Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках

On classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit balls of the spaces Ls,1 ≤ s ≤ ∞, we establish asymptotic equalities for upper bounds of approximations by the Vallée Poussin sums in a uniform metric. Asymptotic equalities are obtained also for the case of approximation by the...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автор: Сердюк, А.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2010
Назва видання:Український математичний журнал
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166293
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:Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках / А.С. Сердюк // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 12. — С. 1672–1686. — Бібліогр.: 35 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-166293
record_format dspace
spelling irk-123456789-1662932020-02-19T01:28:31Z Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках Сердюк, А.С. Статті On classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit balls of the spaces Ls,1 ≤ s ≤ ∞, we establish asymptotic equalities for upper bounds of approximations by the Vallée Poussin sums in a uniform metric. Asymptotic equalities are obtained also for the case of approximation by the Vallée Poussin sums in metrics of the spaces Ls,1 ≤ s ≤ ∞, on classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit ball of the space L₁. On the classes of Poisson integrals of functions belonging to the unit balls of the spaces L s , 1 ≤ s ≤ ∞, we establish asymptotic equalities for upper bounds of approximations by de la Vallée-Poussin sums in the uniform metric. Asymptotic equalities are also obtained for the case of approximation by de la Vallée-Poussin sums in the metrics of the spaces L s , 1 ≤ s ≤ ∞, on the classes of Poisson integrals of functions belonging to the unit ball of the space L₁. 2010 Article Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках / А.С. Сердюк // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 12. — С. 1672–1686. — Бібліогр.: 35 назв. — рос. 1027-3190 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166293 517.5 ru Український математичний журнал Інститут математики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Статті
Статті
spellingShingle Статті
Статті
Сердюк, А.С.
Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
Український математичний журнал
description On classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit balls of the spaces Ls,1 ≤ s ≤ ∞, we establish asymptotic equalities for upper bounds of approximations by the Vallée Poussin sums in a uniform metric. Asymptotic equalities are obtained also for the case of approximation by the Vallée Poussin sums in metrics of the spaces Ls,1 ≤ s ≤ ∞, on classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit ball of the space L₁.
format Article
author Сердюк, А.С.
author_facet Сердюк, А.С.
author_sort Сердюк, А.С.
title Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
title_short Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
title_full Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
title_fullStr Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
title_full_unstemmed Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках
title_sort приближение интегралов пуассона суммами балле пуссена в равномерной и интегральных метриках
publisher Інститут математики НАН України
publishDate 2010
topic_facet Статті
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166293
citation_txt Приближение интегралов Пуассона суммами Балле Пуссена в равномерной и интегральных метриках / А.С. Сердюк // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 12. — С. 1672–1686. — Бібліогр.: 35 назв. — рос.
series Український математичний журнал
work_keys_str_mv AT serdûkas približenieintegralovpuassonasummamiballepussenavravnomernojiintegralʹnyhmetrikah
first_indexed 2025-07-14T21:07:26Z
last_indexed 2025-07-14T21:07:26Z
_version_ 1837658011547467776
fulltext УДК 517.5 А. С. Сердюк (Ин-т математики НАН Украины, Киев) ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА В РАВНОМЕРНОЙ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МЕТРИКАХ On classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit balls of the spaces Ls, 1 ≤ s ≤ ∞, we establish asymptotic equalities for upper bounds of approximations by the Vallée Poussin sums in a uniform metric. Asymptotic equalities are obtained also for the case of approximation by the Vallée Poussin sums in metrics of the spaces Ls, 1 ≤ s ≤ ∞, on classes of the Poisson integrals of functions belonging to the unit ball of the space L1. На класах iнтегралiв Пуассона функцiй, що належать одиничним кулям просторiв Ls, 1 ≤ s ≤ ∞, знайдено асимптотичнi рiвностi для верхнiх меж наближень сумами Валле Пуссена в рiвномiрнiй метрицi. Асимптотичнi рiвностi також встановлено у випадку наближення сумами Валле Пуссена в метриках просторiв Ls, 1 ≤ s ≤ ∞, на класах iнтегралiв Пуассона функцiй, що належать одиничнiй кулi простору L1. Пусть Ls, 1 ≤ s < ∞, — пространство 2π-периодических суммируемых в s-й степени функций f с нормой ‖f‖s = ‖f‖Ls =  2π∫ 0 | f(t) |sdt 1/s ; L∞ — пространство 2π-периодических измеримых и существенно ограниченных функций, в котором норма задана формулой ‖f‖∞ = ess sup t |f(t)|; C — пространство 2π-периодических непрерывных функций, норма в котором за- дана следующим образом: ‖f‖C = max t |f(t)|. Интегралами Пуассона суммируемой функции ϕ(·) называют функции f(x), опре- деляющиеся с помощью равенства f(x) = A0 2 + 1 π 2π∫ 0 ϕ(x− t)Pq,β(t)dt, A0 ∈ R, (1) в котором Pq,β(t) — ядра Пуассона с параметрами q ∈ (0, 1) и β ∈ R, т. е. функции вида Pq,β(t) = ∞∑ k=1 qk cos ( kt− β π 2 ) , q ∈ (0, 1), β ∈ R. (2) Множество всех функций, допускающих представление в виде (1) при ϕ ∈ N, где N — некоторое подмножество из L1, будем обозначать через LqβN. В рамках данной работы в качестве N будут использоваться множества U0 s = { ϕ ∈ Ls : ‖ϕ‖s ≤ 1, ϕ ⊥ 1 } . c© А. С. СЕРДЮК, 2010 1672 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1673 При этом для удобства положим Lqβ,s df = Lqβ,sU 0 s . Пусть f ∈ L и ряд a0 2 + ∞∑ k=1 (ak cos kx+ bk sin kx) является рядом Фурье функции f. Через Sn(f ; x) обозначим частные суммы Фурье порядка n функции f : Sn(f) = Sn(f ; x) = a0 2 + n∑ k=1 (ak cos kx+ bk sin kx). Тригонометрические полиномы вида Vn,p(f) = Vn,p(f ;x) = 1 p n−1∑ k=n−p Sk(f ;x) называются суммами Валле Пусcена функции f с параметрами n и p. При p = 1 полиномы Vn,p(f ;x) являются обычными частными суммами Фурье Sn−1(f ;x) порядка n − 1 функции f. Если же p = n, то суммы Vn,p(f) превращаются в известные суммы Фейера σn−1(f ;x) порядка n− 1 функции f : σn−1(f) = σn−1(f ;x) = 1 n n−1∑ k=0 Sk(f ;x). Исследования аппроксимативных свойств сумм Vn,p(f) были начаты Валле Пус- сеном [1, 2], который впервые оценил величины ‖f − Vn,p(f)‖C через наилучшие приближения тригонометрическими полиномами в равномерной метрике. Впослед- ствии исследования в данном направлении были продолжены в роботах С. М. Ни- кольского [3], С. Б. Стечкина [4, 5], В. Т. Гаврилюк [6], О. Д. Габисонии [7], А. А. Захарова [8] и др. Цель данной работы состоит в нахождении асимптотических равенств для ве- личин E(Lqβ,s;Vn,p)C = sup f∈Lqβ,s ‖f(x)− Vn,p(f ;x)‖C (3) и E ( Lqβ,1;Vn,p ) Ls = sup f∈Lqβ,1 ‖f(x)− Vn,p(f ;x)‖s (4) при n − p → ∞ и произвольных значениях параметров 1 ≤ s ≤ ∞, q ∈ (0, 1) и β ∈ R. Задача о нахождении асимптотических равенств для точных верхних граней приближений суммами Vn,p(f) в равномерной метрике на тех или других функ- циональных классах изучалась многими авторами, среди которых Б. Надь [9, 10], С. М. Никольский [11, 12], С. Б. Стечкин [13], А. В. Ефимов [14, 15], С. А. Теляков- ский [16 – 20], А. Ф. Тиман [21, 22], В. И. Рукасов [23 – 25], Л. А. Островецкий [26] ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1674 А. С. СЕРДЮК и др. Более детально с историей данного вопроса можно ознакомиться, например, по библиографическим комментариям монографий [27 – 29]. Заметим, что данная работа тесно связана с работой автора [30], в которой найдены асимптотические равенства для величины (3) при s = ∞, а также для величины (4) при s = 1. Для формулирования основных результатов работы введем следующие обозна- чения: Kq,p(v) df = 2−1/v ∥∥∥∥∥ √ 1− 2qp cos p t+ q2p 1− 2q cos t+ q2 ∥∥∥∥∥ v , 1 ≤ v ≤ ∞, q ∈ (0, 1), p ∈ N, (5) σ(v, p) df =  1 при v = 1 и p = 1, 2 при 1< v ≤ ∞ и p = 1, 3 при 1 ≤ v ≤ ∞ и p ∈ N\{1}. (6) Теорема 1. Пусть q ∈ (0, 1), β ∈ R, 1 ≤ s ≤ ∞, n, p ∈ N, p ≤ n. Тогда E(Lqβ,s;Vn,p)C = qn−p+1 p ( ‖ cos t‖s′ π1+1/s′ Kq,p(s ′) +O(1) q δ(s) (n− p+ 1)(1− q)σ(s ′,p) ) , (7) где δ(s) = 0 при s = 2, 1 при s ∈ [ 1,∞ ]\{2}, s′ = s s− 1 , величины Kq,p(s ′) и σ(s′, p) определены равенствами (5) и (6) соот- ветственно, а O(1) — величина, равномерно ограниченная по параметрам n, p, q, β и s. Доказательство. Пусть f ∈ Lqβ,s, q ∈ (0, 1), β ∈ R, 1 ≤ s ≤ ∞. В работе [30, c. 100] для отклонения ρn,p(f ;x) df = f(x) − Vn,p(f ;x) получено интегральное представление вида ρn,p(f ;x) = 1 π p π∫ −π ϕ(x− t)Zq(t)Pq,β,n,p(t)dt, (8) в котором Zq(t) df = 1√ 1− 2q cos t+ q2 , q ∈ (0, 1), (9) P q,β,n,p (t) = n∑ k=n−p+1 qk cos ( kt+ θ(t)− β π 2 ) , q ∈ (0, 1), β ∈ R, (10) θ(t) = θ(q, t) определяется формулами 1− q cos t√ 1− 2q cos t+ q2 = cos θ(t), (11) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1675 q sin t√ 1− 2q cos t+ q2 = sin θ(t), (12) а функция ϕ связана с f с помощью равенства (1). В силу формул (3) и (8) и инвариантности множеств U0 s относительно сдвига аргумента получаем E(Lqβ,s;Vn,p)C = 1 π p sup ϕ∈U0 s ∥∥∥∥∥∥ π∫ −π ϕ(x− t)Zq(t)Pq,β,n,p(t)dt ∥∥∥∥∥∥ C = = 1 π p sup ϕ∈U0 s π∫ −π ϕ(t)Zq(t)Pq,β,n,p(t)dt. (13) Согласно соотношениям двойственности (см., например, [31, c. 27]) для произволь- ной функции u ∈ Ls′ , 1 ≤ s′ ≤ ∞, inf λ∈R ‖u(t)− λ‖s′ = sup  2π∫ 0 u(t)y(t)dt : ‖y‖s ≤ 1, 2π∫ 0 y(t) dt = 0 , 1 s + 1 s′ = 1. (14) Применив равенство (14) при u(t) = Zq(t)Pq,β,n,p(t) и y(t) = ϕ(t), равенства (13) можно продолжить: 1 π p sup ϕ∈U0 s π∫ −π ϕ(t)Zq(t)Pq,β,n,p(t)dt = 1 π p inf λ∈R ‖Zq(t)Pq,β,n,p(t)− λ‖s′ . (15) В работе [30, с. 101] функция P q,β,n,p (t) вида (10) была представлена следующим образом: P q,β,n,p (t) = qn−p+1Zq(t) ( cos ( (n− p+ 1)t− β π 2 ) Gp,q(t)− − sin ( (n− p+ 1)t− β π 2 ) Hp,q(t) ) , (16) где Gp,q(t) df = cos 2θ(t)− qp cos(p t+ 2θ(t)), (17) Hp,q(t) df = sin 2θ(t)− qp sin(p t+ 2θ(t)). (18) Далее нам понадобится следующее утверждение из работы [32, c. 1083]. Лемма 1. Пусть 1 ≤ v ≤ ∞ и 2π-периодические функции g(t) и h(t) имеют ограниченную вариацию, если v = 1, или принадлежат классу Гельдера KH1, если 1 < v ≤ ∞. Тогда для функции ϕ(t) = g(t) cos(mt+ α) + h(t) sin(mt+ α), α ∈ R, m ∈ N, выполняются асимптотические (при m→∞) формулы ‖ϕ‖v = (2π)−1/v ‖ cos t‖v‖r‖v +O(1)Mm−1, (19) inf c∈R ‖ϕ− c‖v = (2π)−1/v ‖ cos t‖v‖r‖v +O(1)Mm−1, (20) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1676 А. С. СЕРДЮК 1 2 sup λ∈R ‖ϕ(t+ λ)− ϕ(t)‖v = (2π)−1/v ‖ cos t‖v‖r‖v +O(1)Mm−1, (21) в которых r(t) = √ g2(t) + h2(t), (22) M =Mv =  π∨ −π (g) + π∨ −π (h) при v = 1, K + v−1‖r‖1−vs π∨ −π (rv) при 1 < v <∞, K при v =∞, (23) а величины O(1) равномерно ограничены относительно всех рассматриваемых параметров. Для оценки величины, находящейся в правой части формулы (15), приме- ним лемму 1, положив в ее условиях ϕ(t) = q−n+p−1 Zq(t)Pq,β,n,p(t), g(t) = = Z2 q(t)Gp,q(t), h(t) = −Z2 q(t)Hp,q(t), m = n− p+ 1, α = −β π 2 и v = s′. С учетом того, что√( Z2 q(t)Gp,q(t) )2 + ( Z2 q(t)Hp,q(t) )2 = Z2 q(t) √ G2 p,q(t) +H2 p,q(t) = = Z2 q(t) √ 1− 2qp cos p t+ q2p = Z2 q(t) Zqp(p t) , из формулы (20) получаем inf λ∈R ∥∥Zq(t)Pq,β,n,p(t)− λ∥∥s′ = qn−p+1 inf c∈R ∥∥q−n+p−1Zq(t)Pq,β,n,p(t)− c∥∥s′ = = qn−p+1 ( ‖ cos t‖s′ (2π)1/s′ ∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥ s′ +O(1) Ms′,p n− p+ 1 ) , (24) где Ms′,p =  π∨ −π (Z2 q Gp,q) + π∨ −π (Z2 qHp,q) при s′ = 1,∥∥(Z2 q Gp,q) ′‖C + ‖(Z2 qHp,q) ′ ∥∥ C + + 1 s′ ∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp (p t) ∥∥∥∥1−s′ s′ π∨ −π ( Z2 s′ q (t) Zs′ qp (p t) ) при 1 <s′ <∞, ‖(Z2 q Gp,q) ′‖C + ‖(Z2 qHp,q) ′‖C при s′ =∞. (25) Найдем оценку сверху величины Ms′,p из (25). Рассмотрим сначала случай s′ = 1. Как следует из формул (29), (37) и (38) работы [30, c. 102, 103] Ms′,p =M1,p = π∨ −π (Z2 q Gp,q) + π∨ −π (Z2 qHp,q) =  O(1) q 1− q при p = 1, O(1) q (1− q)3 при p = 2, 3, . . . . (26) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1677 Пусть теперь s′ =∞. Поскольку согласно (17) и (18)( Gp,q(t) )′ = p qp sin(p t+ 2 θ(t))− 2 θ′(t)Hp,q(t),( Hp,q(t) )′ = −p qp cos(p t+ 2 θ(t)) + 2 θ′(t)Gp,q(t) и, кроме того, в силу (11) и (12) θ′(t) = q(cos t− q)Z2 q(t), окончательно получаем( Gp,q(t) )′ = p qp sin(p t+ 2 θ(t))− 2 q(cos t− q)Z2 q(t)Hp,q(t), (27)( Hp,q(t) )′ = −p qp cos(p t+ 2 θ(t)) + 2 q(cos t− q)Z2 q(t)Gp,q(t). (28) Далее, используя равенство ( Z2 q(t) )′ = −2Z2 q(t)hq(t), (29) а также формулы (27) и (28), находим( Z2 q(t)Gp,q(t) )′ = −2Z2 q(t)Gp,q(t)hq(t) + p qp Z2 q(t) sin(p t+ 2 θ(t))− −2 q((cos t− q)Z2 q(t))(Z 2 q(t)Hp,q(t)), (30)( Z2 q(t)Hp,q(t) )′ = −2Z2 q(t)Hp,q(t)hq(t)− p qp Z2 q(t) cos(p t+ 2 θ(t))+ +2 q((cos t− q)Z2 q(t))(Z 2 q(t)Gp,q(t)). (31) В силу того, что ‖hq(t)‖C ≤ q 1− q , (32) ‖Z2 q(t)‖C = 1 (1− q)2 , (33) ∥∥(cos t− q)Z2 q(t) ∥∥ C = 1 1− q , (34) на основании равенств (30) имеем∥∥(Z2 q(t)Gp,q(t)) ′∥∥ C ≤ 2‖Z2 q(t)‖C(1 + qp)‖hq(t)‖C + p qp‖Z2 q(t)‖C + + 2 q ∥∥(cos t− q)Z2 q(t) ∥∥ C (1 + qp)‖Z2 q(t)‖C = = ‖Z2 q(t)‖C ( 2(1 + qp)‖hq(t)‖C + p qp + 2q(1 + qp)‖(cos t− q)Z2 q(t)‖C ) ≤ ≤ 1 (1− q)2 ( 4q 1− q + p qp + 4 q 1− q ) = = 1 (1− q)2 ( 8 q 1− q + p qp ) = O(1) q (1− q)3 . (35) Аналогично, в силу (31) – (34) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1678 А. С. СЕРДЮК∥∥(Z2 q(t)Hp,q(t)) ′∥∥ C ≤ 2‖Z2 q(t)‖C(1 + qp)‖hq(t)‖C + p qp‖Z2 q(t)‖C + + 2 q ∥∥(cos t− q)Z2 q(t)‖C (1 + qp)‖Z2 q(t)‖C = = ‖Z2 q(t)‖C ( 2(1 + qp)‖hq(t)‖C + p qp + 2q(1 + qp)‖(cos t− q)Z2 q(t)‖C ) ≤ ≤ 1 (1− q)2 ( 8 q 1− q + p qp ) = O(1) q (1− q)3 . (35′) Итак, согласно (25), (35) и (35′), при s′ =∞ Ms′,p =M∞,p = ∥∥(Z2 q Gp,q) ′∥∥ C + ∥∥(Z2 qHp,q) ′∥∥ C = O(1) q (1− q)3 . При p = 1 последняя оценка может быть улучшена. В этом случае (см. [30, c. 102]) Z2 q(t)Gp,q(t) = gq(t), Z2 q(t)Hp,q(t) = hq(t) (36) и поскольку (gq(t)) ′ < q (1− q)2 , (hq(t)) ′ < q (1− q)2 , то Ms′,p =M∞,1 = ∥∥(Z2 q G1,q) ′∥∥ C + ∥∥(Z2 qH1,q) ′∥∥ C = O(1) q (1− q)2 . Таким образом, окончательно можем записать Ms′,p =M∞,p = ∥∥(Z2 q Gp,q) ′∥∥ C + ∥∥(Z2 qHp,q) ′∥∥ C = =  O(1) q (1− q)2 при p = 1, O(1) q (1− q)3 при p = 2, 3, . . . . (37) Пусть, наконец, 1 < s′ <∞. Поскольку Z′q(t) = −hq(t)Zq(t), (38) то (( Z2 q(t) Zqp(p t) )s′)′ = s′ ( Z2 q(t) Zqp(p t) )s′−1 2Zq(t)Z′q(t)Zpq(p t)− Z2 q(t)Z′qp(p t)p Z2 qp(p t) = = s′ Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) ( p hqp(p t)− 2hq(t) ) . (39) Следовательно, в силу (39) π∨ −π ( Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) ) = π∫ −π ∣∣∣∣∣ ( Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) )′ ∣∣∣∣∣ dt = = π∫ −π ∣∣∣∣∣ s′ Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) (p hqp(p t)− 2hq(t)) ∣∣∣∣∣ dt ≤ ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1679 ≤ s′ ( p‖hqp(p t)‖C + 2‖hq(t)‖C ) π∫ −π Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) dt = = s′ ( p‖hqp(p t)‖C + 2‖hq(t)‖C )∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥s′ s′ . (40) Объединяя формулы (32) и (40), записываем неравенство π∨ −π ( Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) ) ≤ s′ ( p qp 1− qp + 2 q 1− q )∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥s′ s′ < 3 s′q 1− q ∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥s′ s′ . (41) Кроме того, с учетом (33) и очевидного равенства∥∥∥∥ 1 Zqp(p t) ∥∥∥∥ C = 1 + qp (42) получаем ∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥ s′ ≤ (1 + qp)‖Z2 q(t)‖s′ ≤ (2π)1/s ′ 1 + qp (1− q)2 . (43) С учетом (41) и (43) при произвольных 1 < s′ <∞ справедлива оценка 1 s′ ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ 1−s′ s′ π∨ −π ( Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) ) = O(1) q (1− q)3 . (44) Сопоставляя формулы (25), (37) и (44), при 1 < s′ <∞ получаем Ms′,p = ∥∥(Z2 q Gp,q) ′∥∥ C + ∥∥(Z2 qHp,q) ′∥∥ C + + 1 s′ ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ 1−s′ s′ π∨ −π ( Z2s′ q (t) Zs ′ qp(p t) ) = O(1) q (1− q)3 . При p = 1 последняя оценка может быть улучшена. Действительно, в силу равенств (36) и (25), а также соотношений (60) из работы [32, c. 1088] получаем Ms′,1 = ‖g′q‖C + ‖h′q‖C + 1 s′ ‖Zq‖1−s ′ s′ π∨ −π (Zs ′ q (t)) = O(1) q (1− q)2 , 1 < s′ <∞. Итак, окончательно имеем Ms′,p =  O(1) q (1− q)2 при p = 1, O(1) q (1− q)3 при p = 2, 3, . . . , 1 < s′ <∞. (45) Исходя из соотношений (13), (15), (26), (37) и (45) получаем равенство E(Lqβ,s;Vn,p)C = = qn−p+1 π p ( ‖ cos t‖s′ (2π)1/s′ ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ s′ +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(s′,p) ) , (46) 1 ≤ s ≤ ∞, p ∈ N, q ∈ (0, 1), β ∈ R. В случае s = 2 вместо оценки (46) для величины E(Lqβ,s;Vn,p)C можем записать ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1680 А. С. СЕРДЮК точное равенство. Для этого, опираясь на формулы (3) и (15), а также на равен- ства (8) работы [30, c. 99], находим E(Lqβ,2;Vn,p)C = 1 π inf λ∈R ∥∥∥∥∥∥1p n−1∑ k=n−p ∞∑ j=k+1 qj cos ( jt− β π 2 ) − λ ∥∥∥∥∥∥ 2 = = 1 π inf λ∈R ∥∥∥∥∥∥1p n−1∑ k=n−p+1 (k − n+ p)qk cos ( kt− β π 2 ) + ∞∑ k=n qk cos ( kt− β π 2 ) − λ ∥∥∥∥∥∥ 2 = = 1√ π inf λ∈R λ2 + 1 p2 n−1∑ k=n−p+1 (k − n+ p)2 q2k + ∞∑ k=n q2k 1/2 = = 1√ π ( q2(n−p) p2 p−1∑ k=1 k2 q2k + ∞∑ k=n q2k )1/2 . (47) Поскольку для произвольных l ∈ N и ρ ∈ (0, 1) l∑ k=1 k2 ρk = ρ(1 + ρ)− ρl+1((l + 1)2 − (2l2 + 2l − 1)ρ+ l2 ρ2) (1− ρ)3 (48) (см., например, [33, c. 603]), положив в (48) l = p− 1, ρ = q2, получим q2(n−p) p2 p−1∑ k=1 k2 q2k + ∞∑ k=n q2k = = q2(n−p)(q2(1 + q2)− q2p(p2 − q2(2p2 − 2p− 1) + q4(p− 1)2)) p2(1− q2)3 + q2n 1− q2 = = q2(n−p)(q2(1 + q2)− q2p(q2(2p+ 1) + q4(1− 2p))) p2(1− q2)3 = = q2(n−p+1)(1 + q2 − q2p(2p+ 1− q2(2p− 1))) p2(1− q2)3 . (49) Из (47) и (49) следует равенство E(Lqβ,2;Vn,p)C = qn−p+1 √ π p √ 1 + q2 − q2p(2p+ 1− q2(2p− 1)) (1− q2)3 . (50) Для того чтобы убедиться в справедливости формулы (7) при s = 2, достаточно заметить, что 1 π π∫ 0 1− 2qp cos pt+ q2p (1− 2q cos t+ q2)2 dt = 1 + q2 − q2p(2p+ 1− q2(2p− 1)) (1− q2)3 (51) (см., например, формулы 3.616.2 и 3.616.7 из [34, c. 382, 383]). Объединяя оценку (46) с равенствами (50) и (51), приходим к формуле (7). Теорема 1 доказана. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1681 Рассмотрим некоторые частные случаи теоремы 1. При s = 2 формула (7) превращается в точное равенство (50), которое при p = 1 (случай приближения суммами Фурье Sn−1(f)) принимает вид E(Lqβ,2;Sn−1)C = qn√ π(1− q2) , q ∈ (0, 1), β ∈ R, n ∈ N, (52) а при p = n (приближение суммами Фейера σn−1(f)) E(Lqβ,2;σn−1)C = = q n √ π √ 1 + q2 − q2n(2n+ 1− q2(2n− 1)) (1− q2)3 , q ∈ (0, 1), β ∈ R, n ∈ N. (53) При произвольных 1 ≤ s ≤ ∞ и p = 1 из формулы (7) получаем равенство E(Lqβ,s;Sn−1)C = = qn ( ‖ cos t‖s′ π1+1/s′21/s′ ∥∥∥∥∥ 1√ 1− 2q cos t+ q2 ∥∥∥∥∥ s′ +O(1) qδ(s) n(1− q)σ(s′,1) ) . (54) Равенство (54) доказано в работе [32]. При s =∞ из (54) следует асимптотическое при n→∞ равенство E(Lqβ,∞;Sn−1)C = qn ( 8 π2 K(q) +O(1) q n(1− q) ) , (55) где K(q) = π/2∫ 0 dt√ 1− q2 sin2 t = 1 2 Kq,1(1) — полный эллиптический интеграл первого рода. Асимптотическая формула (55) отражает результат С. М. Никольского [12, c. 222, 223] с улучшенной С. Б. Стечки- ным [13, c. 139] оценкой остаточного члена. Поскольку при s′/2 ∈ N (см. [34, c. 382]) 1 21/s′ ∥∥∥∥∥ 1√ 1− 2q cos t+ q2 ∥∥∥∥∥ s′ = = π1/s′√ 1− q2 s′/2−1∑ k=0 (s′/2 + k − 1)! (k!)2(s′/2− k − 1)! ( q2 1− q2 )k1/s′ (56) и (см. [34, c. 383]) ‖ cos t‖s ′ s′ = 2π(s′ − 1)!! (s′)!! , (57) вследствие (54) для всех s таких, что s 2(s− 1) ∈ N, ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1682 А. С. СЕРДЮК E ( Lqβ,s;Sn−1 ) C = = qn ( 21/s ′ π1/s √ 1− q2  (s′ − 1)!! (s′)!! s′/2−1∑ k=0 (s′/2 + k − 1)! (k!)2(s′/2− k − 1)! ( q2 1− q2 )k1/s ′ + +O(1) qδ(s) n(1− q)σ(s′,1) ) . (58) В частности, при s = 2 из (58) следует равенство (52), при s = 4 3 (s′ = 4) — равенство вида E(Lq β, 43 ;Sn−1)C = qn ( 31/4 21/2π3/4 √ 1− q2 ( 1 + q2 1− q2 )1/4 +O(1) q n(1− q)2 ) , (59) при s = 6 5 (s′ = 6) — равенство E ( Lq β, 65 ;Sn−1 ) C = qn ( 51/6 21/2π5/6 √ 1− q2 ( 1 + 4q2 + q4 1− 2q2 + q4 )1/6 +O(1) q n(1− q)2 ) , (60) и т. д. Формулы (52), (54), (58) – (60) приведены в работе автора [32]. При s =∞ и 1 ≤ p ≤ n, p, n ∈ N из формулы (7) следует равенство E ( Lqβ,∞;Vn,p ) C = = qn−p+1 p ( 4 π2 π∫ 0 √ 1− 2qp cos pt+ q2p 1− 2q cos t+ q2 dt+O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(1,p) ) , (61) полученное автором в [30, c. 99]. Теорема 2. Пусть q ∈ (0, 1), β ∈ R, 1 ≤ s ≤ ∞, n, p ∈ N, p ≤ n. Тогда E ( Lqβ,1;Vn,p ) Ls = = qn−p+1 p ( ‖ cos t‖s π1+1/s Kq,p(s) +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(s,p) ) , (62) где величины Kq,p(s) и σ(s, p) определены равенствами (5) и (6) соответственно, а O(1) — величина, равномерно ограниченная по параметрам n, p, q, β и s. Доказательство. Пусть f ∈ Lqβ,1. В силу формул (4) и (8) получаем представ- ление E ( Lqβ,1;Vn,p ) Ls = 1 π p sup ϕ∈U0 1 ∥∥∥∥∥∥ π∫ −π ϕ(x− t)Zq(t)Pq,β,n,p(t)dt ∥∥∥∥∥∥ s , (63) в котором функции Zq(t) и P q,β,n,p (t) определены формулами (9) и (10) соответ- ственно. Далее нам понадобится следующее утверждение из работы [35, c. 1398]. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1683 Лемма 2. Пусть K(t) ∈ Ls, 1 ≤ s ≤ ∞. Тогда для величины E(K)Ls = sup ϕ∈U0 1 ∥∥∥∥∥∥ π∫ −π ϕ(x− t)K(t)dt ∥∥∥∥∥∥ s (64) выполняются соотношения 1 2 sup λ∈R ‖K(·)−K(·+ λ)‖s ≤ E(K)Ls ≤ ‖K‖s. (65) Полагая в условиях леммы 2 K(t) = Zq(t)Pq,β,n,p(t) и учитывая равенство (63), получаем соотношение 1 2πp sup λ∈R ∥∥Zq(·)Pq,β,n,p(·)− Zq(·+ λ)P q,β,n,p (·+ λ) ∥∥ s ≤ ≤ E ( Lqβ,1;Vn,p ) Ls ≤ 1 πp ∥∥Zq(·)Pq,β,n,p(·)∥∥s, 1 ≤ s ≤ ∞. (66) В силу леммы 1, в условиях которой положено ϕ(t) = q−n+p−1Zq(t)Pq,β,n,p(t), g(t) = Z2 q(t)Gp,q(t), h(t) = −Z2 q(t)Hp,q(t), m = n − p + 1, α = −β π 2 и v = s (функции Gp,q(t) и Hp,q(t) определены соответственно равенствами (17) и (18)), а также формул (24), (25), (26), (37) и (45) для произвольных q ∈ (0, 1), β ∈ R, 1 ≤ s ≤ ∞ и p = 1, 2, . . . , n имеем 1 2 sup λ∈R ∥∥Zq(·)Pq,β,n,p(·)− Zq(·+ λ)P q,β,n,p (·+ λ) ∥∥ s = = qn−p+1 ( ‖ cos t‖s (2π)1/s ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ s +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(s,p) ) , (67) inf λ∈R ∥∥Zq(·)Pq,β,n,p(·)− λ∥∥s = = qn−p+1 ( ‖ cos t‖s (2π)1/s ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ s +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(s,p) ) , (68) ∥∥Zq(·)Pq,β,n,p(·)∥∥s = = qn−p+1 ( ‖ cos t‖s (2π)1/s ∥∥∥∥∥ Z2 q(t) Zqp(p t) ∥∥∥∥∥ s +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(s,p) ) , (69) где σ(s, p) определена формулой (6), а величины O(1) равномерно ограничены по n, p, s, q и β. Из формул (66) – (69) следует (62). Теорема 2 доказана. Сопоставление асимптотических формул (7) и (60) позволяет записать предель- ное соотношение lim n−p→∞ E(Lqβ,s′ ;Vn,p)C E(Lqβ,1;Vn,p)Ls = 1, q ∈ (0, 1), β ∈ R, 1 ≤ s ≤ ∞, 1 s + 1 s′ = 1. (70) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1684 А. С. СЕРДЮК Рассмотрим некоторые частные случаи теоремы 2. При s = 2 формула (62) с учетом равенства (51) обращается в асимптотическое при n− p→∞ равенство E ( Lqβ,1;Vn,p ) L2 = qn−p+1 p ( 1 π1/2 √ 1 + q2 − q2p(2p+ 1− q2(2p− 1)) (1− q2)3 + + O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(2,p) ) , (71) которое при p = 1 принимает вид E(Lqβ,1;Sn−1)L2 = qn ( 1 π1/2 √ 1− q2 +O(1) q n(1− q)2 ) . (72) Формула (72) приведена в работе [35, c. 1402]. При произвольных 1 ≤ s ≤ ∞ и p = 1 из формулы (62) получаем равенство E(Lqβ,1;Sn−1)Ls = qn ( ‖ cos t‖s π1+1/s21/s ∥∥∥∥∥ 1√ 1− 2q cos t+ q2 ∥∥∥∥∥ s +O(1) q n(1− q)σ(s,1) ) . (73) Равенство (73) установлено в работе [35]. Там же приведены несколько частных случаев формулы (73). В частности, при s = 1 из (73) следует асимптотическое при n→∞ равенство E(Lqβ,1;Sn−1)L1 = qn ( 8 π2 K(q) +O(1) q n(1− q) ) , (74) где K(q) — полный эллиптический интеграл первого рода. Асимптотическое ра- венство (74) отражает известный результат С. М. Никольского [12, c. 222, 223] с улучшенной С. Б. Стечкиним [13, c. 139] оценкой остаточного члена. При s 2 ∈ N из равенств (56), (57) и (73) следует оценка E(Lqβ,1;Sn−1)Ls = = qn ( 21/s π(s−1)/s √ 1− q2  (s− 1)!! s!! s/2−1∑ k=0 (s/2 + k − 1)! (k!)2(s/2− k − 1)! ( q2 1− q2 )k1/s + +O(1) q n(1− q)2 ) , которая при s = 2 обращается в равенство (72), а при s = 4 и s = 6 — соответ- ственно в равенства E(Lqβ,1;Sn−1)L4 = qn ( 31/4 21/2π3/4 √ 1− q2 ( 1 + q2 1− q2 )1/4 +O(1) q n(1− q)2 ) , ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 ПРИБЛИЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ПУАССОНА СУММАМИ ВАЛЛЕ ПУССЕНА . . . 1685 E(Lqβ,1;Sn−1)L6 = qn ( 51/6 21/2π5/6 √ 1− q2 ( 1 + 4q2 + q4 1− 2q2 + q4 )1/6 +O(1) q n(1− q)2 ) . При s = 1 и 1 ≤ p ≤ n, p, n ∈ N из формулы (62) следует равенство E ( Lqβ,1;Vn,p ) L1 = qn−p+1 p ( 4 π2 π∫ 0 √ 1− 2qp cos pt+ q2p 1− 2q cos t+ q2 dt+ +O(1) q (n− p+ 1)(1− q)σ(1,p) ) , которое было получено автором в [30, c. 104, 105]. 1. La Vallé Poussin Ch. Sur la meilleure approximation des fonctions d’une variable réelle par des expessions d’ordre donné // Compt., Rendus. – 1918. – 166. – S. 799 – 802. 2. La Vallé Poussin Ch. Leçons sur l’approximation des fonctions d’une variable réelle. – Paris: Gautier- Villars, 1919. – 150 p. 3. Никольский С. М. О некоторых методах приближения тригонометрическими суммами // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1940. – 4. – C. 509 – 520. 4. Стечкин С.Б. О суммах Валле Пуссена // Докл. АН СССР. – 1951. – 80. – C. 545 – 548. 5. Steckin S. B. On the approximation of periodic functions by de la Vallee Poussin sums // Anal. Math. – 1978. – 4. – P. 61 – 74. 6. Гаврилюк В. Т. Линейные методы суммирования рядов Фурье и наилучшее приближение // Укр. мат. журн. – 1963. – 15, № 5. – С. 412 – 418. 7. Габисония О. Д. О приближении функций многих переменных целыми функциями// Изв. вузов. Математика. – 1965. – 45, № 2. – С. 30 – 35. 8. Захаров А. А. Об оценке уклонения непрерывных периодических функций от сумм Валле Пуссена // Мат. заметки. – 1968. – 3. – С. 77 – 84. 9. Nagy B. Über gewisse Extremalfragen bei transformierten trigonometrischen Entwicklungen, I. Periodischer Fall // Ber. Math.-phys. Kl. Akad. Wiss. Leipzig. – 1938. – 90. – S. 103 – 134. 10. Nagy B. Sur une classe générale de procédés de sommation pour les séries de Fourier // Hung. Acta Math. – 1948. – 1, № 3. – P. 14 – 52. 11. Никольский С. М. Приближение периодических функций тригонометрическими многочленами // Тр. Мат. ин-та АН СССР. – 1945. – 15. – С. 1 – 76. 12. Никольский С. М. Приближение функций тригонометрическими полиномами в среднем // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1946. – 10. – C. 207 – 256. 13. Стечкин С. Б. Оценка остатка ряда Фурье для дифференцируемых функций // Тр. Мат. ин-та АН СССР. – 1980. – 145. – С. 126 – 151. 14. Ефимов А. В. О приближении периодических функций суммами Валле-Пуссена. I // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1959. – 23, № 5. – С. 737 – 770. 15. Ефимов А. В. О приближении периодических функций суммами Валле-Пуссена. II // Там же. – 1960. – 24, № 3. – С. 431 – 468. 16. Теляковский С. А. Приближение дифференцируемых функций суммами Валле-Пуссена // Докл. АН СССР. – 1958. – 121, № 3. – С. 426 – 429. 17. Теляковский С. А. Приближение функций, дифференцируемых в смысле Вейля, суммами Валле Пуссена // Докл. АН СССР. – 1960. – 131, № 2. – С. 259 – 262. 18. Теляковский С. А. О приближении дифференцируемых функций линейными средними их рядов Фурье // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1960. – 24, № 2. – С. 213 – 242. 19. Теляковский С. А. О нормах тригонометрических полиномов и приближении дифференцируемых функций линейными средними их рядов Фурье. I // Тр. Мат. ин-та АН СССР. – 1961. – 62. – С. 61 – 97. 20. Теляковский С. А. О нормах тригонометрических полиномов и приближении дифференцируемых функций линейными средними их рядов Фурье. II // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1963. – 27, № 2. – С. 253 – 272. 21. Тиман А. Ф. Обобщение некоторых результатов А. Н. Колмогорова и С. М. Никольского // Докл. АН СССР. – 1951. – 81, № 4. – С. 509 – 511. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12 1686 А. С. СЕРДЮК 22. Тиман А. Ф. Теория приближения функций действительного переменного. – М.: Физматгиз, 1960. – 624 с. 23. Рукасов В. И. Приближение функций класса Cψβ,∞ линейными средними их рядов Фурье // Укр. мат. журн. – 1987. – 39, № 4. – С. 478 – 483. 24. Рукасов В. И. Приближения операторами Валле-Пуссена функций, заданных на действительной оси // Укр. мат. журн. – 1992. – 44, № 5. – С. 682 – 690. 25. Рукасов В. И. Приближение суммами Валле-Пуссена классов аналитических функций // Там же. – 2003. – 55, № 6. – С.806 – 816. 26. Островецький Л. А. Про асимптотичнi рiвностi при наближеннi функцiй з класiв Hω сумами Валле-Пуссена // Доп. АН УРСР. Сер. А. – 1979. – № 5. – С. 340 – 342. 27. Степанец А. И. Методы теории приближений: В 2 ч. // Працi Iн-ту математики НАН України. – 2002. – 40, ч. I. – 427 с. 28. Степанец А. И. Методы теории приближений: В 2 ч. // Там же. – Ч. II. – 468 c. 29. Степанец А. И., Рукасов В. И., Чайченко С. О. Приближения суммами Валле-Пуссена // Там же, 2007. – 386 с. 30. Сердюк А. С. Наближення iнтегралiв Пуассона сумами Валле Пуссена // Укр. мат. журн. – 2004. – 56, № 1. – C. 97 – 107. 31. Корнейчук Н. П. Точные константы в теории приближения. – М.: Наука, 1987. – 423 с. 32. Сердюк А. С. Наближення класiв аналiтичних функцiй сумами Фур’є в рiвномiрнiй метрицi // Укр. мат. журн. – 2005. – 57, № 8. – C. 1079 – 1096. 33. Прудников А. П., Брычков Ю. А., Маричев О. И. Интегралы и ряды. Элементарные функции. – М.: Наука, 1981. – 800 с. 34. Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. – М.: Физмат- гиз, 1963. – 1100 с. 35. Сердюк А. С. Наближення класiв аналiтичних функцiй сумами Фур’є в метрицi простору Lp // Укр. мат. журн. – 2005. – 57, № 10. – C.1395 – 1408. Получено 08.07.10 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 12