ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
Date:2008
Main Authors: Салимов, Р.Р., Севостьянов, Е.А.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2008
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19996
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов / Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 16. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860065571614228480
author Салимов, Р.Р.
Севостьянов, Е.А.
author_facet Салимов, Р.Р.
Севостьянов, Е.А.
citation_txt ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов / Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 16. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
first_indexed 2025-12-07T17:07:18Z
format Article
fulltext ISSN 1683-4720 Труды ИПММ НАН Украины. 2008. Том 16 УДК 517.5 c©2008. Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов ACL И ДИФФЕРЕНЦИРУЕМОСТЬ ПОЧТИ ВСЮДУ КОЛЬЦЕВЫХ ГОМЕОМОРФИЗМОВ Доказано, что кольцевые Q–гомеоморфизмы, являющиеся естественным обобщением квазикон- формных отображений в Rn, n ≥ 2, абсолютно непрерывны на линиях, принадлежат классу Собо- лева W 1,1 loc и дифференцируемы почти всюду при Q ∈ L1 loc. 1. Введение. Приведём основные определения и обозначения, используемые в дальнейшем. Всюду далее D – область в Rn, n ≥ 2. В дальнейшем B(x0, r) = {x ∈ Rn : |x− x0| < r} , m(x) – n-мерная мера Лебега и Rn = Rn ∪ {∞} – одното- чечная компактификация Rn. Напомним, что борелева функция ρ : Rn → [0,∞] называется допустимой для семейства Γ кривых γ в Rn, если ∫ γ ρ(x) |dx| ≥ 1 для всех путей γ ∈ Γ. В этом случае мы пишем: ρ ∈ admΓ. Модулем семейства кривых Γ называется величина M(Γ) = inf ρ∈adm Γ ∫ D ρn(x) dm(x). Пусть D − область в Rn, n ≥ 2, E, F ⊆ Rn− произвольные множества. Обо- значим через Γ(E, F, D) семейство всех кривых γ : [a, b] → Rn, которые соединяют E и F в D, т.е. γ(a) ∈ E, γ(b) ∈ F и γ(t) ∈ D при t ∈ (a, b). Следующее понятие, мотивированное кольцевым определением квазиконформности по Герингу, см. [2], и представляющее собой обобщение и локализацию понятия Q–отображения, впервые было введено В.Рязановым, У.Сребро и Э.Якубовым на плоскости, см., напр., [8], [9]. Пусть r0 = dist(x0, ∂D) и пусть Q : D → [0,∞] – измеримая по Лебегу функция. Положим A(r1, r2, x0) = {x ∈ Rn : r1 < |x− x0| < r2}, S i = S(x0, ri) = {x ∈ Rn : |x− x0| = ri} , i = 1, 2. Говорят, что гомеоморфизм f : D → Rn является кольцевым Q–гомеоморфизмом в точке x0 ∈ D, если соотношение M (f (Γ (S1, S2, A))) ≤ ∫ A Q(x) · ηn(|x− x0|) dm(x) (1) 171 Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов выполнено для любого кольца A = A(r1, r2, x0), 0 < r1 < r2 < r0 и для каждой измеримой функции η : (r1, r2) → [0,∞] такой, что r2∫ r1 η(r) dr ≥ 1. Если (1) выполнено для каждой точки x0 ∈ D, то f называется кольцевым Q−го- меоморфизмом. Следует отметить, что в случае ограниченной функции Q(x), опре- деления кольцевого Q–гомеоморфизма и Q–гомеоморфизма эквивалентны, и, фак- тически, генерируют собой определение квазиконформных отображений, см. зна- менитую работу Геринга [2]. В общем случае, каждый Q–гомеоморфизм является кольцевым, но не наоборот: в работе [8] приведены примеры кольцевых Q–гомео- морфизмов в фиксированной точке x0, таких что 0 < Q(x) < 1 на некотором мно- жестве, для которого x0 является точкой плотности. Пусть D ⊂ Rn, n ≥ 2, и пусть Q : D → [0,∞] – измеримая по Лебегу функция. В дальнейшем нам понадобятся по- нятия конденсатора и ёмкости конденсатора, см., напр., § 5 в [4] или раздел 10 главы 2 в [7]. Конденсатором называют пару E = (A, C) , где A – открытое множество в Rn, а C – компактное подмножество A. Конденсатор E называют кольцевым, если A \ C является кольцом. Пусть E = (A, C) – конденсатор. Ёмкостью конденсатора E называется следующая величина: capE = cap (A, C) = inf u∈W0(E) ∫ A |∇u|n dm(x), где W0(E) = W0 (A, C) – семейство неотрицательных непрерывных функций u : A → R с компактным носителем в A, таких что u(x) ≥ 1 при x ∈ C и u ∈ ACL. В формуле выше, как обычно, |∇u| = ( n∑ i=1 (∂iu)2 )1/2 . Пусть I = {x ∈ Rn : ai < xi < bi, i = 1, . . . , n} – открытый n−мерный интервал. Говорят, что отображение f : I → Rn принадлежит классу ACL (или абсолют- но непрерывно на линиях), если f абсолютно непрерывно на почти всех линейных сегментах в I, параллельных координатным осям. Если D – область в Rn, то гово- рят, что отображение f : D → Rn принадлежит классу ACL, когда сужение f |I принадлежит классу ACL для каждого интервала I, I ⊂ D. Замечание 1. Понятие ёмкости конденсатора в Rn можно перенести в Rn, см. раздел 2.1 в [5]. В дальнейшем в расширенном пространстве Rn = Rn ⋃{∞} используется сфе- рическая (хордальная) метрика h(x, y) = |π(x) − π(y)|, где π – стереографическая проекция Rn на сферу Sn(1 2en+1, 1 2) в Rn+1: h(x,∞) = 1√ 1 + |x|2 , h(x, y) = |x− y|√ 1 + |x|2 √ 1 + |y|2 , x 6= ∞ 6= y. 172 ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов Известно, что (cap E)n−1 ≥ bn d(C)n m(A) , где d(C) – диаметр компакта C, m(A) – мера Лебега множества A, bn – положитель- ная константа, зависящая только от размерности n, см. Лемму 5.9 в [4]. Результаты, сформулированные в статье, были получены ранее одним из авторов для более узкого класса Q–гомеоморфизмов в работе [11]. 2. Дифференцируемость почти всюду. Теорема 1. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и f : D → Rn кольцевой Q– гомеоморфизм с Q ∈ L1 loc. Тогда f дифференцируемо почти всюду в D. Рассмотрим функцию множеств, определенную над алгеброй борелевских мно- жеств B в D, Φ(B) = m (fB). По теореме о дифференцируемости неотрицательных субаддитивных функций множества, см., напр., III.2.4 в [6], существует конечный предел для п.в x ϕ(x) = lim sup ε→0 Φ(B(x, ε)) Ωnεn < ∞, где B(x, ε) – шар в Rn с центром в точке x ∈ D радиуса ε > 0, Ωn – объем единичного шара в Rn. При x и y ∈ D, полагаем L(x, f) = lim sup y→x |f(y)− f(x)| |y − x| . Таким образом, по теореме Радемахера-Степанова, см., напр., [10], с. 311, доказа- тельство теоремы сводится к доказательству следующей леммы. Лемма 1. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и f : D → Rn – кольцевой Q- гомеоморфизм с Q ∈ L1 loc. Тогда п.в. L(x, f) ≤ γn ϕ 1 n (x) Q n−1 n (x), где константа γn зависит только от n. Доказательство. Без ограничения общности можно считать, что ∞ /∈ D ′ = f(D). Рассмотрим сферическое кольцо Rε(x) = {y : ε < |x − y| < 2ε}, x ∈ D, с произвольным ε > 0 таким, что B(x, 2ε) ⊂ D. Тогда E = ( B (x, 2ε) , B (x, ε) ) – конденсатор в D, а fE = ( fB (x, 2ε) , fB (x, ε) ) – конденсатор в D ′. Согласно [12], cap ( fB(x, 2ε), fB(x, ε) ) = M (4(∂fB(x, 2ε), ∂fB(x, ε); fRε(x))) (2) и, ввиду гомеоморфности f, 4 (∂fB (x, 2ε) , ∂fB (x, ε) ; fRε(x)) = f (4 (∂B(x, 2ε), ∂B(x, ε);Rε(x))) . (3) По определению кольцевого Q–гомеоморфизма из (2) и (3) следует, что cap ( fB(x, 2ε), fB (x, ε) ) ≤ ∫ Rε(x) Q(x) · ηn(|x− x0|) dm 173 Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов для любой неотрицательной функции η на (0,∞) такой, что 2ε∫ ε η(t)dt ≥ 1. Рассмот- рим параметрическое семейство вещественнозначных функций ηε(t) = { 1 ε , t ∈ (ε, 2ε), 0, t ∈ R \ (ε, 2ε). По определению кольцевого отображения, cap (fB(x, 2ε), fB(x, ε)) ≤ 2nΩn m(B(x, 2ε)) ∫ B(x,2ε) Q(y) dm. (4) С другой стороны, по лемме 5.9 в [4], получаем cap (fB(x, 2ε), fB(x, ε)) ≥ ( Cn dn(fB(x, ε)) m(fB(x, 2ε)) ) 1 n−1 , (5) где Cn – константа, зависящая только от размерности пространства n, d(A) – диа- метр, а m(A) – мера Лебега множества A в Rn. Комбинируя (4) и (5), получаем, что d(fB(x, ε)) ε ≤ γn ( m(fB(x, 2ε)) m(B(x, 2ε)) )1/n   1 m(B(x, 2ε)) ∫ B(x,2ε) Q(y) dm   (n−1)/n и, следовательно, п.в. L(x, f) ≤ lim sup ε→0 d(fB(x, ε)) ε ≤ γn ϕ1/n(x) Q(n−1)/n(x) . Следствие 1. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и пусть f : D → Rn – коль- цевой Q–гомеоморфизм c Q ∈ L1 loc. Тогда f имеет локально суммируемые частные производные. Доказательство. Для компактного множества V ⊂ D имеем, что ∫ V L(x, f) dx ≤ γn ∫ V ϕ1/n(x) Q(n−1)/n(x) dm и, применяя неравенство Гёльдера, см., напр., (17.3) в [1] при p = n и q = n/(n− 1), получаем ∫ V ϕ1/n(x) Q(n−1)/n(x) dm ≤   ∫ V ϕ(x) dm   1/n   ∫ V Q(x) dm   (n−1)/n . 174 ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов Окончательно, ввиду того, что Q ∈ L1 loc, по теореме Лебега приходим к заклю- чению, что ∫ V L(x, f) dm ≤ γn m(fV )1/n   ∫ V Q(x) dm   (n−1)/n < ∞ . Следствие 2. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и пусть f : D → Rn – кольцевой Q–гомеоморфизм с Q ∈ L1 loc. Тогда п.в. KO(x, f) ≤ Cn Qn−1(x), где постоянная Cn зависит только от n. Здесь через KO(x, f), как обычно, обозначается внешняя дилатация отображения f в точках дифференцируемости x, т.е. KO(x, f) = { |f ′(x)|n |J(x,f)| , J(x, f) 6= 0, 1, f ′(x) = 0, и KO(x, f) = ∞ в остальных случаях. 3. Абсолютная непрерывность на линиях. Теорема 2. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и f : D → Rn кольцевой Q– гомеоморфизм с Q ∈ L1 loc. Тогда f ∈ ACL. Доказательство. Без ограничения общности можно считать, что ∞ /∈ D ′ = f(D). Пусть I−n-мерный интервал в Rn с ребрами, параллельными осям координат и I ⊂ D. Тогда I = I0×J , где I0 – (n− 1)-мерный интервал в Rn−1, J – одномерный интервал, J = (a, b). Далее отождествляем Rn−1 ×R с Rn. Покажем, что для почти всех сегментов Jz = {z} × J, z ∈ I0, отображение f |Jz абсолютно непрерывно. Рассмотрим функцию множеств, определенную над алгеброй борелевских мно- жеств B в I0, Φ(B) = m (f(B × J)). Согласно 2.2, 2.3 и 2.12 в [4], ϕ(z) = lim sup r→0 Φ(B(z, r)) Ωn−1rn−1 < ∞ (6) для п.в. z ∈ I0, где через B(z, r) обозначается шар в I0 ⊂ Rn−1 с центром в точке z ∈ I0 радиуса r, Ωn−1 – объем единичного шара в Rn−1. Пусть ∆i, i = 1, 2, ..., – некоторая перенумерация совокупности S всех интерва- лов в J с ∆i ⊂ J и рациональными концами и пусть ϕi(z) := ∫ ∆i Q(z, xn) dxn. Тогда по теореме Фубини, см., напр., III. 8.1 в [10], функции ϕi(z) п.в. конечны и интегрируемы по z ∈ I0. Кроме того, п.в. существует конечный предел lim r→0 Φi(B(z, r)) Ωn−1rn−1 = ϕi(z), (7) 175 Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов где Φi(B(z, r)) = ∫ B(z,r) ϕi(ζ) dζ, z ∈ I0. Докажем, что отображение f абсолютно непрерывно на каждом сегменте Jz, z ∈ I0, где пределы (6) и (7) существуют и конечны. Обозначим соответствующее множе- ство z через Z0 и покажем, что сумма диаметров образов любого конечного набо- ра непересекающихся сегментов в Jz = {z} × J , z ∈ Z0, стремится к нулю вме- сте с суммарной длиной интервалов. Ввиду непрерывности f вдоль Jz, достаточно проверить этот факт для сегментов с рациональными концами в Jz. Итак, пусть ∆∗ i = {z} × ∆i ⊂ Jz, z ∈ Z0, i = 1, 2, ..., k, где ∆i ∈ S, i = 1, ..., k, взаимно не пе- ресекаются. Без ограничения общности можно считать, что ∆i , i = 1, ..., k, также попарно не пересекаются. Пусть δ > 0 – произвольное рациональное число, которое меньше половины ми- нимального расстояния между ∆i , i = 1, ..., k, а также меньше их расстояния до концевых точек интервала J . Пусть ∆i = (αi, βi), δi = (αi − δ, βi + δ), i = 1, ..., k, и Ai = Ai(r) = B(z, r) × δi, где B(z, r) – открытый шар в I0 ⊂ Rn−1 с центром в точке z и радиуса r > 0. При малых r > 0, Ei = (Ai,∆∗ i ), i = 1, ..., k, – конденсаторы в I и, следовательно, fEi = (fAi, f∆∗ i ), i = 1, ..., k, – также конденсаторы в D ′. В соответствии с работой [12], cap (fAi, f∆∗ i ) = M (4(∂fAi, f∆∗ i ; fAi)) (8) и, как легко видеть, по гомеоморфности f 4 (∂fAi, f∆∗ i ; fAi) = f (4(∂Ai, ∆∗ i ;Ai)) . (9) Рассмотрим кольцо ε1 < |x− z0| < ε2, где z0 = ( z, αi+βi 2 ) , ε1 = βi−αi 2 , ε2 = βi−αi 2 + δ. Пусть Γi – семейство кривых, соединяющих сферы S1 = {|x− z0| = ε1} и S2 = {|x− z0| = ε2} в Rn. Заметим, что Γi < 4(∂Ai, ∆∗ i ;Ai) и M (f(4(∂Ai, ∆∗ i ; Ai))) ≤ M(f(Γi)) (10) в силу минорирования. При r < δ рассмотрим семейство функций ηi(t) =    1 r , t ∈ ( βi−αi 2 , βi−αi 2 + δ ) , 0, t ∈ R \ ( βi−αi 2 , βi−αi 2 + δ ) . По определению кольцевого Q–гомеоморфизма из (8), (9), (10) cap (fAi, f∆∗ i ) ≤ 1 rn ∫ Ai Q(x) dm. (11) C другой стороны, известно, см. лемма 5.9 в [4], что cap (fAi, f∆∗ i ) ≥ ( n dn i mi ) 1 n−1 , (12) 176 ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов где di – диаметр множества f∆∗ i , а mi – объем множества fAi, а Cn – константа, зависящая только от размерности пространства. Комбинируя (11) и (12), имеем неравенство ( dn i mi ) 1 n−1 ≤ n rn ∫ Ai Q(x)dm (13) с новой константой cn, зависящей только от n, при всех i = 1, ..., k. Далее, по дискретному неравенству Гельдера, см., напр., (17.3) в [1], с p = n/(n− 1) и q = n, xk = dk/m 1/n k и yk = m 1/n k , получаем, что k∑ i=1 di ≤ ( k∑ i=1 ( dn i mi ) 1 n−1 )n−1 n ( k∑ i=1 mi ) 1 n , т.е. ( k∑ i=1 di )n ≤ ( k∑ i=1 ( dn i mi ) 1 n−1 )n−1 Φ(B(z, r)), и ввиду (13) ( k∑ i=1 di )n ≤ γn Φ(B(z, r)) Ωn−1rn−1   k∑ i=1 ∫ Ai Q(x) dm Ωn−1rn−1   n−1 , где γn зависит только от n. Переходя к верхнему пределу при r → 0, а затем к пределу при δ → 0, получаем ( k∑ i=1 di )n ≤ γn ϕ(z) ( k∑ i=1 ϕi(z) )n−1 . (14) Наконец, в силу (14) абсолютная непрерывность неопределенного интеграла Q над сегментами Jz, z ∈ Z0, влечет абсолютную непрерывность на том же сегменте отоб- ражения f . Комбинируя теорему 2 и следствие 1, получаем заключение, см., напр., [3]. Следствие 3. Пусть D – область в Rn, n ≥ 2, и f : D → Rn кольцевой Q– гомеоморфизм с Q ∈ L1 loc. Тогда f ∈ W 1,1 loc . 1. Беккенбах Э., Белман Р. Неравенства. – Москва: Наука, 1965. 2. Gehring F.W. Rings and quasiconformal mappings in space // Trans. Amer. Math. Soc. – 1962. – 103. – P.353-393. 3. Maz’ya V. Sobolev classes. – Berlin – New York: Springer, 1985. 4. Martio O., Rickman S. and Vaisala J. Definitions for quasiregular mappings // Ann. Acad. Sci. Fenn. Ser. A1. – 1969. – 448. – P.1-40. 5. Martio O., Rickman S. and Vaisala J. Distortion and singularities of quasiregular mappings // Ann. Acad. Sci. Fenn. Ser. A1. – 1970. – 465. – P.1-13. 177 Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов 6. T. Rado, P.V. Reichelderfer. Continuous Transformations in Analysis. – Berlin etc.: Spinger, 1955. 7. Rickman S. Quasiregular mappings. Results in Mathematic and Related Areas (3), 26. – Berlin: Springer-Verlag, 1993. 8. Ryazanov V., Srebro U. and Yakubov E. On ring solutions of Beltrami equations // J. d’Anal. Math. – 2005. – 96. – P.117-150. 9. Ryazanov V., Srebro U. and Yakubov E. The Beltrami equation and ring homeomorphisms // Ukrain. Math. Bull. – 2007. – 4, no.1. – P.79-115. 10. Saks S. Theory of the integral. – New York: Dover Publ. Inc., 1937. 11. Салiмов Р.Р. До теорiї локальної поведiнки вiдображень зi скiнченним спотворенням // Авто- реферат дисертацiї на здобуття наукового ступеня кандидата фiзико–математичних наук, 16с., Донецьк, 2007. 12. Шлык В.А. О равенстве между p – ёмкостями и p – модулями // Сиб. мат. ж. – 1993. – 34, №6. – C.216-221. Ин-т прикл. математики и механики НАН Украины, Донецк salimov@iamm.ac.donetsk.ua, e_sevostyanov@rambler.ru Получено 07.04.08 178 содержание Том 16 Донецк, 2008 Основан в 1997г. содержание Том 16 Донецк, 2008 Основан в 1997г.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-19996
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1683-4720
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:07:18Z
publishDate 2008
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
record_format dspace
spelling Салимов, Р.Р.
Севостьянов, Е.А.
2011-05-19T19:28:11Z
2011-05-19T19:28:11Z
2008
ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов / Р.Р. Салимов, Е.А. Севостьянов // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 16. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
1683-4720
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19996
517.5
ru
Інститут прикладної математики і механіки НАН України
Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
Article
published earlier
spellingShingle ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
Салимов, Р.Р.
Севостьянов, Е.А.
title ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
title_full ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
title_fullStr ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
title_full_unstemmed ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
title_short ACL и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
title_sort acl и дифференцируемость почти всюду кольцевых гомеоморфизмов
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/19996
work_keys_str_mv AT salimovrr aclidifferenciruemostʹpočtivsûdukolʹcevyhgomeomorfizmov
AT sevostʹânovea aclidifferenciruemostʹpočtivsûdukolʹcevyhgomeomorfizmov