло // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 5. — С. 669–693. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. 1027-3190 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164673 517.5 uk Український математичний журнал Інститут математики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Статті
Статті
spellingShingle Статті
Статті
Харкевич, Ю.I.
Жигалло, Т.В.
Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
Український математичний журнал
description Получены асимптотические равенства для верхних граней приближений функций из класса C^ψβ,∞ бигармоническими операторами Пуассона в равномерной метрике.
format Article
author Харкевич, Ю.I.
Жигалло, Т.В.
author_facet Харкевич, Ю.I.
Жигалло, Т.В.
author_sort Харкевич, Ю.I.
title Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
title_short Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
title_full Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
title_fullStr Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
title_full_unstemmed Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці
title_sort наближення функцій із класу c^ψβ,∞ бігармонічними операторами пуассона в рівномірній метриці
publisher Інститут математики НАН України
publishDate 2008
topic_facet Статті
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164673
citation_txt Наближення функцій із класу C^ψβ,∞ бігармонічними операторами Пуассона в рівномірній метриці / Ю.I. Харкевич, Т.В. Жигалло // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 5. — С. 669–693. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
series Український математичний журнал
work_keys_str_mv AT harkevičûi nabližennâfunkcíjízklasucpsbbígarmoníčnimioperatoramipuassonavrívnomírníjmetricí
AT žigallotv nabližennâfunkcíjízklasucpsbbígarmoníčnimioperatoramipuassonavrívnomírníjmetricí
first_indexed 2025-07-14T17:16:55Z
last_indexed 2025-07-14T17:16:55Z
_version_ 1837643508279672832
fulltext УДК 517.5 Ю. I. Харкевич, Т. В. Жигалло (Волин. нац. ун-т, Луцьк) НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψ β,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ПУАССОНА В РIВНОМIРНIЙ МЕТРИЦI* We obtain asymptotic equalities for upper bounds of approximations of functions from the class Ĉψβ,∞ by the Poisson biharmonic operators in the uniform metric. Получены асимптотические равенства для верхних граней приближений функций из класса Ĉψβ,∞ бигармоническими операторами Пуассона в равномерной метрике. Нехай L̂1 — множина функцiй ϕ, заданих на всiй дiйснiй осi R iз скiнченною нор- мою ‖ϕ‖1̂ = sup a∈R ∫ a+2π a |ϕ(t)|dt, L̂∞ — множина вимiрних i суттєво обмежених на всiй осi функцiй iз скiнченною нормою ‖ϕ‖∞̂ = ess sup t∈R |ϕ(t)|. Через Ĉ познача- ють множину неперервних, заданих на дiйснiй осi функцiй iз скiнченною нормою ‖f‖Ĉ = sup x∈R ∣∣f(x) ∣∣. О. I. Степанцем (див., наприклад, [1, 2]) означено класи L̂ψβN функцiй, заданих на всiй дiйснiй осi таким чином. Нехай β, що належить R, i неперервна при всiх v ≥ 0 функцiя ψ(v) такi, що перетворення ψ̂(t) = 1 π ∞∫ 0 ψ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv є сумовним на всiй числовiй осi. Через L̂ψβ позначають множину функцiй f(x) ∈ ∈ L̂1, якi майже для всiх x ∈ R можна подати у виглядi f(x) = A0 + ∞∫ −∞ ϕ(x+ t) 1 π ∞∫ 0 ψ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dvdt, (1) де A0 — деяка стала, ϕ ∈ L̂1, β ∈ R, а iнтеграл слiд розумiти як границю iнтегралiв по симетричних промiжках, що розширюються. Якщо f ∈ L̂ψβ i при цьому ϕ ∈ N, N ⊂ L̂1, то вважають, що f ∈ L̂ψβN. Ĉψβ (Ĉψβ N) — пiдмножина неперервних функцiй iз L̂ψβ (L̂ψβN), Ĉψβ,∞ = { f ∈ Ĉψβ : ‖ϕ‖∞̂ ≤ 1 } . Функцiю ϕ(·) iз (1) називають (ψ, β)-похiдною функцiї f(·) (див., наприклад, [3, c. 170]) i позначають fψβ (·). Через M позначають (див. [4, c. 93] або [5, с. 159]) множину додатних непе- рервних опуклих донизу функцiй ψ(v), v ≥ 1, для яких lim v→∞ ψ(v)= 0. Iз множини M видiляють пiдмножини M0 та MC (див., наприклад, [5, с. 160]): *Виконано за пiдтримки Державного фонду фундаментальних дослiджень України (про- ект 25.1/043). c©Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО, 2008 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 669 670 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО M0 = { ψ ∈ M : 0 < t η(t)− t ≤ K ∀t ≥ 1 } i MC = { ψ ∈ M : 0 < K1 ≤ t η(t)− t ≤ K2 ∀t ≥ 1 } , де η(t) = η(ψ, t) = ψ−1 ( 1 2 ψ(t) ) , а ψ−1 — функцiя, обернена до функцiї ψ. Тут i далi через K, Ki будемо позначати сталi, взагалi кажучи, не однi i тi ж самi в рiзних спiввiдношеннях. Кожну функцiю ψ ∈ M продовжимо на промiжок [0, 1) таким чином, щоб: 1) отримана функцiя (яку, як i ранiше, будемо позначати через ψ(v)) була не- перервною при всiх v ≥ 0, ψ(0) = 0; 2) похiдна ψ′(v) = ψ′(v+0) мала обмежену варiацiю на промiжку [0,∞) i ψ(v) мала неперервну другу похiдну на [0,∞) скрiзь, за винятком точки v = 1; 3) ψ(v) була зростаючою та опуклою донизу на [0, 1]. Множину таких функцiй позначимо через A. Пiдмножину функцiй ψ ∈ A, для яких∫ ∞ 1 ψ(t) t dt <∞, позначимо через A′, AC = { ψ(v) ∈ A : ψ ∈ MC , v ∈ [1,∞) } . Нехай Λ = { λσ ( v σ )} — сукупнiсть неперервних функцiй при всiх v ≥ 0, залеж- них вiд дiйсного параметра σ. Кожнiй функцiї f ∈ L̂ψβ поставимо у вiдповiднiсть вираз вигляду Uσ(f ;x; Λ) = A0 + ∞∫ −∞ fψβ (x+ t) 1 π ∞∫ 0 ψ(v)λσ ( v σ ) cos ( vt+ βπ 2 ) dvdt, де ψ(v) — неперервна при всiх v ≥ 0 функцiя, β ∈ R. У випадку, коли λσ(v) = = [ 1 + vσ 2 ( 1− e− 2 σ )] e−v, σ ∈ (0,∞), функцiїUσ(f ;x; Λ) будемо позначати через Bσ(f ;x) : Bσ(f ;x) = A0 + ∞∫ −∞ fψβ (x+ t) 1 π ∞∫ 0 ψ(v)× × [ 1 + v 2 ( 1− e− 2 σ )] e− v σ cos ( vt+ βπ 2 ) dvdt. (2) Оператор Bσ, σ ∈ (0,∞), що дiє на функцiю f за правилом (2), будемо називати бiгармонiчним оператором Пуассона. Повторюючи мiркування, використанi при доведеннi твердження 1.1 роботи [3, с. 169], неважко переконатися в тому, що за умови перiодичностi функцiй f оператор Bσ є вiдомим бiгармонiчним iнтегралом Пуассона (див., наприклад, [6]). ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 671 У данiй роботi вивчається асимптотична поведiнка величини E ( Ĉψβ,∞, Bσ ) Ĉ = sup f∈Ĉψβ,∞ ‖f(x)−Bσ(f, x)‖Ĉ (3) при σ →∞, довiльному дiйсному β i ψ ∈ A. Дослiдження, пов’язанi з вивченням структурних та апроксимативних власти- востей класiв L̂ψβN, розпочатi О. I. Степанцем [1, 2] та продовженi його учнями. Зокрема, асимптотичнi рiвностi для верхнiх меж наближень функцiй iз класiв Ĉψβ,∞ та L̂ψβ,1 рiзноманiтними лiнiйними операторами отримано у роботах М. Г. Дзiмi- старiшвiлi [7 – 9], В. I. Рукасова, С. О. Чайченка [10, 11], О. В. Островської [12], Л. А. Репети [13], О. I. Степанця та I. В. Соколенка [14], I. В. Кальчук [15] та iн. Зазначимо, що дана робота є продовженням дослiджень авторiв [16]. Тут, зокре- ма, розглянуто випадок, коли функцiя ψ(v), що задає клас Ĉψβ,∞, спадає до нуля при v → ∞ швидше за функцiю 1 v2 , яка визначає порядок насичення лiнiйного методу наближення, породженого оператором Bσ. Покладемо τ(v) = τσ(v;ψ) = ( 1− [1 + γv] e−v ) ψ(σv) ψ(σ) , (4) де функцiя ψ ∈ A є визначеною i неперервною при всiх v ≥ 0, γ = γσ = σ 2 ( 1− e− 2 σ ) . Враховуючи спiввiдношення (4), iз (1) та (2) отримуємо f(x)−Bσ (f ;x) = ψ(σ) ∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) τ̂β(t)dt. (5) Тут τ̂β(t) — перетворення функцiї τ(v) вигляду τ̂β(t) = 1 π ∫ ∞ 0 τ(v) cos ( vt + + βπ 2 ) dv. Подамо функцiю τ (v) у виглядi τ(v) = ϕ(v) + µ(v), де ϕ(v) = ( v2 2 + v σ ) ψ(σv) ψ(σ) , v ≥ 0, (6) µ(v) = ( 1− [1 + γσv] e−v − v2 2 − v σ ) ψ(σv) ψ(σ) , v ≥ 0, (7) причому на промiжку [ 0, 1 σ ] функцiя ψ(σv) є опуклою донизу, зростаючою i ψ(0) = 0. Далi через f1(x) та f2(x) позначимо такi функцiї: f1(x) = 1 π +∞∫ −∞ fψβ (x+ t) ∞∫ 0 vψ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dvdt, (8) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 672 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО f2(x) = 1 π +∞∫ −∞ fψβ (x+ t) ∞∫ 0 v2ψ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dvdt, (9) де функцiя ψ(v) визначена та неперервна на промiжку [0,∞), β ∈ R. Має мiсце таке твердження. Теорема 1. Якщо ψ ∈ AC , функцiя g(v) = v2ψ(v) опукла донизу при v ∈ ∈ [b,∞), b ≥ 1, i ∞∫ 1 g(v) v dv <∞, (10) то при σ →∞ має мiсце асимптотична рiвнiсть E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = 1 σ2 sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥f1(x) + f2(x) 2 ∥∥∥∥ Ĉ + +O  1 σ3 σ∫ 1 t2ψ(t)dt+ 1 σ2 ∞∫ σ tψ(t)dt . (11) Доведення. Нехай ϕ̂β(t) та µ̂β(t) — перетворення функцiй ϕ та µ вигляду ϕ̂β(t) = 1 π ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv, (12) µ̂β(t) = 1 π ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (13) З урахуванням iнтегрального зображення (5) величину (3) запишемо у виглядi E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) τ̂β(t)dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ = = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) (ϕ̂β(t) + µ̂β(t)) dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ . (14) Переконаємося, що перетворення ϕ̂β(t) та µ̂β(t), визначенi спiввiдношеннями (12) та (13) вiдповiдно, є сумовними на всiй числовiй осi. Покажемо спочатку збiжнiсть iнтеграла A(ϕ) : A(ϕ) = ∞∫ −∞ |ϕ̂(t)| dt. (15) Для цього, згiдно з теоремою 1 роботи [17], досить показати збiжнiсть iнтегралiв ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 673 1 2∫ 0 v|dϕ′(v)|, ∞∫ 1 2 |v − 1||dϕ′(v)|, (16) ∣∣∣∣sin βπ2 ∣∣∣∣ ∞∫ 0 |ϕ(v)| v dv, 1∫ 0 |ϕ(1− v)− ϕ(1 + v)| v dv. (17) Розглянемо перший iнтеграл iз (16). Iз спiввiдношення (6) маємо dϕ′(v) = 1 ψ(σ) ( ψ(σv) + 2 ( v + 1 σ ) σψ′(σv) + ( v2 2 + v σ ) σ2ψ′′(σv) ) dv. (18) Оскiльки на промiжку [ 0, 1 σ ] додатна функцiя ψ(σv) є опуклою донизу i монотонно зростаючою, то з (18) отримуємо dϕ′(v) > 0, v ∈ [ 0, 1 σ ] . (19) Звiдси, беручи до уваги, що ϕ ( 1 σ ) = 3ψ(1) 2σ2ψ(σ) i ϕ′ ( 1 σ ) = 4ψ(1) + 3ψ′(1− 0) 2σψ(σ) при 0 ≤ v ≤ 1 σ , знаходимо 1 σ∫ 0 v|dϕ′(v)| = 1 σ∫ 0 vdϕ′(v) = 1 σ ϕ′ ( 1 σ ) − ϕ ( 1 σ ) = O ( 1 σ2ψ(σ) ) . (20) Враховуючи, що ∫ 1 2 1 σ v|dϕ′(v)| ≤ ∫ ∞ 1 σ v|dϕ′(v)| i ∫ ∞ 1 2 |v−1||dϕ′(v)| ≤ ∫ ∞ 1 σ v|dϕ′(v)|, одержуємо оцiнку iнтеграла ∞∫ 1 σ v|dϕ′(v)| (21) на кожному iз промiжкiв [ 1 σ , b σ ) та [ b σ ,∞ ) (при σ > 2b). З огляду на (18), враховуючи, що функцiя ψ(v) є опуклою донизу та спадною при v ≥ 1, отримуємо b σ∫ 1 σ v|dϕ′(v)| ≤ 1 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v3 2 + v2 σ ) σ2ψ′′(σv)dv + + 2 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v2 + v σ ) σ|ψ′(σv)|dv + 1 ψ(σ) b σ∫ 1 σ vψ(σv)dv. (22) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 674 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО Зiнтегрувавши частинами перший та другий iнтеграли з правої частини нерiвностi (22) та врахувавши, що ψ(σv) ≤ ψ(1) при v ∈ [ 1 σ , b σ ) , будемо мати b σ∫ 1 σ v|dϕ′(v)| ≤ K1 σ2ψ(σ) . (23) Для оцiнки iнтеграла (21) на промiжку [ b σ ,∞ ) використаємо спiввiдношення lim v→∞ v2ψ(v) = 0, (24) lim v→∞ v3ψ′(v) = 0, (25) справедливiсть яких випливає iз наступних мiркувань. Оскiльки функцiя g(v) = = v2ψ(v) є опуклою донизу при v ≥ b, b ≥ 1, то можливi такi випадки: 1) lim v→∞ v2ψ(v) = 0; 2) lim v→∞ v2ψ(v) = K > 0; 3) lim v→∞ v2ψ(v) = ∞. Нехай lim v→∞ v2ψ(v) = K > 0, тодi знайдеться таке 0 < K1 < K, що для всiх v ≥ 1 v2ψ(v) > K1, отже, vψ(v) > K1 v . А це суперечить тому, що функцiя vψ(v), згiдно з умовою теореми, є сумовною на [1,∞) . Нехай тепер lim v→∞ v2ψ(v) = ∞, тобто для довiльного M > 0 iснує таке N > 0, що для всiх v > N виконується нерiвнiсть v2ψ(v) > M. Тодi x∫ 1 vψ(v)dv = N∫ 1 vψ(v)dv + x∫ N v2ψ(v) v dv > K2 + x∫ N M v dv = K2 +M(lnx− lnN). Таким чином, знову прийшли до суперечностi з умовою (10). З огляду на викладене робимо висновок про iстиннiсть спiввiдношення (24). Покажемо тепер, що має мiсце (25). Оскiльки функцiя ( v2ψ(v) )′ є сумовною на [1,∞), то lim v→∞ ∫ v v/2 ( x2ψ(x) )′ dx = 0. Внаслiдок того, що при v ≥ b функцiя v2ψ(v) є опуклою донизу, функцiя − ( v2ψ(v) )′ при v ≥ b не зростає, i тому v∫ v 2 ( − ( x2ψ(x) )′) dx > − ( v − v 2 )( 2vψ(v) + v2ψ′(v) ) = −v2ψ(v)− 1 2 v3ψ′(v). Звiдси i з (24) випливає справедливiсть (25). Використовуючи спiввiдношення (18) та враховуючи властивостi функцiї ψ(v) ∈ ∈ M, v ≥ 1, отримуємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 675 ∞∫ b σ v ∣∣dϕ′(v)∣∣ ≤ 1 ψ(σ) ∞∫ b σ ( v3 2 + v2 σ ) σ2ψ′′(σv)dv+ + 2 ψ(σ) ∞∫ b σ ( v2 + v σ ) σ ∣∣ψ′(σv)∣∣dv + 1 ψ(σ) ∞∫ b σ vψ(σv)dv. (26) Зiнтегрувавши частинами перший та другий iнтеграли iз правої частини нерiвно- стi (26) та врахувавши спiввiдношення (24), (25) i (10), будемо мати ∞∫ b σ v|dϕ′(v)| ≤ K2 σ2ψ(σ) . (27) Таким чином, iз спiввiдношень (20), (23) та (27) випливає, що при σ →∞ 1 2∫ 0 v|dϕ′(v)| = O ( 1 σ2ψ(σ) ) , ∞∫ 1 2 |v − 1| ∣∣dϕ′(v)∣∣ = O ( 1 σ2ψ(σ) ) . (28) Враховуючи (6) та умову (10), отримуємо наступну оцiнку для першого iнтеграла iз (17): ∞∫ 0 |ϕ(v)| v dv ≤ ψ(1) ψ(σ) 1 σ∫ 0 ( v 2 + 1 σ ) dv + 1 ψ(σ) ∞∫ 1 σ ( v 2 + 1 σ ) ψ(σv)dv ≤ K σ2ψ(σ) . Покажемо, що для другого iнтеграла з (17) при σ →∞ справедливою є оцiнка 1∫ 0 |ϕ(1− v)− ϕ(1 + v)| v dv = O ( 1 σ2ψ(σ) ) . (29) Для отримання оцiнки (29) скористаємося такими допомiжними твердженнями. Означення [17]. Нехай функцiя τ(v) є заданою на [0,∞), абсолютно непе- рервною i τ(∞) = 0. Кажуть, що функцiя τ(v) належить Ea, якщо похiдну τ ′(v) в тих точках, де вона не iснує, можна доозначити так, щоб для деякого a ≥ 0 iснували iнтеграли ∫ a/2 0 v ∣∣dτ ′(v)∣∣, ∫ ∞ a/2 ∣∣v − a||dτ ′(v) ∣∣. Твердження 1 [17]. Якщо τ(v) належить Ea, то ∣∣τ(v)∣∣ ≤ H(τ), де H(τ) = |τ(0)|+ |τ(a)|+ a 2∫ 0 v|dτ ′(v)|+ ∞∫ a 2 |v − a||dτ ′(v)|. (30) Покладемо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 676 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО τ(v) = τσ(v) = ( 1− λσ(v) )ψ(σv) ψ(σ) , σ ≥ 1, (31) де функцiя ψ є визначеною i неперервною при всiх v ≥ 0. Лема. Нехай τ(v) ∈ E1, ψ ∈ AC . Тодi при σ →∞ 1∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv = O  1∫ 0 |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv +H(τ) , (32) де H(τ) — величина вигляду (30). Доведення. Iз спiввiдношення (31) знайдемо функцiї τ(1− v) i τ(1 + v) : τ(1− v) = (1− λσ(1− v)) ψ(σ(1− v)) ψ(σ) , v ≤ 1, (33) τ(1 + v) = (1− λσ(1 + v)) ψ(σ(1 + v)) ψ(σ) , v ≥ −1. (34) Подамо iнтеграл iз (32) у виглядi суми двох iнтегралiв: 1∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv = = 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv + 1∫ 1− 1 σ |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv. (35) Оцiнимо спочатку перший доданок iз правої частини рiвностi (35). З цiєю метою додамо i вiднiмемо пiд знаком модуля в пiдiнтегральнiй функцiї величину λσ(1− v)− λσ(1 + v). Отримаємо 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv ≤ 1− 1 σ∫ 0 |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv + + 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v) + λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv. (36) Оскiльки, згiдно з (33) та (34), мають мiсце рiвностi λσ(1− v) = 1− ψ(σ) ψ(σ(1− v)) τ(1− v) (37) i λσ(1 + v) = 1− ψ(σ) ψ(σ(1 + v)) τ(1 + v), (38) то для другого iнтеграла iз правої частини формули (36) одержимо оцiнку ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 677 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v) + λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv ≤ ≤ 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)| ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(σ(1− v)) ∣∣∣∣ dvv + 1− 1 σ∫ 0 |τ(1 + v)| ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(σ(1 + v)) ∣∣∣∣ dvv . (39) З огляду на те, що τ(v) належить E1, згiдно з твердженням 1 отримаємо 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)| ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(σ(1− v)) ∣∣∣∣ dvv + 1− 1 σ∫ 0 |τ(1 + v)| ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(σ(1 + v)) ∣∣∣∣ dvv = = H(τ)O  1− 1 σ∫ 0 |ψ(σ(1− v))− ψ(σ)| vψ(σ(1− v)) dv + 1− 1 σ∫ 0 |ψ(σ(1 + v))− ψ(σ)| vψ(σ(1 + v)) dv . (40) Покажемо, що при σ →∞ I1,σ := 1− 1 σ∫ 0 |ψ(σ(1− v))− ψ(σ)| vψ(σ(1− v)) dv = O(1), (41) I2,σ := 1− 1 σ∫ 0 |ψ(σ(1 + v))− ψ(σ)| vψ(σ(1 + v)) dv = O(1), (42) де O(1) — величина, рiвномiрно обмежена по σ. Далi використаємо такi твердження. Твердження 2 [5, с. 161]. Функцiя ψ ∈ M належить MC тодi i лише тодi, коли величина α(t) = ψ(t) t |ψ′(t)| , ψ′(t) := ψ′(t+ 0), задовольняє умову 0 < K1 ≤ α(t) ≤ K2 ∀t ≥ 1. Твердження 3 [5, с. 175]. Для того щоб функцiя ψ ∈ M належала M0, необ- хiдно i достатньо, щоб для довiльного фiксованого числа c > 1 iснувала стала K така, щоб при всiх t ≥ 1 виконувалась нерiвнiсть ψ(t) ψ(ct) ≤ K. Оскiльки функцiя 1− ψ(σ)/ψ(σ(1− v)) v обмежена при всiх v ∈ [ δ, 1 − 1 σ ] , 0 < δ < 1− 1 σ , то з урахуванням твердження 2 для ψ ∈ M0 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 678 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО lim v→0 1− ψ(σ)/ψ(σ(1− v)) v = σ |ψ′(σ)| ψ(σ) ≤ K. Отже, I1,σ = O(1), σ →∞. Переходячи до оцiнки iнтеграла I2,σ, зазначимо, що I2,σ < 1 ψ(2σ − 1) 1− 1 σ∫ 0 ψ(σ)− ψ (σ (1 + v)) v dv. Пiсля замiни змiнної u = σ(1 + v) будемо мати I2,σ < 1 ψ(2σ − 1) 2σ−1∫ σ ψ(σ)− ψ (u) u− σ du < 1 ψ(2σ − 1) 2σ∫ σ ψ(σ)− ψ (u) u− σ du. Застосувавши до правої частини останньої нерiвностi лему 5.5 з роботи [4, с. 97] i врахувавши, що ψ(2σ − 1) ≥ ψ(2σ), σ ≥ 1, на пiдставi твердження 3 отримаємо I2,σ < K1ψ(σ) ψ(2σ − 1) ≤ K1ψ(σ) ψ(2σ) ≤ K2. Поєднавши спiввiдношення (36) iз (39) – (42), запишемо 1− 1 σ∫ 0 |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv = = 1− 1 σ∫ 0 |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv +O(1)H(τ), σ →∞. (43) Оцiнимо другий доданок iз правої частини рiвностi (35). Для цього додамо i вiднiмемо пiд знаком модуля в пiдiнтегральнiй функцiї величину ψ(σ(1− v)) ψ(1) (λσ(1− v)− λσ(1 + v)) та врахуємо, що функцiя ψ (σ(1− v)) є монотонно спадною на [ 1 − 1 σ ; 1 ] . Мати- мемо 1∫ 1−1 σ |τ(1−v)− τ(1+v)| v dv ≤ ≤ 1 ψ(1) 1∫ 1−1 σ ψ (σ(1−v)) |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv+ 1∫ 1−1 σ ∣∣∣∣τ(1− v)− τ(1 + v) + ψ (σ(1− v)) ψ(1) (λσ(1− v)− λσ(1 + v)) ∣∣∣∣ v dv ≤ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 679 ≤ 1∫ 1−1 σ |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv+ + 1∫ 1−1 σ ∣∣∣∣τ(1− v)− τ(1 + v) + ψ (σ(1− v)) ψ(1) (λσ(1− v)− λσ(1 + v)) ∣∣∣∣ v dv. (44) Врахувавши спiввiдношення (37) та (38), а також твердження 1, отримаємо 1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣τ(1− v)− τ(1 + v) + ψ (σ(1− v)) ψ(1) (λσ(1− v)− λσ(1 + v)) ∣∣∣∣ v dv ≤ ≤ 1∫ 1− 1 σ |τ(1− v)| ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(1) ∣∣∣∣ dvv + 1∫ 1− 1 σ |τ(1 + v)| ∣∣∣∣1− ψ (σ(1− v)ψ(σ)) ψ(1)ψ (σ(1 + v)) ∣∣∣∣ dvv = = H(τ)O  1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(1) ∣∣∣∣ dvv + 1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣1− ψ (σ(1− v))ψ(σ) ψ(1)ψ (σ(1 + v)) ∣∣∣∣ dvv . (45) Далi маємо 1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣1− ψ(σ) ψ(1) ∣∣∣∣ dvv = ( 1− ψ(σ) ψ(1) ) ln 1 1− 1 σ = O(1). (46) Оскiльки на промiжку [ 1− 1 σ ; 1 ] функцiя ψ (σ(1− v)) є монотонно спадною, то ψ(σ(1− v)) ≤ ψ(1) i, крiм того, на пiдставi твердження 3 при σ ≥ 1 ψ(σ) ψ(σ(1 + v)) ≤ ψ(σ) ψ(2σ) ≤ K, тому функцiя ∣∣∣∣1− ψ (σ(1− v))ψ(σ) ψ(1)ψ (σ(1 + v)) ∣∣∣∣ є обмеженою на [ 1− 1 σ ; 1 ] . Отже, 1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣1− ψ (σ(1− v))ψ(σ) ψ(1)ψ (σ(1 + v)) ∣∣∣∣ dvv ≤ K1 1∫ 1− 1 σ dv v = K ln 1 1− 1 σ = O(1). (47) На пiдставi спiввiдношень (45) – (47) маємо 1∫ 1− 1 σ ∣∣∣∣τ(1− v)− τ(1 + v) + ψ (σ(1− v)) ψ(1) (λσ(1− v)− λσ(1 + v)) ∣∣∣∣ v dv = O (H(τ)) . (48) Iз формул (44) та (48) отримуємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 680 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО 1∫ 1− 1 σ |τ(1− v)− τ(1 + v)| v dv = O  1∫ 1− 1 σ |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv +H(τ) . (49) Поєднуючи спiввiдношення (43) та (49), приходимо до рiвностi (32). Лему доведено. Для функцiї ϕ,що визначається спiввiдношенням (6), маємо λσ(v) = λσ(ϕ; v) = = 1− ψ(σ) ψ(σv) ϕ(v) = 1− v2 2 − v σ , а тому, як неважко переконатися, 1∫ 0 |λσ(1− v)− λσ(1 + v)| v dv = O (1) , σ →∞. (50) Iз формул (30), (6) та оцiнок (28), беручи до уваги спiввiдношення (24), знаходимо H(ϕ) = O ( 1 + 1 σ2ψ(σ) ) = O ( 1 σ2ψ(σ) ) , σ →∞. (51) Об’єднання спiввiдношень (32), (50) та (51) дозволяє записати оцiнку (29). Таким чином, на пiдставi теореми 1 iз роботи [17] iнтеграл A(ϕ) вигляду (15) є збiжним, а отже, перетворення ϕ̂β(t) функцiї ϕ, заданої спiввiдношенням (6), є сумовним на всiй числовiй осi. Сумовнiсть перетворення µ̂β(t) вигляду (13) на всiй дiйснiй осi випливає iз збiж- ностi iнтеграла A(µ) = ∫ ∞ −∞ |µ̂β(t)| dt. Для того щоб iнтеграл A(µ) був збiжним, необхiдно i достатньо (див. теорему 1 iз роботи [17, с. 24]), щоб збiгалися iнтеграли 1 2∫ 0 v|dµ′(v)|, ∞∫ 1 2 |v − 1||dµ′(v)|, (52) ∣∣∣∣sin βπ2 ∣∣∣∣ ∞∫ 0 |µ(v)| v dv, 1∫ 0 |µ(1− v)− µ(1 + v)| v dv. (53) Знайдемо оцiнку першого iнтеграла з (52) на кожному з промiжкiв: [ 0, 1 σ ] , [ 1 σ , b σ ] та [ b σ , 1 2 ] , σ > 2b. Позначимо µ(v) = 1− e−v − γve−v − v2 2 − v σ . (54) Тодi внаслiдок (7) мають мiсце рiвностi µ(v) = µ(v) ψ(σv) ψ(σ) , µ′(v) = µ ′(v) ψ(σv) ψ(σ) + µ(v) σψ′(σv) ψ(σ) , (55) µ′′(v) = µ ′′(v) ψ(σv) ψ(σ) + 2σµ ′(v) ψ′(σv) ψ(σ) + σ2µ(v) ψ′′(σv) ψ(σ) . (56) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 681 Iз спiввiдношення (54) знаходимо µ ′(v) = e−v − γe−v + γve−v − v − 1 σ , µ ′′(v) = −e−v + 2γe−v − γve−v − 1, µ(0) = 0, µ′(0) = 1− γ − 1 σ < 0. Звiдси i з того, що −1 + 2γ − γv < ev, v ∈ [0,∞), випливає µ(v) ≤ 0, µ ′(v) < 0, µ ′′(v) < 0 при v ≥ 0. (57) Враховуючи (57) i те, що додатна функцiя ψ(σv) на промiжку [ 0, 1 σ ] є опуклою донизу та зростаючою, iз спiввiдношення (56) отримуємо µ′′(v) < 0, v ∈ [ 0, 1 σ ] . (58) Зiнтегруємо частинами перший iнтеграл iз (52) на промiжку [ 0, 1 σ ] . Оскiль- ки µ(0) = 0, µ′(0) = 0 (бо ψ(0) = 0), то, беручи до уваги нерiвнiсть (58) та рiвностi (55), маємо 1 σ∫ 0 v |dµ′(v)| = − 1 σ∫ 0 vdµ′(v) = = µ ( 1 σ ) ψ(1) ψ(σ) − 1 σ µ ′ ( 1 σ ) ψ(1) ψ(σ) − µ ( 1 σ ) ψ′(1− 0) ψ(σ) ≤ ≤ ψ(1) σψ(σ) ∣∣∣∣µ ′( 1 σ )∣∣∣∣ + ψ′(1− 0) ψ(σ) ∣∣∣∣µ( 1 σ )∣∣∣∣ . (59) Враховуючи нерiвностi ∣∣µ(v) ∣∣ < 2 3σ2 v + 1 σ v2 + v3 2 , ∣∣µ ′(v)∣∣ < 2 3σ2 + 2 σ v + 3 2 v2, v ≥ 0, (60) iз спiввiдношення (59) отримуємо 1 σ∫ 0 v |dµ′(v)| ≤ K1 σ3ψ(σ) . (61) Оцiнимо перший iнтеграл iз (52) на промiжку [ 1 σ , b σ ] . Застосовуючи (56), маємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 682 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО b σ∫ 1 σ v |dµ′(v)| ≤ 1 ψ(σ) b σ∫ 1 σ v|µ ′′(v)|ψ(σv)dv+ + 2σ ψ(σ) b σ∫ 1 σ v|µ ′(v)||ψ′(σv)|dv + σ2 ψ(σ) b σ∫ 1 σ v|µ(v)|ψ′′(σv)dv. Враховуючи нерiвностi (60) та оцiнку ∣∣µ ′′(v)∣∣ < 2 σ + 3v, v ≥ 0, i iнтегруючи частинами, отримуємо b σ∫ 1 σ v |dµ′(v)| ≤ K2 σ3ψ(σ) . (62) Покажемо, що у випадку опуклостi донизу функцiї v2ψ(v) при v ≥ b, b ≥ 1, виконується нерiвнiсть dµ′(v) ≤ 0, v ≥ b σ . (63) З цiєю метою покладемо µ̃(v) = µ(v) v2 , так що, згiдно з (54), µ̃(v) = 1 v2 − e−v v2 − γ e−v v − 1 2 − 1 vσ . Оскiльки µ̃′(v) = 1 v3 ( −2 + 2e−v + (1 + γ)ve−v + γv2e−v + v σ ) , µ̃′′(v) = 1 v4 ( 6− 6e−v − (4 + 2γ)ve−v − (1 + 2γ)v2e−v − γv3e−v − 2v σ ) , то, враховуючи нерiвностi e−v ≥ 1− v, v ≥ 0, γ > 1− 1 σ , одержуємо µ̃(v) < 0, µ̃′(v) > 1 v3 ( v2 σ + γv2e−v ) > 0, µ̃′′(v) < 1 v4 ( −2v2 σ − (1 + 2γ)v2e−v − γv3e−v ) < 0. При v ≥ b ≥ 1, згiдно з умовами теореми, мають мiсце спiввiдношення g(v) > 0, g′(v) < 0, g′′(v) > 0. Тодi ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 683 µ′′(v) = ( 1 σ2 µ̃(v)g(σv) )′′ = = 1 σ2 µ̃′′(v)g(σv) + 2 σ µ̃′(v)g′(σv) + µ̃(v)g′′(σv) < 0 при v ≥ b σ , а отже, нерiвнiсть (63) виконується для всiх v ≥ b/σ, b ≥ 1. Використовуючи нерiвнiсть (63), спiввiдношення (55), (60) i твердження 2, 3, знаходимо 1 2∫ b σ v |dµ′(v)| = − 1 2∫ b σ vdµ′(v) = = −1 2 µ′ ( 1 2 ) + b σ µ′ ( b σ ) + µ ( 1 2 ) − µ ( b σ ) ≤ K1 + K2 σ3ψ(σ) , σ →∞. (64) Об’єднуючи формули (61), (62) та (64), записуємо оцiнку першого iнтеграла iз (52): 1 2∫ 0 v|dµ′(v)| = O ( 1 + 1 σ3ψ(σ) ) , σ →∞. (65) Враховуючи спiввiдношення (24), (25) та твердження 2, 3, неважко переконатися в тому, що для другого iнтеграла з (52) має мiсце оцiнка ∞∫ 1 2 |v − 1||dµ′(v)| = O(1), σ →∞. (66) Перший iнтеграл iз (53) оцiнимо на кожному з промiжкiв [ 0, 1 σ ] , [ 1 σ , 1 ] i [ 1 σ ,∞ ) . Оскiльки функцiя µ(v) вигляду (54) є недодатною при v ≥ 0, то з першого спiввiд- ношення (55) маємо |µ(v)| = −µ(v) ψ(σv) ψ(σ) . Тому, враховуючи нерiвнiсть e−v ≤ 1− v + v2 2 , v ≥ 0, (67) i те, що функцiя ψ(σv) є зростаючою при v ∈ [ 0, 1 σ ] , знаходимо 1 σ∫ 0 |µ(v)| v dv = 1 ψ(σ) 1 σ∫ 0 ( −1 + e−v + γve−v + v2 2 + v σ ) ψ(σv) v dv ≤ ≤ ψ(1) ψ(σ) 1 σ∫ 0 ( −1 + γ + 1 σ + (1− γ)v + γ 2 v2 ) dv. З останнього спiввiдношення внаслiдок нерiвностей ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 684 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО −1 + γ + 1 σ < 2 3σ2 , γ < 1, 1− γ < 1 σ , (68) маємо 1 σ∫ 0 |µ(v)| v dv = O ( 1 σ3ψ(σ) ) , σ →∞. (69) Знову беручи до уваги нерiвностi (67), (68), отримуємо такi оцiнки: 1∫ 1 σ |µ(v)| v dv ≤ 1∫ 1 σ ψ(σv) ψ(σ) ( 1 σ + γ − 1 + (1− γ)v + γ 2! v2 ) dv ≤ ≤ K1 σ3ψ(σ) σ∫ 1 ψ(v)dv + K2 σ3ψ(σ) σ∫ 1 vψ(v)dv + K3 σ3ψ(σ) σ∫ 1 v2ψ(v)dv = = O  1 σ3ψ(σ) σ∫ 1 v2ψ(v)dv , (70) ∞∫ 1 |µ(v)| v dv = 1 ψ(σ) ∞∫ 1 ψ(σv) ( e−v − 1 v + γe−v + v 2 + 1 σ ) dv ≤ ≤ 1 ψ(σ) ∞∫ 1 ψ(σv) ( −1 + v 2 + γ + v 2 + 1 σ ) dv = = O  1 σ2ψ(σ) ∞∫ σ vψ(v)dv . (71) Об’єднуючи спiввiдношення (69) – (71) i враховуючи, що ∫ σ 1 v2ψ(v)dv ≥ K, запи- суємо оцiнку першого iнтеграла з (53): ∞∫ 0 |µ(v)| v dv = O  1 σ3ψ(σ) σ∫ 1 v2ψ(v)dv + 1 σ2ψ(σ) ∞∫ σ vψ(v)dv . (72) Оцiнимо другий iнтеграл з (53). Для цього використаємо спiввiдношення (32) у випадку, коли λ(v) = λσ(µ; v) = 1− ψ(σ) ψ(σv) µ(v) = [1 + γv] e−v + v2 2 + v σ . Неважко переконатись, що ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 685 1∫ 0 ∣∣λ(1− v)− λ(1 + v) ∣∣ v dv = = 1∫ 0 ∣∣∣∣γ + 1 e ev − e−v v − γ e (ev + e−v) + 2 ( 1 + 1 σ )∣∣∣∣ dv = O(1), σ →∞. (73) Крiм того, iз спiввiдношень (30), (7), (65) та (66) випливає оцiнка H(µ) = O ( 1 + 1 σ3ψ(σ) ) , σ →∞. (74) Спiвставляючи (73) та (74), iз (32) бачимо, що 1∫ 0 |µ(1− v)− µ(1 + v)| v dv = O ( 1 + 1 σ3ψ(σ) ) , σ →∞. (75) Таким чином, перетворення µ̂β(t) вигляду (13) функцiї µ, заданої спiввiдношен- ням (7), є сумовним на всiй дiйснiй осi. Тодi iз спiввiдношення (14) випливає E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) (ϕ̂β(t) + µ̂β(t)) dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ = = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) ϕ̂β(t)dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ +O (ψ(σ)A(µ)). (76) Враховуючи спiввiдношення (6), (8) та (9), знаходимо +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) ϕ̂β(t)dt = 1 σ2ψ(σ) ( f1(x) + f2(x) 2 ) . (77) Iз (76) та (77) отримуємо E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = 1 σ2 sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥f1(x) + f2(x) 2 ∥∥∥∥ Ĉ +O (ψ(σ)A(µ)) . (78) Крiм того, на пiдставi формул (2.14), (2.15) роботи [17, с. 25], а також спiввiдно- шень (72), (74) та (75) для величини A(µ) справедливою є оцiнка A(µ) = O 1 + 1 σ3ψ(σ) + 1 σ3ψ(σ) σ∫ 1 v2ψ(v)dv + 1 σ2ψ(σ) ∞∫ σ vψ(v)dv . Враховуючи, що ∫ σ 1 v2ψ(v)dv ≥ K, 1 σ3ψ(σ) ∫ σ 1 v2ψ(v)dv ≥ K, отримуємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 686 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО A(µ) = O  1 σ3ψ(σ) σ∫ 1 v2ψ(v)dv + 1 σ2ψ(σ) ∞∫ σ vψ(v)dv . (79) Iз (78) та (79) випливає справедливiсть спiввiдношення (11). Теорему 1 доведено. Зазначимо, що теорему 1 задовольняють, наприклад, функцiї ψ ∈ A, якi при v ≥ 1 мають вигляд ψ(v) = 1 v2 lnα(v+K), деK > 0, α < −1, ψ(v) = 1 vr (K+e−v), ψ(v) = 1 vr lnα(v +K), ψ(v) = 1 vr arctg v, де K > 0, r > 2, α ∈ R. Теорема 2. Якщо ψ ∈ A, функцiя g(v) = v2ψ(v) при v ≥ b ≥ 1 є опуклою донизу i ∫ ∞ 1 vg(v)dv <∞, то при σ →∞ має мiсце асимптотична рiвнiсть E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = 1 σ2 sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥f1(x) + f2(x) 2 ∥∥∥∥ Ĉ +O ( 1 σ3 ) , (80) де f1(x), f2(x) — функцiї вигляду (8) та (9) вiдповiдно. Доведення. Нехай τ(v) = ϕ(v) + µ(v), де функцiї ϕ(v) та µ(v) визначенi формулами (6) та (7) вiдповiдно. Тодi з урахуванням (3) i (5) має мiсце спiввiдно- шення (14): E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) (ϕ̂β(t) + µ̂β(t)) dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ , де ϕ̂β(t) та µ̂β(t) — перетворення вигляду (12) та (13) функцiй ϕ та µ вiдповiдно. Покажемо сумовнiсть на всiй дiйснiй осi перетворень ϕ̂β(t) i µ̂β(t). Доведемо спочатку збiжнiсть iнтеграла A(ϕ) вигляду (15). Для цього роздiлимо промiжок (−∞,+∞) на двi пiдмножини (−σ, σ) i (−∞, σ] ∪ [σ,+∞). Знайдемо оцiнку iнтеграла A(ϕ) вигляду (15) на промiжку (−σ, σ). Враховуючи спiввiдношення (6), зростання функцiї ψ(σv) при v ∈ [ 0, 1 σ ] та беручи до уваги, що ∫ ∞ 1 vg(v)dv <∞, отримуємо σ∫ −σ ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ dt ≤ 2σ ∞∫ 0 |ϕ(v)|dv = = 2σ ψ(σ) ∞∫ 0 ( v2 2 + v σ ) ψ(σv)dv ≤ ≤ 2σψ(1) ψ(σ) 1 σ∫ 0 ( v2 2 + v σ ) dv + 2σ ψ(σ) ∞∫ 1 σ ( v2 2 + v σ ) ψ(σv)dv ≤ K1 σ2ψ(σ) . (81) Знайдемо оцiнку iнтеграла (15) при |t| ≥ σ. Для цього розглянемо iнтеграл∫ ∞ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv на кожному з промiжкiв [0; 1/σ] та [1/σ;∞]: ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 687 ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv =  1 σ∫ 0 + ∞∫ 1 σ ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (82) Оскiльки, як випливає з (6), ϕ(0) = 0, ϕ ( 1 σ ) = 3ψ(1) 2σ2ψ(σ) i при v ∈ [ 0, 1 σ ) ϕ′(0) = 0, ϕ′ ( 1 σ ) = 4ψ(1) + 3ψ′(1− 0) 2σψ(σ) , (83) то, двiчi iнтегруючи частинами перший iнтеграл iз правої частини рiвностi (82), одержуємо 1 σ∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = 3ψ(1) 2tσ2ψ(σ) sin ( t σ + βπ 2 ) + + 4ψ(1) + 3ψ′(1− 0) 2t2σψ(σ) cos ( t σ + βπ 2 ) − 1 t2 1 σ∫ 0 ϕ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (84) Далi, внаслiдок того, що функцiя g(v) = v2ψ(v) є опуклою донизу i ∫ ∞ 1 vg(v)dv < < ∞, мають мiсце спiввiдношення (24) та (25). Тодi, двiчi iнтегруючи частинами другий iнтеграл iз правої частини рiвностi (82) на промiжку [ 1 σ ,∞ ) i враховуючи, що lim v→∞ ϕ(v) = lim v→∞ ϕ′(v) = 0, знаходимо ∞∫ 1 σ ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = = −ϕ ( 1 σ ) sin ( t σ + βπ 2 ) − 1 t ∞∫ 1 σ ϕ′(v) sin ( vt+ βπ 2 ) dv = = − 3ψ(1) 2tσ2ψ(σ) sin ( t σ + βπ 2 ) − − 1 t2 4ψ(1) + 3ψ′(1) 2σψ(σ) cos ( t σ + βπ 2 ) − 1 t2 ∞∫ 1 σ ϕ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (85) Поєднуючи формули (82) – (85), записуємо ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = = 3ψ′(1− 0)− 3ψ′(1) 2t2σψ(σ) cos ( t σ + βπ 2 ) − ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 688 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО − 1 t2 1 σ∫ 0 ϕ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv − 1 t2 ∞∫ 1 σ ϕ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. Звiдси ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ ≤ ≤ 3ψ′(1− 0)− 3ψ′(1) 2t2σψ(σ) + 1 t2 1 σ∫ 0 |ϕ′′(v)|dv + 1 t2 ∞∫ 1 σ |ϕ′′(v)|dv. (86) Враховуючи спiввiдношення (19) та (83), отримуємо 1 σ∫ 0 |ϕ′′(v)|dv = ϕ′ ( 1 σ ) − ϕ′(0) = K σψ(σ) . (87) Далi, беручи до уваги спiввiдношення (18), спадання та опуклiсть донизу функцiї ψ(σv), v ∈ [ 1 σ ,∞ ) , маємо b σ∫ 1 σ |ϕ′′(v)|dv ≤ 1 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ψ(σv)dv + 2σ ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v + 1 σ ) |ψ′(σv)| dv+ + σ2 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v2 2 + v σ ) ψ′′(σv)dv. (88) Неважко переконатися, що σ2 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v2 2 + v σ ) ψ′′(σv)dv = K1 σψ(σ) − σ ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v + 1 σ ) ψ′(σv)dv. Поєднуючи останнє спiввiдношення з нерiвнiстю (88) та врахувуючи, що 1 ψ(σ) b σ∫ 1 σ ψ(σv)dv ≤ (b− 1)ψ(1) σψ(σ) , знаходимо b σ∫ 1 σ |ϕ′′(v)|dv ≤ K2 σψ(σ) + 3σ ψ(σ) b σ∫ 1 σ ( v + 1 σ ) |ψ′(σv)| dv. Тодi, iнтегруючи частинами iнтеграл iз правої частини останньої нерiвностi, маємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 689 b σ∫ 1 σ |ϕ′′(v)|dv ≤ K σψ(σ) . (89) Знову використовуючи формулу (18) та враховуючи, що ψ(v) є спадною при v ∈ [1,∞), lim v→∞ ψ(v) = 0, а також беручи до уваги (24), (25), отримуємо оцiнку iнтеграла 1 t2 ∞∫ 1 σ |ϕ′′(v)|dv ≤ K t2σψ(σ) . З останнього спiввiдношення та з формул (86) – (89) знаходимо∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 ϕ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ ≤ K t2σψ(σ) , а отже, ∫ |t|≥σ |ϕ̂(t)| dt ≤ 2K σ2ψ(σ) . (90) Iз спiввiдношень (81) i (90) випливає така оцiнка iнтеграла A(ϕ) вигляду (15): A(ϕ) = O (1) σ2ψ(σ) . Отже, перетворення ϕ̂β(t) вигляду (12) є сумовним на всiй числовiй осi. Далi переконаємось у сумовностi iнтеграла A(µ) = ∫ ∞ −∞ ∣∣µ̂β(t)∣∣dt, де µ̂β(t) — перетворення вигляду (13) функцiї µ(v). З цiєю метою iнтеграл A(µ) запишемо у виглядi A(µ) = 1 π σ∫ −σ ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ dt + + 1 π ∫ |t|≥σ ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ dt = I1 + I2. (91) Оцiнимо iнтеграл I1: I1 ≤ 1 π σ∫ −σ ∣∣∣∣∣∣∣ 1 σ∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣∣ dt + + 1 π σ∫ −σ ∣∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 1 σ µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣∣ dt = I3 + I4. (92) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 690 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО Використовуючи першi спiввiдношення з (55) i (60), а також те, що ψ(σv) ≤ ψ(1) при v ∈ [ 0, 1 σ ] , отримуємо оцiнку iнтеграла I3: I3 ≤ 1 π σ∫ −σ 1 σ∫ 0 |µ(v)| dvdt ≤ 2σψ(1) πψ(σ) 1 σ∫ 0 ( 2v 3σ2 + v2 σ + v3 2 ) dv = K σ3ψ(σ) . (93) Оскiльки, згiдно з умовою теореми, ∫ ∞ 1 v3ψ(v)dv <∞, то, знову використовуючи першу нерiвнiсть iз (60), знаходимо оцiнку iнтеграла I4: I4 ≤ 1 π σ∫ −σ ∞∫ 1 σ |µ(v)|dvdt = = 2σ πψ(σ)  2 3σ4 ∞∫ 1 vψ(v)dv + 1 σ4 ∞∫ 1 v2ψ(v)dv + 1 2σ4 ∞∫ 1 v3ψ(v)dv  ≤ K σ3ψ(σ) . (94) Об’єднуючи спiввiдношення (92) – (94), записуємо I1 = 1 π σ∫ −σ ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ dt = O (1) σ3ψ(σ) , σ →∞. (95) Оцiнимо iнтеграл I2. Двiчi iнтегруючи частинами i враховуючи те, що µ(0) = 0, µ′(0) = 0, отримуємо 1 σ∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = 1 t µ ( 1 σ ) sin ( t σ + βπ 2 ) + + 1 t2 µ′ ( 1 σ − 0 ) cos ( t σ + βπ 2 ) − 1 t2 1 σ∫ 0 µ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (96) З урахуванням спiввiдношень (24), (25) маємо lim v→∞ µ(v) = 0 i lim v→∞ µ′(v) = 0. Тодi ∞∫ 1 σ µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = = −1 t µ ( 1 σ ) sin ( t σ + βπ 2 ) − 1 t2 µ′ ( 1 σ ) cos ( t σ + βπ 2 ) − − 1 t2 ∞∫ 1 σ µ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (97) Об’єднуючи спiввiдношення (96) та (97), знаходимо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 691 ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = = 1 t2 ( µ′ ( 1 σ − 0 ) − µ′ ( 1 σ )) cos ( t σ + βπ 2 ) − − 1 t2 1 σ∫ 0 µ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv − 1 t2 ∞∫ 1 σ µ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. Згiдно з другою формулою iз (55) одержуємо µ′ ( 1 σ − 0 ) = µ ′ ( 1 σ ) ψ(1) ψ(σ) + µ ( 1 σ ) σψ′(1− 0) ψ(σ) , (98) µ′ ( 1 σ ) = µ ′ ( 1 σ ) ψ(1) ψ(σ) + µ ( 1 σ ) σψ′(1) ψ(σ) . (99) Тому ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv = = 1 t2 µ ( 1 σ ) σ (ψ′(1− 0)− ψ′(1)) ψ(σ) cos ( t σ + βπ 2 ) − − 1 t2  1 σ∫ 0 + ∞∫ 1 σ µ′′(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv. (100) Iз спiввiдношення (100), враховуючи першу нерiвнiсть з (60), отримуємо ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ ≤ K1 t2σ2ψ(σ) + 1 t2 1 σ∫ 0 |µ′′(v)|dv + 1 t2 ∞∫ 1 σ |µ′′(v)|dv. (101) Використовуючи (58), (98) i те, що µ′(0) = 0, знаходимо 1 σ∫ 0 |µ′′(v)|dv = −µ′ ( 1 σ − 0 ) = ∣∣∣∣µ′( 1 σ )∣∣∣∣ ψ(1) ψ(σ) + ∣∣∣∣µ( 1 σ )∣∣∣∣ σψ′(1− 0) ψ(σ) . Звiдси, враховуючи обидва спiввiдношення з (60), отримуємо оцiнку ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 692 Ю. I. ХАРКЕВИЧ, Т. В. ЖИГАЛЛО 1 σ∫ 0 |µ′′(v)|dv ≤ K2 σ2ψ(σ) . (102) Розглянемо другий iнтеграл iз правої частини нерiвностi (101) на кожному iз промiжкiв [ 1 σ , b σ ] та [ b σ ,∞ ) . Врахувавши (56) та мiркуючи, як i при доведеннi спiввiдношення (62), одержуємо b σ∫ 1 σ |µ′′(v)|dv ≤ K3 σ2ψ(σ) . (103) На пiдставi (63), враховуючи, що lim v→∞ µ′(v) = 0, та беручи до уваги друге спiввiд- ношення з (55) i нерiвностi (60), маємо ∞∫ b σ |µ′′(v)|dv = − ∞∫ b σ dµ′(v) = µ′ ( b σ ) ψ(b) ψ(σ) + ∣∣∣∣µ( b σ )∣∣∣∣ σ|ψ′(b)|ψ(σ) ≤ K4 σ2ψ(σ) . (104) Iз спiввiдношень (101) – (104) випливає∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ ≤ K t2σ2ψ(σ) . Тодi I2 = 1 π ∫ |t|≥σ ∣∣∣∣∣∣ ∞∫ 0 µ(v) cos ( vt+ βπ 2 ) dv ∣∣∣∣∣∣ dt = O ( 1 σ3ψ(σ) ) , σ →∞. (105) Поєднуючи спiввiдношення (91), (95) та (105), записуємо оцiнку iнтеграла A(µ) = = ∫ ∞ −∞ |µ̂β(t)| dt при σ →∞ A(µ) = O ( 1 σ3ψ(σ) ) . (106) Отже, перетворення µ̂β(t) вигляду (13) є сумовним на дiйснiй осi. Оскiльки перетворення ϕ̂β(t) i µ̂β(t) є сумовними на всiй числовiй осi, то має мiсце спiввiдношення E ( Ĉψβ,∞;Bσ ) Ĉ = sup f∈Ĉψβ,∞ ∥∥∥∥∥∥ψ(σ) +∞∫ −∞ fψβ ( x+ t σ ) ϕ̂β(t)dt ∥∥∥∥∥∥ Ĉ +O (ψ(σ)A(µ)) . Звiдси на пiдставi спiввiдношень (77) та (106) отримуємо, що при σ → ∞ має мiсце асимптотична рiвнiсть (80). Теорему 2 доведено. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5 НАБЛИЖЕННЯ ФУНКЦIЙ IЗ КЛАСУ Ĉψβ,∞ БIГАРМОНIЧНИМИ ОПЕРАТОРАМИ ... 693 Зазначимо, що умови теореми 2 задовольняють, зокрема, функцiї ψ ∈ A, якi при v ≥ 1 мають вигляд ψ(v) = lnα(v +K) vr , ψ(v) = 1 vr (K + e−v), де r > 4, K > 0, α ∈ R, а також ψ(v) = vre−Kv α , α > 0, K > 0, r ∈ R. 1. Степанец А. И. Классы функций, заданные на действительной оси, и их приближение целыми функциями. I // Укр. мат. журн. – 1990. – 42, № 1. – С. 102 – 112. 2. Степанец А. И. Классы функций, заданные на действительной оси, и их приближение целыми функциями. II // Там же. – № 2. – С. 210 – 222. 3. Степанец А. И. Методы теории приближения. – Киев: Ин-т математики НАН Украины, 2002. – Ч. 2. – 468 с. 4. Степанец А. И. Классификация и приближение периодических функций. – Киев: Наук. думка, 1987. – 268 с. 5. Степанец А. И. Методы теории приближения. – Киев: Ин-т математики НАН Украины, 2002. – Ч. 1. – 427 с. 6. Каниев С. Об уклонении бигармонических в круге функций от их граничных значений // Докл. АН СССР. – 1963. – 153, № 5.– С. 995 – 998. 7. Дзимистаришвили М. Г. Приближение классов непрерывных функций операторами Зигмунда // Приближение операторами Зигмунда и наилучшее приближение. – Киев, 1989. – С. 3 – 42. – (Препринт / АН УССР. Ин-т математики; 89.25). 8. Дзимистаришвили М. Г. Приближение классов L̂ψβ,1 в метрике L1 // Гармонический анализ и развитие аппроксимационных методов. – Киев: Ин-т математики АН УССР, 1989. – С. 52 – 54. 9. Дзимистаришвили М. Г. О поведении верхних граней уклонений операторов Стеклова. – Киев, 1990. – С. 3 – 29. – (Препринт / АН УССР. Ин-т математики; 90.25). 10. Рукасов В. И. Приближение операторами Валле Пуссена функций, заданных на действитель- ной оси // Укр. мат. журн. – 1992. – 44, № 5. – С. 682 – 691. 11. Рукасов В. I., Чайченко С. О. Наближення операторами Валле Пуссена iнтегралiв Пуассона функцiй, заданих на дiйснiй осi // Проблеми теорiї наближення функцiй та сумiжнi питання: Пр. Iн-ту математики НАН України. – 2005. – 2, № 2. – С. 228 – 237. 12. Островська О. В. Наближення класiв неперервних функцiй операторами Зигмунда // Наближе- ння класiв неперервних функцiй, заданих на дiйснiй осi. – Київ, 1994. – С. 1 – 15. – (Препринт / НАН України. Iн-т математики; 94.5). 13. Репета Л. А. Приближение функций классов Ĉψβ,∞ операторами вида Uϕ,Fσ // Ряды Фурье: Теория и приложения. – Киев: Ин-т математики НАН Украины, 1992. – С. 147 – 154. 14. Степанець О. I., Соколенко I. В. Наближення операторами Фур’є ψ̄-iнтегралiв функцiй, зада- них на дiйснiй осi // Укр. мат. журн. – 2004. – 56, № 7. – С. 960 – 965. 15. Кальчук I. В. Наближення (ψ, β)-диференцiйовних функцiй, заданих на дiйснiй осi, операто- рами Вейєрштрасса // Там же. – 2007. – 59, № 9. – С. 1201 – 1220. 16. Харкевич Ю. I., Жигалло Т. В. Наближення функцiй, заданих на дiйснiй осi, бiгармонiйними операторами Пуассона // Проблеми теорiї наближення функцiй та сумiжнi питання: Пр. Iн-ту математики НАН України. – 2005. – 2, № 2. – С. 295 – 310. 17. Баусов Л. И. Линейные методы суммирования рядов Фурье с заданными прямоугольными матрицами. I // Изв. вузов. – 1965. – 46, № 3. – С. 15 – 31. Одержано 23.02.07 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 5