Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень

In the paper we extending result of Nivena and Zukerman on the class of $Q^*_2$-representations in context of metric theory of Borel's normal numbers

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2017
Автори: Працьовитий, М.В., Кривошия, Р.В., Макарчук, О.П.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2017
Онлайн доступ:https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/415
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
_version_ 1872552915749568512
author Працьовитий, М.В.
Кривошия, Р.В.
Макарчук, О.П.
author_facet Працьовитий, М.В.
Кривошия, Р.В.
Макарчук, О.П.
author_institution_txt_mv [ { "author": "М.В. Працьовитий", "institution": "НПУ імені М.П. Драгоманова" }, { "author": "Р.В. Кривошия", "institution": "Інститут математики НАН України, Київ" }, { "author": "О.П. Макарчук", "institution": " ЦДПУ імені Володимира Винниченка, Кропивницький" } ]
author_sort Працьовитий, М.В.
baseUrl_str https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-08-10T06:16:24Z
description In the paper we extending result of Nivena and Zukerman on the class of $Q^*_2$-representations in context of metric theory of Borel's normal numbers
first_indexed 2026-08-04T01:07:01Z
format Article
fulltext Збiрник праць Iн-ту математики НАН України 2017, т. 14, № 4, 188–200 УДК 517.5 М.В. Працьовитий1, Р. В. Кривошия2, О.П. Макарчук3 1 НПУ iменi М.П. Драгоманова, IМ НАН України Київ; prats4444@gmail.com 2 Iнститут математики НАН України, Київ; mostik19@gmail.com 3 ЦДПУ iменi Володимира Винниченка, Київ; makolpet@gmail.com Рiвномiрно розподiленi послiдовностi, продукованi перетворенням зсуву в класi Q∗2-представлень In the paper we extending result of Nivena and Zukerman on the class of Q∗ 2-representations in context of metric theory of Borel’s normal numbers Key words: Q∗ 2-representation of real numbers, uniformly distributi- on sequence, shift operator, normal number. У роботi поглиблюється на клас Q∗ 2-представлень, результат I. Нi- вена та Г. Цукермана в контекстi метричної теорiї нормальних чисел Е. Бореля. Ключовi слова: Q∗ 2-зображення дiйсних чисел, рiвномiрно роз- подiлена послiдовнiсть, оператор зсуву, нормальне число. c© М.В. Працьовитий, Р.В. Кривошия, О.П. Макарчук, 2017 Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 189 Вступ Нехай (p0n; p1n) — послiдовнiсть стохастичних векторiв iз дода- тними координатами, така, що ∞∏ n=1 max{p0n; p1n} = 0. Вiдомо [1], що для довiльного дiйсного числа x ∈ [0; 1] iснує двiйковий вектор (α1;α2; . . . ;αn; . . . ), такий, що x =βα11 + βα22pα11 + βα33pα22pα11 + . . .+ + βα(n+1)(n+1)pαnnpαn−1(n−1) . . . pα11 + . . . , (1) де { β0n = 0 β1n = p0n ∀n ∈ N. Ряд (1) називається Q∗2-представленням числа x i має таке зображення: x = ∆ Q∗ 2 α1α2α3...αn.... Якщо p0n = 1 2 для кожного натурального n, то отримаємо класичне двiйкове зображення з вiдповiдним представленням: x = ∆2 α1α2α3...αn... = +∞∑ j=1 αj 2j . Iснує злiченна множина чисел виду ∆ Q∗ 2 γ1γ2...γk1(0) , якi мають 2 зображення (i вiдповiдно представлення): ∆ Q∗ 2 γ1γ2...γk1(0) = ∆ Q∗ 2 γ1...γk0(1) , для всiх iнших чисел iз вiдрiзка [0; 1] вiдповiдне представлення однозначне. 190 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук Означення 1. Послiдовнiсть (xn) називається рiвномiрно роз- подiленою за модулем 1, якщо для довiльних дiйсних a < b: Nn([a; b]) n → b− a (n→∞), де Nn([a; b]) — кiлькiсть чисел серед x1, x2, . . . , xn, якi належать вiдрiзку [a; b]. Одним iз найважливiших критерiїв рiвномiрної розподiлено- стi є наступний критерiй Вейля. Теорема 1. Послiдовнiсть (xn) є рiвномiрно розподiленою лише тодi, коли n∑ k=1 eih{xk} n → 0 (n→∞) для кожного h ∈ Z \ {0}, де i = √ −1 i {t} — дробова частина числа t. У теоремi 1 достатньо розглядати лише натуральнi h. Справ- дi, n∑ k=1 eih{xk} n → 0 (n→∞)⇔ n∑ k=1 cos(h{xk}) + i n∑ k=1 sin(h{xk}) n → 0 (n→∞)⇔ n∑ k=1 e−ih{xk} n → 0 (n→∞). Уперше поняття рiвномiрно розподiленої послiдовностi ввiв Вейль у 1919-му роцi в роботi [5], де вiн обґрунтував рiвномiр- ну розподiленiсть послiдовностi {nγ}(γ /∈ Q), що є актуальним фактом для питань астрономiї. Вiн також першим довiв наведе- ний щойно критерiй рiвномiрної розподiленостi послiдовностей (теорема 1). Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 191 Означення 2. Число x = ∆2 α1α2α3...αn... = +∞∑ j=1 αj 2j називається слабонормальним за основою 2, якщо wk k → 1 2 (k →∞), де wk — кiлькiсть одиниць серед чисел α1, α2, ..., αk, тобто ωk = k∑ i=1 αi. Означення 3. Число x = ∆2 α1α2α3...αn... = +∞∑ j=1 αj 2j називається нормальним за основою 2, якщо для довiльного двiйкового вектора (c1; c2; ...; cr) виконується умова: wk k → 1 2r (k →∞), де wk — кiлькiсть блокiв цифр [c1; c2; ...; cr], якi не перетинаю- ться, серед набору цифр α1, α2, ..., αk. Останнi два означення ввiв Емiль Борель у роботi [3]. У роботi [8] I. Нiвена й Г. Цукермана показано, що число x є нормальним за основою 2 тодi i тiльки тодi, коли послiдовнiсть {2nx} рiвномiрно розподiлена на вiдрiзку [0; 1]. Оскiльки правильною є така теорема [6]: Теорема 2. Для довiльної послiдовностi (dn) попарно рiзних цiлих чисел послiдовнiсть (dnx) рiвномiрно розподiлена за мо- дулем 1 для майже всiх дiйсних x. 192 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук Тим самим було показано, що множина нормальних за осно- вою 2 чисел має мiру Лебега 1. Доведення останнього факту на основi iндивiдуальної ергоди- чної теореми (теорема Бiркхофа-Хiнчина) вперше вказав Ф. Рiсc у роботi [9], адже перетворення x→ {2x} є ергодичним по вiдношенню до мiри Лебега. 1. Ергодичнi властивостi оператора зсуву й рiвномiрно розподiленi послiдовностi, ним продукованi За послiдовнiстю стохастичних векторiв (p0n; p1n) побудуємо такi послiдовностi стохастичних векторiв: (p (l) 0n; p (l) 1n) = (p0(n+l); p1(n+l)) ∀n ∈ N i (p (−l) 0n ; p (−l) 1n ) = { (12 ; 1 2) ∀n ≤ l (p0(n−l); p1(n−l)) ∀n > l при кожному натуральному l. Для того, щоб пiдкреслити, що Q̃2-представлення породжене послiдовнiстю стохастичних векторiв (p0n; p1n), будем використо- вувати запис: ∆ Q̃(p0n;p1n) α1,α2,α3...αn.... Розглянемо послiдовнiсть перетворень T l(∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn...) = ∆ Q̃(p (l) 0n;p (l) 1n) α2α3...αn..., для яких оберненими є вiдповiдно T−l(∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn...) = ∆ Q̃(p (l) 0n;p (l) 1n) α2α3...αn... Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 193 при кожному натуральному l. Оскiльки iснує лише зчисленна множина чисел iз вiдрiз- ку [0; 1], якi мають 2 вiдповiднi Q∗2-представлення, то ергодичнi властивостi послiдовностi перетворень T k(x) можливо розгляда- ти при домовленостi використовувати зображення з перiодом (0). Лема 3. Перетворення T (x) є ергодичним вiдносно мiри Лебега. Доведення. Зрозумiло, що T−1([∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(1) ]) = = [∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 0α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 0α1α2...αn(1) ] ∪ [∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 1α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 1α1α2...αn(1) ]. Зрозумiло, що λ([∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(1) ]) = pα11 · pα22 ·... ·pαnn i λ([∆ Q̃(p (1) 0n ;p (1) 1n ) 0α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 0α1α2...αn(1) ]∪ [∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 1α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) 1α1α2...αn(−1)]) = 1 2 · pα11 ·... ·pαnn + 1 2 · pα11 ·... ·pαnn = pα11 ·... ·pαnn. Отже, λ(T−1([∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αn(1) ])) = = λ([∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) α1α2...αn(0) ; ∆ Q̃(p (−1) 0n ;p (−1) 1n ) α1α2...αn(−1) ]). Оскiльки сукупнiсть вiдрiзкiв [∆ Q∗ 2 α1α2...αn(0) ; ∆ Q∗ 2 α1α2...αn(1) ] поро- джує B(R) ∩ [0; 1], то для кожного [a; b] ⊆ [0; 1] : λ(T−1([a; b])) = λ([a; b]). Для довiльної вимiрної за Лебегом множини E i довiльного ε > 0 iснують набори вiдрiзкiв [an; bn] й [a∗n; b∗n], такi, що E ⊇ ⋃ n [an; bn], E ⊆ ⋃ n [a∗n; b∗n], 194 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук∑ n (bn − an)− ε < λ(E) < ∑ n (b∗n − a∗n) + ε. Маємо:∑ n (bn − an)− ε < λ(T−1(E)) < ∑ n (b∗n − a∗n) + ε⇒ λ(T−1(E)) = λ(T (E)). Отже, T (x) зберiгає мiру Лебега. Покажемо, що T (x) метрично транзитивне вiдносно мiри Ле- бега. Припустимо протилежне, що iснують множини U , W , такi, що U ∪W = [0; 1]; U ∩W = ∅; T−1(U) = U ; T−1(W ) = W. Нехай u = λ(U) ∈ (0; 1) i X(t) — характеристична функцiя множини U : X(t) = { 1, якщо t ∈ U 0, якщо t /∈ U. Оскiльки для кожного x = ∆ Q̃(p0n;p1n) α1α2...αk... ∈ U i кожного l ∈ N число x(l) = ∆ Q̃(p (l) 0n;p (l) 1n) q1,q2,...,ql,α1α2...αk... є прообразом x порядку l для перетворення T , то X(∆ Q̃(p (l) 0n;p (l) 1n) γ1γ2...γk... ) = X(∆ Q̃(p0n;p1n) γ1γ2...γk... ). Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 195 за всiма нескiнченними двiйковими векторами (γ1; γ2; . . . ; γk; . . . ). Зрозумiло, що, позначивши Bl = [∆2 a1a2...al(0) ; ∆2 a1a2...al(1) ], матимемо: λ(U ∩Bl) = ∫ Bl X(t)dλ = 1 2n ∫ R X(t)dλ = u 2n . Розглянемо число ε > 0, таке, що 1−u > ε. Оскiльки множина U i ї ї доповнення W до множини [0; 1] має додатнi мiри Лебега, то за теоремою про точки щiльностi [2] iснує точка щiльностi z, тобто для довiльного ε > 0 iснує δ > 0, таке, що λ(U ∩∆) λ(∆) > 1− ε для довiльного вiдрiзка ∆, який мiстить точку z i мiра Лебега якого строго менша за δ. Розглянемо число n0 = [log2 1 δ ] + 1. Тодi 1 2n0 < δ. Позначимо: z = ∆ Q̃(p (n0) 0n ;p (n0) 1n ) b1,b2,...,bk,... i розглянемо вiдрiзок ∆ = Bn0 = [∆2 b1,b2,...,bn0 ,(0) ; ∆2 b1,b2,...,bn0 ,(1) ]. Маємо: λ(U ∩∆) = u 2n0 , а також λ(U ∩∆) > (1− ε)λ(∆) = 1− ε 2n0 , звiдки u 2n0 > 1− ε 2n0 196 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук i 1− u < ε ми отримали суперечнiсть. Теорема 4. Для майже всiх чисел x = ∆ Q∗ 2 α1α2...αn... послiдов- нiсть x, T (x), T 2(x), . . . , T k(x), . . . є рiвномiрно розподiленою на [0; 1]. Доведення. Оскiльки перетворення T (x) є ергодичним вiд- носно мiри Лебега, то для заданого h ∈ N за теоремою Бiргкофа- Хiнчина n∑ k=1 cos(2πhT k(x)) n → 1∫ 0 cos(2πhx)dx = 0 (n→ +∞) (2) для майже всiх x ∈ [0; 1]. Позначимо через Ah множину тих x ∈ [0; 1], для яких викону- ється умова (2), тодi λ(Ah) = 1. Зрозумiло, що λ(A1 ∩A2) = λ(A1) + λ(A2)− λ(A1 ∪A2) = 2− 1 = 1, тому за iндукцiєю λ(A1 ∩A2 ∩ . . . ∩Ak) = 1 i вiдповiдно λ(A1)− λ( +∞⋂ k=1 Ak) = +∞∑ j=1 λ(A1 ∩ . . . ∩Aj\A1 ∩ . . . ∩Aj+1) = 0, звiдки для A∗ = +∞⋂ k=1 Ak, маємо λ(A∗) = 1. Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 197 Отже, для довiльного x ∈ A∗ : n∑ k=1 cos(2πhT k(x)) n → 0 ∀h ∈ N(n→∞). Аналогiчно показуємо, що iснує множина B∗, така, що λ(B∗) = 1 i для довiльного x ∈ B∗ : n∑ k=1 sin(2πhT k(x)) n → 1∫ 0 sinπhxdx = 0 (n→ +∞) ∀h ∈ N. Отже, для кожного x ∈ A∗ ∩B∗ n∑ k=1 e2πihT k(x) n = = n∑ k=1 cos(2πhT k(x)) + i n∑ k=1 sin(2πhT k(x)) n → 0 (n→ +∞) ∀h ∈ N, тобто послiдовнiсть Tn(x) є рiвномiрно розподiленою на [0; 1]. Зрозумiло, що {T (x)} = T (x) ∀x ∈ [0; 1). Оскiльки λ(A∗∩B∗) = 1, то маємо потрiбне. Теорему доведено. Оскiльки скiнченний перетин пiдмножин [0; 1] мiри Лебега 1 є множиною мiри Лебега 1, то маємо такий наслiдок. Припущення 5. Нехай (q (l) 0n; q (l) 1n)(l ∈ N) — послiдовнiсть сто- хастичних векторiв таких, що +∞∏ j=1 max(q (l) 0j ; q (l) 1j ) = 0 ∀l ∈ N, 198 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук тодi множина чисел x ∈ [0; 1], таких, що послiдовнiсть ∆ Q̃(q (l) 0n;q (l) 1n) α1α2...αk...,∆ Q̃(q (l) 0n;q (l) 1n) α2...αk... , . . . ,∆ Q̃(q (l) 0n;q (l) 1n) αrαr+1...αk..., . . . рiвномiрно розподiлена на вiдрiзку [0; 1], для кожного l ∈ N , де x = ∆ Q̃(q (l) 0n;q (l) 1n) α1α2...αk... має мiру Лебега 1. Теорема 6. Якщо число x = ∆2 α1α2...αn... нормальне за основою 2 i для послiдовностi стохастичних ве- кторiв (q0n; q1n) виконується умова lim n→∞ q0n = 1 2 , то послiдовнiсть x̃, T (x̃), . . . , Tn(x̃), . . . рiвномiрно розподiлена на вiдрiзку [0; 1], де x̃ = ∆Q2(q0n;q1n) α1α2...αn... . Доведення. Нехай q0n = 1 2 + Sn для кожного натурального n, тодi lim n→∞ Sn = 0. Нехай ε ∈ (0; 0, 1) — достатньо мале дiйсне число, тодi iснує k0 ∈ N , таке, що |Sn| < ε ∀n ∈ N,n ≥ k0. Рiвномiрно розподiленi послiдовностi 199 Для довiльних натуральних m ≥ k0 i l та довiльного двiйко- вого вектора (j1; j2; . . . ; jl) маємо: 1 2 − ε = l √ ( 1 2 − ε)l < l √ qj1(m+1) · qj2(m+2) · . . . · qjl(m+l) < < l √ ( 1 2 + ε)l = 1 2 + ε, тобто | l √ qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l) − 1 2 | < ε. За теоремою Лагранжа iснує z ∈ ( min( 1 2 ; l √ qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l)) ; max( 1 2 ; l √ qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l)) ) , таке, що qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l)− ( 1 2 )l = l · zl−1( l √ qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l)− 1 2 ). Оскiльки l · zl−1 < l · 0, 51l−1, то |qj1(m+1) · . . . · qjl(m+l) − ( 1 2 )l| < l · 0, 51l−1 · ε. Нехай x = ∆Q2(p̃0k;p̃1k) α1α2α3...αn..., де (p̃0k; p̃1k) = (12 ; 1 2) для кожного k ∈ N . При m ≥ k0 маємо: |Tm(x̃)− Tm(x)| ≤ βαm+1(m+1)|qαmm − 1 2 |+ +βαm+2(m+2)|qαmm · qαm+1(m+1) − 1 22 |+ · · · < ε · C, 200 М. В. Працьовитий, Р. В. Кривошия, О. П. Макарчук де C = +∞∑ j=1 j · 0, 51j−1. Отже, lim n→∞ (Tn(x)− Tn(x̃)) = 0, звiдки випливає потрiбне. Теорему доведено. Лiтература [1] Турбин А. Ф., Працевитый Н. В. Фрактальные множества, фун- кции, распределения. – Киев: Наук.думка. – 1992. – 208 с. [2] Титчмарш Е. Теория функций. – Москва: Наука. – 1980. – 464 с. [3] Borel E. Les probabilies denombrables et leurs applications arithmeti- ques. – Rend. Circ. Mat. Palermo. – 1909, p. 247-271. [4] Borel E. Lecons sur la theorie des fonctions, 2nd ed. – Paris: Gauthi- er. – Villars. – 1914. [5] Weil H. Uber die Gibbssche Erscheinung und verwandte Konvergenzphanomene. – Rend. Circ. Math.Palermo. – 1910. – 30. – P. 377-407. [6] Weil H. Uber ein Problem aus dem Gebiete der diophantischen Approximationen. — Nachr. Ges. Wiss. Gottingen, Math.-phys. Kl. – 1914. – P. 234-244. [7] Weil H. Uber die Gleichverteilung von Zahlen mod. Eins. – Math. Ann. – 1916. – 77. – P. 313-352. [8] Niven I., Zuckerman H.S. On the definition of normal numbers. – Pacific J. Math. – 1951. – P. 103-109. [9] Ries F. Sur la theorie ergodique. – Comment. Math. Helv. – 1944/45. – 17. – P. 221-239.
id oai:trim.imath.kiev.ua:article-415
institution Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-08-04T01:07:01Z
publishDate 2017
publisher Інститут математики НАН України
record_format ojs
resource_txt_mv trimimathkievua/df/451165f247e1f4818cccd32998d9f9df.pdf
spelling oai:trim.imath.kiev.ua:article-4152020-08-10T06:16:24Z Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень Працьовитий, М.В. Кривошия, Р.В. Макарчук, О.П. In the paper we extending result of Nivena and Zukerman on the class of $Q^*_2$-representations in context of metric theory of Borel&#039;s normal numbers У роботі поглиблюється на клас $Q^*_2$-представлень, результат І.~Нівена та Г.~Цукермана в контексті метричної теорії нормальних чисел Е.~Бореля. Інститут математики НАН України 2017-12-26 Article Article application/pdf https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/415 Transactions of Institute of Mathematics, the NAS of Ukraine; Vol. 14 No. 4 (2017): Фрактальний аналіз та суміжні питання; 188-200 Сборник Трудов Института математики НАН Украины; Том 14 № 4 (2017): Фрактальний аналіз та суміжні питання; 188-200 Збірник Праць Інституту математики НАН України; Том 14 № 4 (2017): Фрактальний аналіз та суміжні питання; 188-200 3083-7529 1815-2910 uk https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/415/411 Авторське право (c) 2017 М.В. Працьовитий, Р.В. Кривошия http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
spellingShingle Працьовитий, М.В.
Кривошия, Р.В.
Макарчук, О.П.
Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title_full Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title_fullStr Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title_full_unstemmed Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title_short Рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $Q^*_2$-представлень
title_sort рівномірно розподілені послідовності, продуковані перетворенням зсуву в класі $q^*_2$-представлень
url https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/415
work_keys_str_mv AT pracʹovitijmv rívnomírnorozpodíleníposlídovnostíprodukovaníperetvorennâmzsuvuvklasíq2predstavlenʹ
AT krivošiârv rívnomírnorozpodíleníposlídovnostíprodukovaníperetvorennâmzsuvuvklasíq2predstavlenʹ
AT makarčukop rívnomírnorozpodíleníposlídovnostíprodukovaníperetvorennâmzsuvuvklasíq2predstavlenʹ