On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines

We obtain the exact values of the best non-symmetric approximations of the classes of convolutions with $CVD$-kernels by splines $S_{2n,K_1}$ and $S_{2n,K_2}^{1}$ such that $ \bigvee _{0}^{2 \pi} \left( s \right) \le 1$ and $ \| s \| \ _{1} \le 1 $ respectively.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
Hauptverfasser: Shevchenko, I. A., Шевченко, И. А.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Інститут математики НАН України 2015
Online Zugang:https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/305
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
Завантажити файл: Pdf

Institution

Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
_version_ 1872552809450176512
author Shevchenko, I. A.
Шевченко, И. А.
Шевченко, И. А.
author_facet Shevchenko, I. A.
Шевченко, И. А.
Шевченко, И. А.
author_institution_txt_mv [ { "author": "И. А. Шевченко", "institution": "Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара" } ]
author_sort Shevchenko, I. A.
baseUrl_str https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/oai
collection OJS
datestamp_date 2018-02-02T21:15:15Z
description We obtain the exact values of the best non-symmetric approximations of the classes of convolutions with $CVD$-kernels by splines $S_{2n,K_1}$ and $S_{2n,K_2}^{1}$ such that $ \bigvee _{0}^{2 \pi} \left( s \right) \le 1$ and $ \| s \| \ _{1} \le 1 $ respectively.
first_indexed 2026-08-04T01:05:20Z
format Article
fulltext Збiрник праць Iн-ту математики НАН України 2015, Т.12, №4, 290–298 УДК 517.51 И. А. Шевченко (Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, Днепропетровск) О НАИЛУЧШИХ НЕСИММЕТРИЧНЫХ L1-ПРИБЛИЖЕНИЯХ НЕКОТОРЫХ КЛАССОВ СВЕРТОК ОБОБЩЕННЫМИ СПЛАЙНАМЫ We obtain the exact values of the best non-symmetric approximations of the classes of convolutions with CV D-kernels by splines S2n,K1 and S1 2n,K2 such that ∨2π 0 (s) ≤ 1 and ‖s‖ 1 ≤ 1 respectively. Найдены точные значения наилучших несимметричных приближений классов сверток с CV D-ядрами обобщенными сплайнами S2n,K1 и S1 2n,K2 такими, что ∨2π 0 (s) ≤ 1 и ‖s‖ 1 ≤ 1 соответственно. Пусть Lp, 1 ≤ p ≤ ∞, — пространства 2π-периодических функ- ций f : R → R с соответствующими нормами ‖ · ‖ p. Если α и β-положительные числа, то для любой функции f ∈ Lp положим ‖f‖p;α,β = ‖αf+ + βf−‖p, где f±(t) = max{±f(t), 0}. Наилучшим (α, β)-приближением функции f ∈ Lp множеством H ⊂ Lp в метрике Lp будем называть величину E (f,H)p;α,β = inf u∈H ‖f − u‖p;α,β . (1) Если еще M ⊂ Lp — некоторый класс функций, то величина E (M,H)p;α,β = sup f∈M E (f,H)p;α,β (2) называется наилучшим (α;β)-приближением класса M множеством H в метрике Lp. При α = β = 1 величины ( 1 ) и (2) совпадают с обычным наи- лучшим Lp — приближением функции f (обозначение E (f,H)p )и класса M (обозначение E (M,H)p ) соответственно. Пусть H ⊂ Lp, сопоставим функции f(t) ∈ Lp подмножества c© И. А. Шевченко, 2015 О наилучших несимметричных L1–приближениях . . . 291 H+ f = {u(t) : u ∈ H,u(t) ≤ f(t)}, H−f = {u(t) : u ∈ H,u(t) ≥ f(t)}. Наилучшим односторонним приближением функции f ∈ Lp множе- ством H ⊂ Lp в метрике Lp будем называть E± (f,H)p = { inf ‖f − u‖p : u ∈ H±f , H ± f 6= �, ∞, H±f = � . Если M ⊂ Lp-некоторый класс функций, то величина E± (M,H)p = sup f∈M E± (f,H)p называется наилучшим односторонним приближением класса M подмножеством H в метрике Lp. Известно также, что при достаточно общих предположениях [1, теорема 1.4.10] lim β→∞ E(f,H)p;1,β = E+(f,H)p, lim β→∞ E(M,H)p;1,β = E+(M,H)p, lim α→∞ E(f,H)p;α,1 = E−(f,H)p, lim α→∞ E(M,H)p;α,1 = E−(M,H)p. (3) Как обычно, свертку (K ∗ ϕ) (x) функций K ∈ L1 ( ядра свертки) и ϕ ∈ L1 определим равенством (K ∗ ϕ) (x) = ∫ 2π 0 K(x− t)ϕ(t)dt. Суммируемую 2π-периодическую функцию K ⊥ 1 называют CV D - ядром (ядром, не увеличивающим осциляцию) и записывают K ∈ CV D, если для произвольной непрерывной 2π -периодической функции f выполняется неравенство ν (a+K ∗ f) ≤ ν (f), где a ∈ R, ν (g) — число перемен знака 2π-периодической функции g на периоде [0, 2π). 292 И. А. Шевченко Через Kr, r = 1, 2, ... обозначим свертку K ∗Br, где Br(x) = 1 π ∞∑ m=1 m−r cos(mx− πr 2 ), r = 1, 2, ... — ядро Бернулли. Для заданого ядра K ∈ CV D,K ⊥ 1. Через S2n,K будем обозна- чать множество обобщенных сплайнов вида u(t) = c+ 2n∑ k=1 ckK ( t− kπ n ) , (4) где c1, c2, . . . , cn ∈ R, ∑2n k=1 ck = 0. Через S1 2n,K будем обозначать множество обобщенных сплайнов вида u(t) = c+ ∫ 2π 0 K(t− v)s0(v)dv, (5) где c ∈ R, s0 ∈ S2n,0 (S2n,0 — множество кусочно-постоянных функ- ций с узлами в точках kπ n , k ∈ Z). Пусть ϕ1;α,β(x) — четная 2π n –периодическая функция, которая на отрезке [ 0; πn ] определяется таким образом: ϕ1;α,β(x) = α, x ∈ [ 0; πβ n(α+β) ) −β, x ∈ [ πβ n(α+β) ; πn ) Пусть заданы CV D-ядро K ⊥ 1 и множество F ⊂ L1. Через K ∗ F обозначим класс функций вида f(x) = c + (K ∗ ϕ) (x), где c ∈ R, ϕ ∈ F . Через W 0 1 обозначим класс функций f ∈ L1 таких, что ‖f‖ 1 ≤ 1, а через W 0 V -класс 2π-периодических функций f таких,что∨2π 0 (f) ≤ 1. В случаеK = Br Br∗W 0 1 и Br∗W 0 V - это стандартные соболевские классы W r 1 и W r V — соответственно. В данной заметке мы найдем точные значе- ния величин E ( K1 ∗W 0 1 , S2n,K1 ∩K ∗W 0 V ) 1;α,β и О наилучших несимметричных L1–приближениях . . . 293 E ( K2 ∗W 0 1 , S 1 2n,K2 ∩K2 ∗W 0 1 ) 1;α,β . В. Ф. Бабенко [2], [3] най- дены точные значения величин E(W r 1 , S2n,r−1 ∩W r−1 V )1 при r ∈ N и E(W r 1 , S2n,r ∩ W r 1 )1 при всех r ≥ 3 соответственно, а в [4] эти результаты обобщены на случай несимметричных приближений. В [5] и [6] найдены точные значения симметричного и несимметрич- ного приближений классов периодических функций, задаваемых при помощи произвольных дифференциальных операторов с посто- янными коэфициентами и вещественным спектром, обобщенными сплайнами с этих классов. Теорема 1. Для любого n ∈ N , нечетного K ∈ CV D справед- ливо следующее равенство E ( K1 ∗W 0 1 , S2n,K1 ∩K ∗W 0 V ) 1;α,β = = 1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmax)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmax + π 2n )) − −1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmin)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmin + π 2n )) , где tmax и tmin таковы, что K1 ∗ ϕ1;α,β (tmax) = max t (K1 ∗ ϕ1;α,β (t)) , K1 ∗ ϕ1;α,β (tmin) = min t (K1 ∗ ϕ1;α,β (t)) . Теорема 2. Для любого n ∈ N , четного K ∈ CV D справедливо следующее равенство E ( K2 ∗W 0 1 , S 1 2n,K2 ∩K2 ∗W 0 1 ) 1;α,β = = 1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmax)− n π ∫ tmax+π n tmax K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) − −1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmin)− n π ∫ tmin+π n tmin K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) , 294 И. А. Шевченко где tmax и tmin таковы, что K2 ∗ ϕ1;α,β (tmax) = max t (K2 ∗ ϕ1;α,β (t)) , K2 ∗ ϕ1;α,β (tmin) = min t (K2 ∗ ϕ1;α,β (t)) . Доказательство теоремы 1. Для сокращения записей по- ложим Cn = { c = (c1, c2, . . . , c2n) ∈ R2n : n∑ k=1 ck = 0, n∑ k=1 |ck| ≤ 1 } Для u(t) ∈ S2n,K1 условие u(t) ∈ K ∗W 0 V ∩S2n,K1 эквивалентно усло- вию ∑2n k=1 |ck| ≤ 1. Применяя теорему двойственности для наилучших (α, β)- приближений выпуклым множеством в метрике L1 [ 1, предложение 1.4.9], после несложных преобразований получим E := E ( K1 ∗W 0 1 , S2n,K1 ∩K ∗W 0 V ) 1;α,β = = sup f∈K1∗W 0 1 sup‖g‖∞;α−1,β−1 ≤ 1, g ⊥ 1 {∫ 2π 0 f(t)g(t)dt− − sup u∈S2n,K1 ∩K∗W 0 V ∫ 2π 0 u(t)g(t)dt = = sup‖g‖∞;α−1,β−1 ≤ 1, g ⊥ 1 sup‖ϕ‖1;α,β ≤ 1, ϕ ⊥ 1 {∫ 2π 0 (K1 ∗ g) (t)ϕ(t)dt− − sup C∈Cn 2n∑ k=1 ck (K1 ∗ g) (tk) = = sup ‖g‖∞;α−1,β−1≤1 { E (K1 ∗ g)∞ − sup C∈Cn 2n∑ k=1 ck (K1 ∗ g) (tk) } , (6) О наилучших несимметричных L1–приближениях . . . 295 где tk = kπ n , k = 0, ..., 2n− 1. Здесь и ниже E (K1 ∗ g)∞ — наилучшее приближение константой в метрике L∞. Известно [7, теорема 7.1], что E (K1 ∗ g)∞ ≤ E (K1 ∗ ϕ1;α,β)∞ . (7) Пусть ´tmax и ´tmin — точки максимума и минимума функции K1 ∗ g. Очевидно, что найдутся k1, k2 ∈ Z такие, что | ´tmax − tk1 | ≤ π 2n , | ´tmin − tk2 | ≤ π 2n . Положим ck1 = 1 2 , ck2 = − 1 2 и ck = 0, если k 6= k1, k2. Функции (K1 ∗ g) и (K1 ∗ ϕ1;α,β) удовлетворяют условиям обобщенной теоре- мы сравнения [1, предложение 3.2.2]. Учитывая (7), для выбраной функции g можем написать: E (K1 ∗ g)∞ − sup C∈Cn 2n∑ k=1 ck (K1 ∗ g) (tk) ≤ ≤ E (K1 ∗ g)∞ − 1 2 K1 ∗ g (tk1) + 1 2 K1 ∗ g (tk2) = = −1 2 ∫ tk1 t ´max (K1 ∗ g) ′ dt+ 1 2 ∫ tk2 tḿin (K1 ∗ g) ′ dt ≤ = −1 2 ∫ tmax+ π 2n tmax (K1 ∗ ϕ1;α,β) ′ dt+ 1 2 ∫ tmin+ π 2n tmin (K1 ∗ ϕ1;α,β) ′ dt = = 1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmax)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmax + π 2n )) − −1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmin)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmin + π 2n )) . (8) Сопоставляя (6) и (8), получаем необходимую оценку сверху. С другой стороны, учитывая цепочку равенств (6) и теорему двойственности [8, теорема 2.2.1] E ≥ sup a∈R { E (K1 ∗ ϕ1;α,β)∞ − inf λ max k |K1 ∗ ϕ1;α,β ( a+ kπ n − λ ) | } , 296 И. А. Шевченко ≥ 1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmax)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmax + π 2n )) − −1 2 ( K1 ∗ ϕ1;α,β (tmin)−K1 ∗ ϕ1;α,β ( tmin + π 2n )) . Таким образом требуемая оценка снизу установлена и теорема 1 доказана. Доказательство теоремы 2. Аналогично доказательству (6) получим E := E ( K2 ∗W 0 1 , S 1 2n,K2 ∩K2 ∗W 0 1 ) 1;α,β = sup ‖g‖∞;α−1,β−1≤1 {E (K2 ∗ g)∞− − sup u∈S1 2n,K2 ∩K2∗W 0 1 ∫ 2π 0 u(t)g(t)dt } (9) Учитывая определение (5) для сплайнов из S1 2n,K2 , видим, что для u ∈ S1 2n,K2 , функция s0 постоянна на каждом из интервалов (tk, tk+1) , где tk = kπ n , k ∈ Z, при этом если ck ее значение на ин- тервале (tk, tk+1) , то ∑2n k=1 ck = 0, и если u ∈ S1 2n,K2 ∩ K2 ∗W 0 1 , то∑2n k=1 |ck| ≤ n π . Теперь из (9) выводим E = sup ‖g‖∞;α−1,β−1≤1 {E (K2 ∗ g)∞− −n π sup C∈Cn 2n∑ k=1 ck ∫ tk+1 tk K2 ∗ g (t) dt } . (10) Пусть ´tmax и ´tmin — точки максимума и минимума функции K2 ∗ g. Как и при доказательстве теоремы 1, выберем k1, k2 ∈ Z такие, что | ´tmax − tk1 | ≤ π 2n , | ´tmin − tk2 | ≤ π 2n , и положим ck1 = 1 2 , ck2 = − 1 2 и ck = 0, если k 6= k1, k2. Функции K2∗g и K2 ∗ ϕ1;α,β удовлетворяют условиям обобщенной теоремы сравне- ния [1 предложение 3.2.2] и учитывая (7), как и при доказательстве О наилучших несимметричных L1–приближениях . . . 297 теоремы 1, получим E ≤ E (K2 ∗ g)∞ − n 2π (∫ tk1+1 tk1 K2 ∗ g (t) dt− − ∫ tk2+1 tk2 K2 ∗ g (t) dt ) ≤ E (K2 ∗ g)∞− − n 2π (∫ tmax+π n tmax K2 ∗ g (t) dt− ∫ tmin+π n tmin K2 ∗ g (t) dt ) = = 1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmax)− n π ∫ tmax+π n tmax K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) − −1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmin)− n π ∫ tmin+π n tmin K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) . Получим теперь для E оценку снизу. Учитывая (10) и применяя теорему двойственности [8, теорема 2.2.1], E = sup ‖g‖∞;α−1,β−1≤1 { E (K2 ∗ g)∞ − n π inf λ∈R max k | ∫ tk+1 tk K2 ∗ g (t) dt− λ| } ≥ ≥ 1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmax)− n π ∫ tmax+π n tmax K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) − −1 2 ( K2 ∗ ϕ1;α,β (tmin)− n π ∫ tmin+π n tmin K2 ∗ ϕ1;α,β (t) dt ) . Теорема доказана. Учитывая (3) и тот факт, что K1 ∗ ϕ1;1,β(x)−−−→ β→∞ − 2πK1(x + π) и K1 ∗ ϕ1;α,1(x)−−−−→α→∞2πK1(x) равномерно по x [7, с. 11] из теорем получаем следующее. Следствие 1. Для любого n ∈ N , нечетного K ∈ CV D E± ( K1 ∗W 0 1 , S2n,K1 ∩K ∗W 0 V ) 1 = π ( K1(tmax)−K1(tmax + π 2n )− 298 И. А. Шевченко − ( K1 (tmin)−K1 ( tmin + π 2n ))) , где tmax, tmin таковы, что K1 (tmax) = max t K1 (t) ,K1 (tmin) = min t K1 (t) . Следствие 2. Для любого n ∈ N , четного K ∈ CV D E± ( K2 ∗W 0 1 , S 1 2n,K2 ∩K2 ∗W 0 1 ) 1 = πK2 (tmax)−n ∫ tmax+π n tmax K2 (t) dt− − ( πK2 (tmin)− n ∫ tmin+π n tmin K2 (t) dt ) , где tmax, tmin таковы, что K2 (tmax) = max t K2 (t) ,K2 (tmin) = min t K2 (t) . 1. Корнейчук Н. П. Точные константы в теории приближения. — М.: Наука, 1987. — 424 с. 2. Бабенко В. Ф. Приближение в среднем при наличии ограничений на про- изводные приближающих функций // Вопросы анализа и приближения. — К.: Ин-т математики АН УССР, 1989. — C. 9–18. 3. Бабенко В. Ф. Наилучшие L1 - приближения классов W r 1 сплайнами из W r 1 // Укр. мат. журн. — 1994. — № 10. — С. 1410–1413. 4. Бабенко В. Ф., Литвинюк И. Н., Парфинович Н. В. О наилучших несим- метричных L1 -приближениях сплайнами при наличии ограничений на их производные // Вестник ДНУ , Математика., — 1998. — В. 3. — С. 11–18. 5. Бабенко В. Ф., Азар Л. Наилучшие L1 -приближения сплайнами при на- личии ограничений // Укр. мат. журнал, 1998. — № 11. — С. 1443–1451. 6. Бабенко В. Ф., Азар Л. Э., Парфинович Н. В. О наилучших несимметрич- ных приближениях классов функций, задаваемых дифференциальными операторами, обобщенными сплайнами // Вестник ДНУ, Математика, — 2000. — В. 11. — С. 9–18. 7. Бабенко В. Ф. Приближение классов сверток// Сиб. мат. журн. — 1987. — 28, № 5. — C. 6–21. 8. Корнейчук Н. П. Экстремальные задачи теории приближений. — М.: Наука, 1976. — 320 с.
id oai:trim.imath.kiev.ua:article-305
institution Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
keywords_txt_mv keywords
language Russian
last_indexed 2026-08-04T01:05:20Z
publishDate 2015
publisher Інститут математики НАН України
record_format ojs
resource_txt_mv trimimathkievua/59/ab219d80597239364d7db574690e7059.pdf
spelling oai:trim.imath.kiev.ua:article-3052018-02-02T21:15:15Z On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines О наилучших несимметричных $L_1$-приближениях некоторых классов сверток обобщенными сплайнами О наилучших несимметричных $L_1$-приближениях некоторых классов сверток обобщенными сплайнами Shevchenko, I. A. Шевченко, И. А. Шевченко, И. А. We obtain the exact values of the best non-symmetric approximations of the classes of convolutions with $CVD$-kernels by splines $S_{2n,K_1}$ and $S_{2n,K_2}^{1}$ such that $ \bigvee _{0}^{2 \pi} \left( s \right) \le 1$ and $ \| s \| \ _{1} \le 1 $ respectively. Найдены точные значения наилучших несимметричных приближений классов сверток с $CVD$-ядрами обобщенными сплайнами $S_{2n,K_1}$ и $S_{2n,K_2}^{1}$ такими, что $ \bigvee _{0}^{2 \pi} \left( s \right) \le 1$ и $ \| s \| \ _{1} \le 1 $ соответсвенно. Найдены точные значения наилучших несимметричных приближений классов сверток с $CVD$-ядрами обобщенными сплайнами $S_{2n,K_1}$ и $S_{2n,K_2}^{1}$ такими, что $ \bigvee _{0}^{2 \pi} \left( s \right) \le 1$ и $ \| s \| \ _{1} \le 1 $ соответсвенно. Інститут математики НАН України 2015-07-14 Article Article application/pdf https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/305 Transactions of Institute of Mathematics, the NAS of Ukraine; Vol. 12 No. 4 (2015): Approximation Theory of Functions and Related Problems; 290 - 298 Сборник Трудов Института математики НАН Украины; Том 12 № 4 (2015): Tеорія наближення функцій та суміжні питання; 290 - 298 Збірник Праць Інституту математики НАН України; Том 12 № 4 (2015): Tеорія наближення функцій та суміжні питання; 290 - 298 3083-7529 1815-2910 ru https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/305/336 Авторське право (c) 2015 І. А. Шевченко
spellingShingle Shevchenko, I. A.
Шевченко, И. А.
Шевченко, И. А.
On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title_alt О наилучших несимметричных $L_1$-приближениях некоторых классов сверток обобщенными сплайнами
О наилучших несимметричных $L_1$-приближениях некоторых классов сверток обобщенными сплайнами
title_full On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title_fullStr On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title_full_unstemmed On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title_short On best nonsymmetric $L_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
title_sort on best nonsymmetric $l_1$-approximations of some classes of convolutions with generalized splines
url https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/305
work_keys_str_mv AT shevchenkoia onbestnonsymmetricl1approximationsofsomeclassesofconvolutionswithgeneralizedsplines
AT ševčenkoia onbestnonsymmetricl1approximationsofsomeclassesofconvolutionswithgeneralizedsplines
AT ševčenkoia onbestnonsymmetricl1approximationsofsomeclassesofconvolutionswithgeneralizedsplines
AT shevchenkoia onailučšihnesimmetričnyhl1približeniâhnekotoryhklassovsvertokobobŝennymisplajnami
AT ševčenkoia onailučšihnesimmetričnyhl1približeniâhnekotoryhklassovsvertokobobŝennymisplajnami
AT ševčenkoia onailučšihnesimmetričnyhl1približeniâhnekotoryhklassovsvertokobobŝennymisplajnami