О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби

Досліджується збіжність рядів Фур'є-Якобі у просторах Lp,A,B у випадку, коли константи Лебега необмежені. The convergence of Fourier–Jacobi series in the spaces L p,A,B is studied in the case where the Lebesgue constants are unbounded....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Український математичний журнал
Datum:2010
Hauptverfasser: Гончаров, С.В., Моторный, В.П., Нитиема, П.К.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут математики НАН України 2010
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166170
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби / С.В. Гончаров, В.П. Моторный, П.К. Нитиема // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 6. — С. 814–828. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166170
record_format dspace
spelling Гончаров, С.В.
Моторный, В.П.
Нитиема, П.К.
2020-02-18T06:36:37Z
2020-02-18T06:36:37Z
2010
О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби / С.В. Гончаров, В.П. Моторный, П.К. Нитиема // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 6. — С. 814–828. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
1027-3190
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166170
517.5
Досліджується збіжність рядів Фур'є-Якобі у просторах Lp,A,B у випадку, коли константи Лебега необмежені.
The convergence of Fourier–Jacobi series in the spaces L p,A,B is studied in the case where the Lebesgue constants are unbounded.
ru
Інститут математики НАН України
Український математичний журнал
Статті
О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
On the mean convergence of Fourier–Jacobi series
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
spellingShingle О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
Гончаров, С.В.
Моторный, В.П.
Нитиема, П.К.
Статті
title_short О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
title_full О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
title_fullStr О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
title_full_unstemmed О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби
title_sort о сходимости в среднем рядов фурье — якоби
author Гончаров, С.В.
Моторный, В.П.
Нитиема, П.К.
author_facet Гончаров, С.В.
Моторный, В.П.
Нитиема, П.К.
topic Статті
topic_facet Статті
publishDate 2010
language Russian
container_title Український математичний журнал
publisher Інститут математики НАН України
format Article
title_alt On the mean convergence of Fourier–Jacobi series
description Досліджується збіжність рядів Фур'є-Якобі у просторах Lp,A,B у випадку, коли константи Лебега необмежені. The convergence of Fourier–Jacobi series in the spaces L p,A,B is studied in the case where the Lebesgue constants are unbounded.
issn 1027-3190
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166170
citation_txt О сходимости в среднем рядов Фурье — Якоби / С.В. Гончаров, В.П. Моторный, П.К. Нитиема // Український математичний журнал. — 2010. — Т. 62, № 6. — С. 814–828. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT gončarovsv oshodimostivsrednemrâdovfurʹeâkobi
AT motornyivp oshodimostivsrednemrâdovfurʹeâkobi
AT nitiemapk oshodimostivsrednemrâdovfurʹeâkobi
AT gončarovsv onthemeanconvergenceoffourierjacobiseries
AT motornyivp onthemeanconvergenceoffourierjacobiseries
AT nitiemapk onthemeanconvergenceoffourierjacobiseries
first_indexed 2025-11-25T14:42:45Z
last_indexed 2025-11-25T14:42:45Z
_version_ 1850515132358066176
fulltext УДК 517.5 В. П. Моторный, С. В. Гончаров (Днепропетр. нац. ун-т), П. К. Нитиема (Ун-т Буркина-Фасо, Уагадугу) О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ The convergence of the Fourier – Jacobi series in the spaces Lp,A,B is investigated in the case where the Lebesgue constants are unbounded. Дослiджується збiжнiсть рядiв Фур’є – Якобi у просторах Lp,A,B у випадку, коли константи Лебега необмеженi. Пусть Pα,βn (x) — многочлены Якоби, ортогональные на отрезке [−1, 1] с весом ρ(x) = (1 − x)α(1 + x)β , α > −1, β > −1. Через Lp,A,B oбозначим пространство измеримых на отрезке [−1, 1] функций f, для которых fw1/p ∈ Lp, где весовая функция w(x) = (1− x)A(1 + x)B , A,B > −1. Норма ‖f‖p,A,B = ‖fw1/p‖p. Если A = B = 0, то ‖f‖p,0,0 = ‖f‖p = {∫ 1 −1 |f(x)|dx }1/p . Через Sα,βn (f) будем обозначать частную сумму порядка n ряда Фурье – Якоби функции f ∈ Lp,α,β . Частные суммы Sα,βn (f) можно рассматривать как опера- тор, действующий в некотором подпространстве X пространства L1 ρ. Норма этого оператора ‖Sα,βn ‖X = sup ‖f‖X≤1 ‖Sα,βn (f)‖X называется константой Лебега. В силу неравенства Лебега∥∥f − Sα,βn (f) ∥∥ X ≤ ( 1 + ‖Sα,βn ‖X ) En(f)X , (1) где En(f)X — наилучшее приближение функции f алгебраическими многочлена- ми степени не выше n в пространстве X. Ограниченность констант Лебега влечет сходимость ряда Фурье – Якоби для любой функции в пространстве X, если в пространстве X имеет место теорема Вейерштрасса, а также определяет порядок сходимости частных сумм ряда Фурье – Якоби Sα,βn (f) к f в пространстве X. В работах Х. Полларда [1, 2], Дж. Неймана и У. Рудина [3], Г. Винга [4] и Б. Маккенхо- упта [5] были выделены пространства интегрируемых с весом функций, в которых константы Лебега ограничены. Наиболее общий результат получен Б. Маккенхоуп- том и формулируется он следующим образом. Теорема 1. Пусть 1 < p < ∞. Тогда для того чтобы ‖Sα,βn ‖p,A,B были ограничены, необходимо и достаточно, чтобы выполнялись неравенства∣∣(α+ 1)/2−A/p− 1/p ∣∣ < min(1/4, (α+ 1)/2), (2)∣∣(β + 1)/2−B/p− 1/p ∣∣ < min(1/4, (β + 1)/2). (3) В [6] показано, что для того чтобы каждая функция f ∈ Lp,A,B имела ряд Фурье – Якоби, соответствующий весу ρ, необходимо и достаточно, чтобы выпол- нялись условия (α+ 1)/2− (A+ 1)/p > −(α+ 1)/2, (β + 1)/2− (B + 1)/p > −(β + 1)/2, (4) c© В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА, 2010 814 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 815 если p > 1, a при p = 1 знак > в (4) следует заменить на ≥. Поскольку A+ 1 > 0, B + 1 > 0, то левые части неравенств (4) меньше соответственно (α + 1)/2 и (β +1)/2. Поэтому вопрос о сходимости рядов Фурье – Якоби в пространствах Lpw следует рассматривать в случаях∣∣(α+ 1)/2− (A+ 1)/p ∣∣ < (α+ 1)/2, ∣∣(β + 1)/2− (B + 1)/p ∣∣ < (β + 1)/2. (5) Отметим, что если α, β ∈ (−1;−1/2] и 1 < p <∞, то в силу (5) условия (2), (3) заведомо имеют место. Поэтому оценку роста констант Лебега сумм Фурье – Якоби следует находить при max{α, β} > −1/2. Первые работы, связанные с разложением функций по ортогональным на отрез- ке [−1; 1] алгебраическим многочленам, в основном посвящены многочленам Ле- жандра. Это прежде всего работы [1 – 4, 7, 8]. В работе [8] для оценки уклонения в пространстве C[−1;1] сумм Фурье – Лежандра от непрерывных или дифференци- руемых функций была использована теорема А. Ф. Тимана об усилении теоре- мы Джексона о наилучшем приближении непрерывных функций алгебраическими многочленами на отрезке. Поведение констант Лебега и функций Лебега сумм Фурье – Якоби в пространстве C[−1;1] было исследовано во многих работах (см., например, [9 – 15]). В этом случае точные по порядку оценки приближений сум- мами Фурье – Якоби непосредственно следуют из неравенства Лебега (1). Как ока- залось (см. [16 – 20]), в случае приближений суммами Фурье – Лежандра, когда 1 ≤ p ≤ 4/3 и p = 4, неравенство Лебега приводит к грубым оценкам. Это можно объяснить тем, что с улучшением дифференциально-разностных свойств функции рост констант Лебега, соответствующих многочленам Лежандра, меньше влияет на порядок стремления к нулю величины ‖f −S0,0 n (f)‖Lp . Для функций с достаточно хорошими дифференциально-разностными свойствами суммы Фурье – Лежандра осуществляют приближение в Lp при 1 < p ≤ 4/3 по порядку не хуже наилуч- шего. Этот результат был установлен с помощью обобщенных констант Лебега, которые введены в [16, 17] при 1 ≤ p ≤ 4/3 и p ≥ 4 следующим образом: D (0,0) n,p,θ = sup ‖f/σ(n,θ)‖p≤1 ∥∥S(0,0) n (f) ∥∥ p , где σ(n, θ, x) = (√ 1− x2 + 1/n )θ , θ > 0. Оценки ‖Sα,βn ‖Lp для 1 ≤ p ≤ 4/3 и p ≥ 4 были получены в работах [16, 17, 19]: ‖S0,0 n ‖Lp � Cp,r  n2/p−3/2, если 1 ≤ p < 4/3, ln(n+ 1), если p = 4/3 или p = 4, n1/p−2/p, если p > 4. (6) Позже в [19] в случаях 1 ≤ p ≤ 4/3 и p ≥ 4 исследовались обобщенные константы Лебега вида B (0,0) n,p,θ = sup ‖f‖p≤1 ‖S(0,0) n (f)σ(n, θ)‖q, где 1p+ 1/q = 1, θ > 0. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 816 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА Известно, что поведение частных рядов Фурье – Якоби на отрезке [a; b]⊂(−1; 1) подобно поведению частных сумм рядов Фурье по тригонометрической системе. Например, ∫ b a ∣∣f(x) − S(α,β) n (f ;x) ∣∣pdx → 0 при n → ∞ для любого p ∈ (1;∞). Следовательно, особенности поведения частных рядов Фурье – Якоби на отрезке [−1, 1], такие как сходимость, неограниченный рост констант Лебега, определя- ются свойствами многочленов Якоби на концах отрезка [−1, 1]. Этим замечани- ем можно мотивировать введение обобщенных констант Лебега. Оказалось, что в случаях, когда обобщенные константы Лебега ограничены (а константы Лебега неограничены) частные суммы рядов Фурье – Лежандра функции f могут осущест- влять приближение функции f по порядку не хуже наилучшего. Это следует из неравенства Лебега и возможности приблизить [18] функцию в пространстве Lp алгебраическими многочленами с весом (√ 1− x2 + 1/n )−θ , по порядку не хуже наилучшего. Действительно, поскольку S0,0 n (Pn;x) = Pn(x) для любого многочле- на Pn(x) степени не выше n, а из определения констант D(0,0) n,p,θ для любой функции f ∈ Lp следует неравенство ‖S0,0 n (f)‖p ≤ D(0,0) n,p,θ‖f/σ(n, θ)‖p, то ∥∥f − S0,0 n (f) ∥∥ p ≤ ‖f − Pn‖p + ∥∥S0,0 n (f − Pn) ∥∥ p ≤ ≤ ‖f − Pn‖p +D (0,0) n,p,θ ∥∥∥∥f − Pnσ(n, θ) ∥∥∥∥ p . (7) Через Hr+γ p , r = 0, 1, . . . , 0 < γ ≤ 1, обозначим класс функций, заданных на отрезке [−1, 1] и имеющих там r-ю производную f (r)(x) ∈ Lp, для которой при любом 0 < h < 1 выполняется неравенство 1−h∫ −1 |f (r)(x)− f (r)(x+ h)|p dx  1/p ≤ Chγ . Известно следующее утверждение [18]. Предложение 1. Для любой функции f ∈ Hr+γ p существует последователь- ность алгебраических многочленов Pn(x) степени не выше n > 2 таких, что∥∥∥∥ f(x)− Pn(x) ( √ 1− x2 + 1/n)r+γ ∥∥∥∥ p ≤ C ln1/p n nr+γ . (8) При этом если под знаком нормы заменить r + γ на меньшее число, то в правой части неравенства lnn можно опустить. В работе [21] получен следующий результат. Предложение 2. Многочлены Pn(x) в предложении 1 можно выбрать так, что в знаменателе дроби, содержащейся в левой части неравенства (8), слагаемое 1/n можно опустить. С использованием неравенства (7) и предложения 1 в [16, 17] получен следую- щий результат. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 817 Теорема 2. Пусть 1 < p ≤ 4/3, f ∈ Hr+γ p , где γ > 1/p − 3/4, если r = 0. Тогда ‖f(x)− S(o,o) n ‖p ≤ ≤ Cp,r  ln(n+ 1) n2γ−2/p+3/2 , если 2/p− 3/2 ≥ γ > 1/p− 3/4, r = 0, n−r−µ, если r + γ > 2/p− 3/2. (9) В настоящей работе изучаются обобщенные константы Лебега для частных сумм Фурье – Якоби в пространствах Lp,A,B и оценки уклонений частных сумм Фурье – Якоби от функций в пространствахLp,A,B . Приведем примеры пространств и классы функций, имеющих достаточно высокую гладкость, для которых частные суммы Фурье – Якоби осуществляют приближение по порядку не хуже наилучшего. Заметим, что это возможно тогда, когда (α+1)/2− (A+1)/p ∈ (−(α+1)/2;−1/4] и (β+1)/2−(B+1)/p ∈ (−(β+1)/2;−1/4]. Если же (α+1)/2−(A+1)/p ∈ [1/4; (α+ 1)/2) или (β + 1)/2− (B + 1)/p ∈ [1/4; (β + 1)/2), то порядок приближения суммами Фурье – Якоби, как и для сумм Фурье – Лежандра, определяется ростом констант Лебега. Для любых n, p, θ, δ, α, β, A, B положим Dα,β,A,B n,p,θ,δ = sup ‖f/ρ(n,θ,δ)‖p,A,B≤1 ‖Sα,βn (f)‖p,A,B , где ρ(n, θ, δ, x) = (√ 1− x+ 1/n )θ(√ 1 + x+ 1/n )δ , θ, δ ∈ R1. Эти константы совпадают с классическими константами Лебега, если γ = δ = 0. Теорема 3. Пусть 1 < p < ∞, q = p/(p − 1), max{α, β} > −1/2, для чисел α, β, A, B выполняется условие (5) и θ ≥ µ = (2A + 2)/p − α − 3/2 ≥ 0, δ ≥ ν = (2B + 2)/p− β − 3/2 ≥ 0. Тогда имеют место неравенства Dα,β,A,B n,p,θ,δ ≤  Cθ,δ, если θ > µ, δ > ν, Cµ,ν ln 1/q n, если θ = µ или δ = ν и µ, ν > 0, C ln(n+ 1), если θ = µ = 0 или δ = ν = 0. (10) Чтобы доказать теорему 3, необходимы следующие вспомогательные утверж- дения. Для многочленов Pα,βn (x) справедливы равенства (см. [22, с. 71]) Pα,βn (x) = (−1)nP β,αn (−x), (11) а также неравенства (см. [22], теорема 7.32.2)∣∣Pα,βn (x) ∣∣ ≤ Cn−1/2(1− x+ n−2)−α/2−1/4, 0 < x < 1. (12) Положим lα,βk = ‖Pα,βn ‖2,α,β . Для любой функции f ∈ Lpρ ряд Фурье – Якоби будет иметь вид ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 818 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА ∞∑ k=0 cρkP α,β k (x), где cρk = 1/lα,βk ∫ 1 −1 f(x)Pα,βk (x)dx — коэффициенты Фурье функции f. Частную сумму Sα,βn (f) ряда Фурье – Якоби можно представить в виде Sα,βn (f ;x) = 1∫ −1 K(α,β) n (x, y)f(y)(1− y)α(1 + y)β dy, (13) а ядро K(α,β) n (x, y) — в виде [5] K(α,β) n (x, y) = αnh1(n, x, y) + βn(h2(n, x, y) + h3(n, x, y)), где h1(n, x, y) = (n+ 1)Pα,βn (x)Pα,βn (y), (14) h3(n, y, x) = h2(n, x, y) n(1− y2)Pα,βn (x)Pα+1,β+1 n−1 (y) x− y , (15) а αn, βn — ограниченные последовательности. Также будем использовать предложения 3 – 5, доказанные в [5]. Предложение 3. Если 1 < p < ∞, r, s < −1 и F (x) = ∫ x 0 |f(t)|dt, то существует постоянная C, не зависящая от f(x), такая, что ∞∫ 0 xr(1 + x)s−rF p(x)dx ≤ C ∞∫ 0 xp+r(1 + x)s−r|f(x)|pdx. Замечание 1. Всюду в дальнейшем через C будем обозначать абсолютные константы, а через Cp, Cθ, Cp,θ — величины, зависящие от указанных индексов, хотя их значения в разных местах могут быть разными. Предложение 4. Если 1 < p < ∞, r, s > −1 и F (x) = ∫ ∞ x |f(t)|dt, то существует постоянная C, не зависящая от f(x), такая, что ∞∫ 0 xr(1 + x)s−rF p(x)dx ≤ C ∞∫ 0 xp+r(1 + x)s−r|f(x)|pdx. Предложение 5. Пусть ω(x) — положительная функция, удовлетворяющая неравенству ω(2n) ≤ Bω(x) ≤ B2ω(2n), x ∈ [2n; 2n+1], n = 0,±1,±2, . . . , где B — некоторая постоянная, и f̃(x) = V.P. ∫ 3x/2 x/2 f(y) x− y dy. Тогда существует постоянная C, зависящая только от f(x) и такая, что ∞∫ 0 ∣∣f̃(x)∣∣pω(x)dx ≤ C ∞∫ 0 |f(x)|pω(x)dx, 1 < p <∞. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 819 В силу (11), чтобы доказать теорему 3, достаточно оценить интегралы Ik = 1∫ −1 ∣∣∣∣∣∣ 1∫ 0 f(y)hk(n, x, y)ρ(y)dy ∣∣∣∣∣∣ p w(x)dx, k = 1, 2, 3. Оценим интеграл I1, использовав представление (14) и оценку (12): I1 = 1∫ −1 ∣∣∣∣∣∣ 1∫ 0 f(y)h1(n, x, y)(1− y)α(1 + y)βdy ∣∣∣∣∣∣ p (1− x)A(1 + x)Bdx ≤ ≤ C  1∫ 0 |f(y)|(1− y + 1/n2)−α/2−1/4(1− y)αdy p× × 1∫ −1 [ (1− x+ 1/n2)−α/2−1/4(1 + x+ 1/n2)−β/2−1/4 ]p (1− x)A(1 + x)Bdx. Первый сомножитель обозначим через I1,1, а второй — через I1,2. Поскольку −αp/2 ≥ 3p/4−A−1 и−βp/2 ≥ 3p/4−B−1, то−αp/2−p/4+A ≥ p/2−1 > −1/2, −βp/2 − p/4 + B ≥ p/2 − 1 > −1/2 и, следовательно, интеграл I1,2 ограничен абсолютной константой. Множитель I1,1 представим в виде I1,1 =  1∫ 0 |f(y)|(1− y + 1/n2)−α/2−1/4+θ/2(1− y)α−A (1− y)A (1− y + 1/n2)θ/2 dy p , затем применим неравенство Гельдера I1,1 ≤ 1∫ 0 |f(y)|p(1− y)A (1− y + 1/n2)pθ/2 dy× ×  1∫ 0 (1− y + 1/n2)−αq/2−q/4+θq/2(1− y)(α−A)q+Ady p/q . Пусть сначала θ > −(α+1)+2(A+1)/p−1/2 ≥ 0. Тогда A+ q(θ/2−α/2−1/4+ + α−A) > −1. Следовательно, в этом случае I1,1 ≤ Cθ ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . Пусть теперь θ = −(α+1)+2(A+1)/p− 1/2 ≥ 0. Тогда A+ q(θ/2−α/2− 1/4+ + α−A) = −1. Следовательно, I1,1 ≤ C lnp/q n ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . Таким образом, ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 820 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА I1 ≤  Cθ ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ > µ, C lnp/q n ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ = µ. (16) Интеграл I2 представим в виде суммы двух интегралов I2 =  −1/2∫ −1 + ∫ 1 −1/2  ∣∣∣∣∣∣ 1∫ 0 f(y)h2(n, x, y)(1− y)α(1 + y)βdu ∣∣∣∣∣∣ p w(x)dx := := I2,1 + I2,2 и сначала оценим I2,1, использовав неравенство (12) для многочленов Якоби, пред- ставление (15) для функции h2(n, x, y) и неравенство |y − x| > 1/2: I2,1 ≤ C −1/2∫ −1  1∫ 0 |f(y)|(1− y)α+1dy (1− y + 1/n2)α/2+3/4 p (1 + x)Bdx (1 + x+ 1/n2)(β/2+1/4)p = = C  1∫ 0 |f(y)|(1− y)α+1(1− y + 1/n2)−α/2−3/4dy p× × −1/2∫ −1 (1 + x+ 1/n2)(−β/2−1/4)p(1 + x)Bdx = K1 ×K2. Интеграл K2 оценивается точно так же, как интеграл I1,2, так как из условия (2B+2)/p−β−3/2 ≥ 0 следует неравенство −pβ/2−p/4+B ≥ p/2−1 > −1/2. Для оценки величины K1 применим неравенство Гельдера: K1 ≤ 1∫ 0 |f(y)|p(1− y)A (1− y + 1/n2)pθ/2 dy× ×  1∫ 0 (1− y + 1/n2)−αq/2+q/4+θq/2(1− y)(α−A)q+Ady p/q . Поскольку θ/2 ≥ (A+1)/p−(α+1)/2−1/2 ≥ 0, тоA+q(θ/2−α/2+1/4+α−A) ≥ ≥ −1+ q/2 > −1. Поэтому второй сомножитель ограничен константой, зависящей от p, и K1 ≤ Cp ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . Следовательно, I2,1 ≤ C ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . (17) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 821 В интеграле I2,2 выполним замену переменных интегрирования, положив u = = n2(1− x); v = n2(1− y). Тогда u ∈ [0; 3n2/2], v ∈ [0;n2] и I2,2 = n−2(1+A) 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣ n2∫ 0 f(y)v1+αφ(n; y)dv (v − u)(u+ 1)α/2+1/4(1 + v)α/2+3/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p uAdu = = n−2(1+A) 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣  u/2∫ 0 + 3u/2∫ u/2 + n2∫ 3u/2  f(y)v1+αφ(n; y)dv (v − u)(1 + v)α/2+3/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p uAdu (u+ 1)p(α/2+1/4) , где φ(n; y), в силу оценок (11), — ограниченная функция. Заменяя сумму вну- тренних интегралов на сумму их модулей и учитывая, что в первом интеграле u− v > u/2, а в третьем v − u > v/3, получаем I2,2 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0  u∫ 0 |f(y)|v1+αdv (1 + v)α/2+3/4 p uA−pdu (u+ 1)p(α/2+1/4) + + 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣ 3u/2∫ u/2 f(y)v1+αφ(n; y)dv (v − u)(1 + v)α/2+3/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p uAdu (u+ 1)p(α/2+1/4) + + 3n2/2∫ 0  n2∫ u |f(y)|vαdv (1 + v)α/2+3/4  p uAdu (u+ 1)p(α/2+1/4)  := := I12 + I22 + I32 . Оценим интеграл I12 , положив A ≤ 0. Тогда r = −p+ A < −1 и s− r = −αp/2− −p/4 ≤ 0, так как α > −1/2. Поэтому s = r−αp/2−p/4 = −p+A−αp/2−p/4 < < −1. Следовательно, можно применить предложение 3. Тогда I12 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(1+α)+Adv (v + 1)p(α+1) ≤ ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvAdv = Cp 1∫ −1/2 |f(y)|p(1− y)Ady. Если A > 0, то в силу неравенства (1 + u)θp/2 ≤ (1 + n2)θp/2, u ∈ [0;n2], θ ≥ ≥ (2A+ 2)/p− α− 3/2 ≥ 0, I12 ≤ Cpn−2(1+A)+θp 3n2/2∫ 0  u∫ 0 |f(y)|v1+αdv (1 + v)α/2+3/4 p u−pdu (1 + u)αp/2+p/4+θp/2−A . Покажем, что в этом случае также выполняются условия предложения 3. Дей- ствительно, r = −p < −1 и s − r = A − αp/2 − p/4 − θp/2 ≤ −1 + p/2, так ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 822 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА как α > −1/2. Следовательно, s ≤ r − 1 + p/2 = −p/2 − 1 < −1. Применяя предложение 3, получаем I12 ≤ Cpn−2(1+A)+θp 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(1+α)dv (1 + v)p(α+1+θ/2)−A . Поскольку (α + 1)/2 − (A + 1)/p > −(α + 1)/2, то α + 1 − (A + 1)/p > 0, следовательно, α+ 1−A/p > 0 и поэтому I12 ≤ Cpn−2(1+A)+θp 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvAdv (1 + v)pθ/2 ≤ Cp ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . (18) Замечание 2. Если (α + 1)/2 − (A + 1)/p = −1/4, то можно не вводить множитель (1 + u)θp/2. Как и в предыдущем случае, положим s − r = −αp/2 − − p/4+A. Так как (α+1)/2− (A+1)/p = −1/4, то αp/2− p/4 = −A− 1+ p/2 и s− r = p/2− 1. Тогда s = r − 1 + p/2 = −p/2− 1 < −1 и, следовательно, можно применить предложение 3. Имеем I12 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(1+α)dv (1 + v)p(α+1)−A ≤ Cp‖f‖ p p,w. (19) Чтобы оценить интеграл I22 , заметим, что функция ω(x) = xA(1 + x)p(α/2+1/4) удовлетворяет условиям предложения 5. Следовательно, I22 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(1+α)+Adv (1 + v)p(α+1) ≤ Cp‖f‖pp,w. (20) Переходя к оценке интеграла I32 = 3n2/2∫ 0  n2∫ u |f(y)|vαdv (1 + v)α/2+3/4  p uAdu (u+ 1)p(α/2+1/4) , отметим, что выполняются условия предложения 4. Действительно, r = A > −1/2, s− r = −p(α/2+1/4) и так как −1/4 ≥ (α+1)/2− (A+1)/p, то s = A−p(α/2+ + 1/4) ≥ p/2− 1 > −1. В силу предложения 4 имеем I32 ≤ 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(α+1)+Adv (1 + v)p(α+1) ≤ Cp‖f‖pp,w. (21) Из неравенств (17) – (21) следует оценка I2 ≤ Cp ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w . (22) Интеграл I3 представим в виде суммы двух интегралов ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 823 I3 = −1/2∫ −1 + 1∫ −1/2  ∣∣∣∣∣∣ 1∫ 0 f(y)h3(n, x, y)(1− y)α(1 + y)βdu ∣∣∣∣∣∣ p w(x)dx := I3,1 + I3,2. Сначала оценим I3,1, использовав неравенство (12) для многочленов Якоби, пред- ставление (15) для функции h3(n, x, y) и неравенство y − x > 1/2 : I3,1 ≤ Cp −1/2∫ −1  1∫ 0 |f(y)|(1− y)αdy (1− y + 1/n2)α/2+1/4 p (1 + x)p+Bdx (1 + x+ 1/n2)(β/2+3/4)p = = Cp  1∫ 0 |f(y)|(1− y)αdy (1− y + 1/n2)α/2+1/4 p× × −1/2∫ −1 (1 + x)p+Bdx (1 + x+ 1/n2)(β/2+3/4)p = CpL1 × L2. Интеграл L2 оценивается точно так же, как интеграл I1,2, так как из условия (2B + 2)/p − β − 3/2 ≥ 0 следует неравенство p + B − pβ/2 − 3p/4 ≥ p − 1 > > 0. Следовательно, интеграл L2 ограничен абсолютной константой. Величина L1 совпадает с L1,1. Таким образом, L3,1 ≤  Cθ ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ > µ, C lnp/q n ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ = µ. (23) В интеграле I3,2 выполним замену переменных интегрирования, положив u = = n2(1− x); v = n2(1− y). Тогда u ∈ [0; 3n2/2], v ∈ [0;n2] и I3,2 = n−2(1+A) 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣ n2∫ 0 f(y)vαφ(n; y)dv (v − u)(u+ 1)α/2+3/4(1 + v)α/2+1/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p uA+pdu = = n−2(1+A) 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣  u/2∫ 0 + 3u/2∫ u/2 + n2∫ 3u/2  f(y)vαφ(n; y)dv (v − u)(1 + v)α/2+1/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p × × uA+pdu (u+ 1)p(α/2+3/4) , где φ(n; y), в силу оценок (12), — ограниченная функция. Заменяя сумму внут- ренних интегралов на сумму их модулей и учитывая, что в первом интеграле u− v > u/2, а в третьем v − u > u/2 и v − u > v/3, получаем I3,2 ≤ Cpn−2(1+A)  3n2/2∫ 0  u∫ 0 |f(y)|vαdv (1 + v)α/2+1/4 p uAdu (u+ 1)p(α/2+3/4) + ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 824 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА + 3n2/2∫ 0 ∣∣∣∣∣∣∣ 3u/2∫ u/2 f(y)vαφ(n; y)dv (v − u)(1 + v)α/2+1/4 ∣∣∣∣∣∣∣ p uA+pdu (u+ 1)p(α/2+3/4) + + 3n2/2∫ 0  n2∫ u |f(y)|vα−1/2dv (1 + v)α/2+1/4  p uA+p/2du (u+ 1)p(α/2+3/4)  := I13 + I23 + I33 . Чтобы оценить интеграл I13 , сначала увеличим его, заменив интеграл по отрез- ку [0;u] на интеграл по отрезку [0;n2], а затем перейдем к старым переменным интегрирования. Тогда I13 ≤ Cp  1∫ 0 |f(y)|(1− y)αdy (1− y + 1/n2)α/2+1/4 p 1∫ −1/2 (1− x)Adx (1− x+ 1/n2)p(α/2+3/4) . Далее рассмотрим три случая. 1. Пусть µ > 0. В этом случае A − αp/2 − 3p/4 > −1 и, следовательно, второй сомножитель не превышает константу Cµ, а первый совпадает с I1,1. Таким образом, L1 3 ≤  Cθ,µ,p ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ > µ, Cµ,p ln p/q n ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ = µ. (24) 2. Пусть µ = 0, θ > 0. В этом случае A− αp/2− 3p/4 = −1 и L1 3 ≤ Cpn−2(1+A)  3n2/2∫ 0  u∫ 0 |f(y)|vα(1 + v)θ/2dv (1 + v)α/2+1/4+θ/2 p uAdu (u+ 1)p(α/2+3/4)  ≤ ≤ Cpn−2(1+A)  3n2/2∫ 0  u∫ 0 |f(y)|vαdv (1 + v)α/2+1/4+θ/2 p uAdu (u+ 1)p(α/2+3/4−θ/2)  ≤ ≤ Cp  1∫ 0 |f(y)|(1− y)αdy (1− y + 1/n2)α/2+1/4+θ/2 p 1∫ −1/2 (1− x)Adx (1− x+ 1/n2)p(α/2+3/4−θ/2) = = CpT1 × T2. Поскольку A−αp/2− 3p/4+ θp/2 > −1, то T2 ≤ Cp,θ, а величину T1 оценим, использовав неравенство Гельдера: T1 =  1∫ 0 |f(y)|(1− y)α−A(1− y)Ady (1− y + 1/n2)α/2+1/4+θ/2 p = ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 825 =  1∫ 0 |f(y)|(1− y)α−A(1− y)A(1− y + 1/n2)θ/2dy (1− y + 1/n2)α/2+1/4+θ p ≤ ≤ 1∫ 0 |f(y)|p(1− y)Ady (1− y + 1/n2)pθ  1∫ 0 (1− y + 1/n2)q(θ/2−α/2−1/4)(1− y)A+q(α−A)dy p/q . Так как из условия µ = 0 следует αp/2 = A − 3p/4 + 1, то qθ/2 + A + q(−α/2 − − 1/4 + α−A) = qθ/2− 1 > −1. Следовательно, в этом случае L1 3 ≤ Cθ,p ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)2θ ∥∥∥∥p p,w . (25) 3. Пусть µ = 0, θ = 0. В этом случае A− αp/2− 3p/4 = −1 и L1 3 ≤ Cp  1∫ 0 |f(y)|(1− y)αdy (1− y + 1/n2)α/2+1/4 p× × 1∫ −1/2 (1− x)Adx (1− x+ 1/n2)p(α/2+3/4) = CpI1,1 × Z. Поскольку Z � ln(n+ 1), если A− αp/2− 3p/4 = −1, а I1,1 ≤ C lnp/q(n+ 1)‖f‖pp,w, если µ = 0, θ = 0, то L1 3 ≤ Cp ln p(n+ 1)‖f‖pp,w. (26) Из неравенств (24) – (26) следует оценка L1 3 ≤  Cθ,µ ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ > µ ≥ 0, Cp ln p/q n ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ = µ > 0, Cp ln p(n+ 1) ∥∥∥∥ f ( √ 1− y + 1/n)θ ∥∥∥∥p p,w , если θ = µ = 0. (27) Чтобы оценить интеграл I23 , заметим, что функция ω(x) = xA+p(1+x)p(α/2+3/4) удовлетворяет условиям предложения 5, поэтому I23 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(1+α)+Adv (1 + v)p(α+1) ≤ Cp‖f‖pp,w. (28) Переходя к оценке интеграла I33 = 3n2/2∫ 0  n2∫ u |f(y)|vα−1/2dv (1 + v)α/2+1/4  p uA+p/2du (u+ 1)p(α/2+3/4) , заметим, что r = A+ p/2 > −1, s− r = −p(α/2 + 3/4). ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 826 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА Так как µ ≥ 0, то−pα/2 ≥ 3p/4−A−1 и, следовательно, s = r−p(α/2+3/4) ≥ ≥ p/2− 1 > −1, т. е. выполняются условия предложения 4, в силу которого I33 ≤ Cpn−2(1+A) 3n2/2∫ 0 |f(y)|pvp(α+1)+Adv (1 + v)p(α+1) = = 1∫ −1/2 |f(y)|p(1− y)Ady ≤ Cp‖f‖pp,w. (29) Из оценок (16), (22), (27) – (29) следует утверждение теоремы. Из теоремы 3 и предложения 2 вытекает следующее утверждение. Теорема 4. Пусть 1 < p < ∞, α = β, µ = ν = (2A + 2)/p − α − 3/2 ≥ 0, A = B ∈ (−1/2; 0), f ∈ Hr+γ p . Тогда имеют место неравенства ∥∥f(x)− S(α,β) n (f) ∥∥ p,A,A ≤  Cγ nr+γ , если γ > µ− 2A p , C ln1/p(n+ 1) n−µ+2A/p+2γ , если µ 2 − A p < γ ≤ µ− 2A p . (30) Чтобы сформулировать следующую теорему, приведем результат М. К. Пота- пова [23] о структурной характеристике классов функций с заданным порядком наилучших приближений. Для этого введем один из вариантов функции обобщен- ного сдвига. Пусть f ∈ Lp,A,B , положим f(x, t, A,B) = 1 φ(A,B) 1∫ 0 1∫ −1 f [ x cos t+ rz sin t √ 1− x2− −(1− r2)(1− x) sin2 t/2 ] (1− r2)A−B−1r2B+1(1− z2)B−1/2dzdr, где φ(A,B) = 1∫ 0 1∫ −1 (1− r2)A−B−1r2B+1(1− z2)B−1/2dzdr, A > B > −1 2 . Предложение 6. Пусть 1 < p < ∞, числа A, B, θ, δ, p и γ таковы, что 0 < γ < 2, θ, δ ≥ 0, γ/2 < 1+1/p+min{−θ/2+A/p,−δ/2+B/p}, A > B > −1/2. Для того чтобы функция f удовлетворяла условию∥∥∥∥ f(x)− f(x, t, A/p,B/p) (1− x+ sin2 t/2)θ/2(1 + x+ sin2 t/2)δ/2 ∥∥∥∥ p,A,B ≤ C1 ∣∣∣∣sin t2 ∣∣∣∣γ , (31) где f(x, t, A/p,B/p) — функция обобщенного сдвига, необходимо и достаточно, чтобы нашлась последовательность алгебраических многочленов Pn(x) таких, что ∥∥∥∥ f(x)− Pn(x) ( √ 1− x+ 1/n)θ( √ 1 + x+ 1/n)δ ∥∥∥∥ p,A,B ≤ C2 nγ . (32) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 О СХОДИМОСТИ В СРЕДНЕМ РЯДОВ ФУРЬЕ – ЯКОБИ 827 Теорема 5. Пусть 1 < p < ∞, A > B > −1/2, числа A, B, θ, δ, p и γ таковы, что 0 < γ < 2, θ ∈ (µ;µ+1/2), δ ∈ (ν; ν+1/2) и для функции f ∈ Lp,A,B выполняется условие (31). Тогда ‖f(x)− S(α,β) n (f)‖p,A,B ≤ C3 (n+ 1)γ . (33) Действительно, из условия теоремы вытекает условие предложения 6 и, следо- вательно, имеет место необходимость предложения 6, а тогда, в силу (10) и (32), выполняется (33). Теорема 6. Пусть 1 < p < ∞, A > B > −1/2, числа A, B, θ, δ, γ, p и r таковы, что r — натуральное число, 0 < γ ≤ 1, θ ∈ (µ;µ+ 1/2), δ ∈ (ν; ν + 1/2), где µ = (2A+ 2)/p− α− 3/2 ≥ 0, ν = (2B + 2)/p− β − 3/2 ≥ 0. Функция f ∈ Lp,A,B имеет абсолютно непрерывную производную (r − 1)-го порядка на любом отрезке [a; b] ⊂ (−1; 1), f (r)(x, t, A,B) — функция обобщенного сдвига производной f (r)(x), для которой выполняется условие∥∥∥[f (r)(x)− f (r)(x, t, A/p+ r/2, B/p+ r/2) ] (1− x)r/2× ×(1 + x)r/2(1− x+ sin2 t/2)−θ/2(1 + x+ sin2 t/2)−δ/2 ∥∥∥ p,A,B ≤ C4 ∣∣∣∣sin t2 ∣∣∣∣γ . Тогда ∥∥f(x)− S(α,β) n (f) ∥∥ p,A,B ≤ C5 (n+ 1)r+γ . 1. Pollard H. The mean convergence of ortogonal series // Trans. Amer. Math. Soc. – 1947. – 62. – P. 387 – 403. 2. Pollard H. The mean convergence of ortogonal series // Duke Math. J. – 1949. – 16, № 1. – P. 189 – 191. 3. Neuman J., Rudin W. Mean convergence of ortogonal series // Proc. Amer. Math. Soc. – 1952. – 3. – P. 219 – 222. 4. Wing G. M. The mean convergence of ortogonal series // Amer. J. Math. – 1950. – 72. – P. 792 – 807. 5. Muckehoupt B. Mean convergence of Jacobi series // Proc. Amer. Math. Soc. – 1969. – 23, № 2. – P. 306 – 310. 6. Казакова Н. М. О порядках констант Лебега сумм Фурье – Якоби в пространствах. – Свердловск, 1981. – 54 с. – Деп. в ВИНИТИ. 7. Gronwall T. H. Uber die Laplacesche Reihe // Math. Ann. – 1913. – 74. – P. 213 – 270. 8. Суетин П. К. О представлении непрерывных и дифференцируемых функций по многочленам Лежандра // Докл. АН СССР. – 1964. – 158, № 6. – С. 1275 – 1277. 9. Агаханов С. А., Натансон Г. И. Приближение функций суммами Фурье – Якоби // Там же. – 1966. – 161, № 1. – С. 9 – 10. 10. Агаханов С. А., Натансон Г. И. Функции Лебега сумм Фурье – Якоби // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. мат. – 1968. – 1, № 1. – С. 11 – 23. 11. Бадков В. М. О приближении функций суммами Фурье – Якоби // Докл. АН СССР. – 1966. – 167, № 4. – С. 731 – 734. 12. Бадков В. М. Приближение функций частными суммами ряда Фурье по обобщенным многочленам Якоби // Мат. заметки. – 1968. – 3, № 6. – С. 671 – 682. 13. Бадков В. М. Оценки функций Лебега и остатка ряда Фурье – Якоби // Сиб. мат. журн. – 1968. – 9, № 6. – С. 285 – 295. 14. Беленький А. М. О разложении функций в ряд Фурье – Лежандра // Конструктивная теория функций и теория отображений. – Киев, 1981. – С. 35 – 48. 15. Рафальсон С. З. О частных суммах рядов Фурье по ортогональным многочленам // Докл. АН СССР. – 1977. – 237, № 6. – С. 1297 – 1300. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 828 В. П. МОТОРНЫЙ, С. В. ГОНЧАРОВ, П. К. НИТИЕМА 16. Моторный В. П. О сходимости в среднем рядов Фурье по многочленам Лежандра // Там же. – 1972. – 204, № 4. – С. 788 – 790. 17. Моторный В. П. О сходимости в среднем рядов Фурье по многочленам Лежандра // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1973. – 37, № 1. – С. 135 – 147. 18. Моторный В. П. Приближение функций алгебраическими многочленами в метрике Lp // Там же. – 1971. – 35, № 4. – С. 874 – 899. 19. Бадков В. М. Аппроксимативные свойства рядов Фурье по ортогональным полиномам // Успехи мат. наук. – 1978. – 33, № 4. – С. 51 – 106. 20. Моторный В. П. Приближение функций суммами Фурье – Лежандра в среднем // Докл. АН СССР. – 1981. – 259, № 1. – С. 39 – 42. 21. Ходак Л. Б. Сходимость рядов Фурье по многочленам Якоби в среднем // Докл. АН УССР. Сер. А. – 1982. – № 8. – С. 28 – 31. 22. Сеге Г. Ортогональные ряды. – М.: Физматгиз, 1962. – 500 с. 23. Потапов М. К. О структурных характеристиках классов функций с данным порядком наилучшего приближения // Труды Мат. ин-та АН СССР. – 1975. – 134. – С. 260 – 277. Получено 28.12.09 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6