I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$

We deduce asymptotic equalities for the least upper bounds of approximations of functions from the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$, and $H^{\alpha}$ by biharmonic Poisson integrals in the uniform metric.

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2016
Main Authors: Kalchuk, I. V., Kharkevych, Yu. I., Кальчук, І. В., Харкевич, Ю. І.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2016
Online Access:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1936
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Download file: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860507831769235456
author Kalchuk, I. V.
Kharkevych, Yu. I.
Кальчук, І. В.
Харкевич, Ю. І.
author_facet Kalchuk, I. V.
Kharkevych, Yu. I.
Кальчук, І. В.
Харкевич, Ю. І.
author_sort Kalchuk, I. V.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2019-12-05T09:32:19Z
description We deduce asymptotic equalities for the least upper bounds of approximations of functions from the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$, and $H^{\alpha}$ by biharmonic Poisson integrals in the uniform metric.
first_indexed 2026-03-24T02:15:34Z
format Article
fulltext УДК 517.5 I. В. Кальчук, Ю. I. Харкевич (Схiдноєвр. нац. ун-т iм. Л. Українки, Луцьк) АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА НА КЛАСАХ \bfitW \bfitr \bfitbeta \bfitH \bfitalpha We deduce asymptotic equalities for the least upper bounds of approximations of functions from the classes W r \beta H \alpha , and H\alpha by biharmonic Poisson integrals in the uniform metric. Получены асимптотические равенства для точных верхних граней приближений функций из классов W r \beta H \alpha и H\alpha бигармоническими интегралами Пуассона в равномерной метрике. 1. Постановка задачi та деякi допомiжнi твердження. Нехай C — простiр 2\pi -перiодичних неперервних функцiй, у якому норма задається за допомогою рiвностi \| f\| C = \mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x} t | f(t)| ; L\infty — простiр 2\pi -перiодичних вимiрних суттєво обмежених функцiй з нормою \| f\| \infty = \mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{s} \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p} t | f(t)| ; L — простiр 2\pi -перiодичних сумовних на перiодi функцiй, в якому норма задається рiвнiстю \| f\| L = \| f\| 1 = \int \pi - \pi | f(t)| dt. Розглянемо крайову задачу (в одиничному крузi) для рiвняння \Delta (\Delta u) = 0, (1) де \Delta = \partial 2 \partial \rho 2 + 1 \rho \partial \partial \rho + 1 \rho 2 \partial 2 \partial x2 — оператор Лапласа в полярних координатах. Розв’язок рiвняння (1), що задовольняє крайовi умови u (\rho , x) \bigm| \bigm| \rho =1 = f(x), \partial u(\rho , x) \partial \rho \bigm| \bigm| \bigm| \rho =1 = 0, - \pi \leq x \leq \pi , (2) де f(x) — сумовна 2\pi -перiодична функцiя, далi позначатимемо B(\rho ; f ;x) = u(\rho , x). Тодi розв’язок крайової задачi (1), (2) можемо записати у виглядi B(\rho ; f ;x) = 1 \pi \pi \int - \pi f(t+ x) \Biggl\{ 1 2 + \infty \sum k=1 \lambda \rho ,k \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} kt \Biggr\} dt, 0 \leq \rho < 1, (3) де \lambda \rho ,k = \biggl( 1 + k 2 (1 - \rho 2) \biggr) \rho k. Величину (3) називають бiгармонiчним iнтегралом Пуассона функцiї f (див., наприклад, [1, с. 402]). Поклавши \rho = e - 1 \delta , бiгармонiчний iнтеграл запишемо у виглядi B\delta (f ;x) = 1 \pi \pi \int - \pi f(t+ x) \Biggl\{ 1 2 + \infty \sum k=1 \lambda \delta ,k \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} kt \Biggr\} dt, \delta > 0, де \lambda \delta ,k = \biggl( 1 + k 2 \bigl( 1 - e - 2 \delta \bigr) \biggr) e - k \delta . Нехай f належить L i c\bigcirc I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ, 2016 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1493 1494 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ S[f ] = a0 2 + \infty \sum k=1 (ak \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} kx+ bk \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n} kx) — ряд Фур’є функцiї f. Нехай r \geq 0 i \beta — фiксоване дiйсне число. Якщо ряд a0 2 + \infty \sum k=1 kr \biggl( ak \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( kx+ \beta \pi 2 \biggr) + bk \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n} \biggl( kx+ \beta \pi 2 \biggr) \biggr) (де a0 = 0 в усiх випадках, крiм r = \beta = 0) є рядом Фур’є деякої функцiї \varphi \in L, то цю функцiю називають (r, \beta )-похiдною функцiї f у сенсi Вейля – Надя i позначають через f r \beta . Множину всiх функцiй f, що задовольняють таку умову, позначають через W r \beta [2]. Якщо f належить W r \beta i, крiм того, \| f r \beta \| \infty \leq 1, то кажуть, що f належить класу W r \beta ,\infty . У випадку \beta = r класи W r \beta ,\infty збiгаються з класами Соболєва W r \infty . Якщо f належить W r \beta i при цьому f r \beta належить H\alpha , тобто f r \beta задовольняє умову Лiпшиця порядку \alpha | f r \beta (x+ h) - f r \beta (x)| \leq | h| \alpha , 0 < \alpha \leq 1, 0 \leq h \leq 2\pi , x \in \BbbR , то кажуть, що f належить класу W r \beta H \alpha . При \alpha = 0 вважають, що W r \beta H 0 = W r \beta ,\infty . При r = \beta отримуємо клас W rH\alpha функцiй f iз похiдною порядку r > 0 в сенсi Вейля, яка задовольняє умову Лiпшиця порядку \alpha . Замiсть W 0H\alpha будемо писати H\alpha , вважаючи, що f0 0 (x) = f(x). При r \geq 1 вважають, що W r - 1H1 = W r \infty . У данiй роботi вивчається асимптотична поведiнка при \delta \rightarrow \infty величин \scrE (W r \beta H \alpha ;B\delta )C = \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p} f\in W r \beta H \alpha \| f(x) - B\delta (f ;x)\| C . (4) Задачу про вiдшукання асимптотичної рiвностi для величини (4), згiдно з О. I. Степанцем [3, с. 198], називатимемо задачею Колмогорова – Нiкольського для бiгармонiчного iнтеграла Пуассона B\delta (f ;x) на класi W r \beta H \alpha в рiвномiрнiй метрицi. Апроксимативнi властивостi методу наближення бiгармонiчними iнтегралами Пуассона на класах диференцiйовних функцiй дослiджувались багатьма вченими. С. Канiєв [4] встановив асимптотичну рiвнiсть для величини \scrE (W 1 \infty ;B(\rho ))C при \rho \rightarrow 1 - . В цiй же роботi вiн знайшов i точнi значення апроксимативних характеристик \scrE (W r \infty ;B(\rho ))C , r \in \BbbN , 0 \leq \rho < 1. P. Pych [5] уточнила результати С. Канiєва для величини \scrE (W 1 \infty ;B(\rho ))C , отримавши асимп- тотичну рiвнiсть iз бiльш точним порядком залишкового члена. Пiзнiше цi дослiдження були продовженi в роботi Л. П. Фалалєєва [6], де було отримано повний асимптотичний розклад для величини \scrE (W 1 \infty ;B(\rho ))C за степенями 1 - \rho , \rho \rightarrow 1 - . У роботi Л. П. Фалалєєва та Т. I. Аманова [7] знайдено повний асимптотичний розклад для величини \scrE (W 1 \infty ;B\delta )C , який формулюється як у термiнах 1 \delta , так i в термiнах 1 - \rho . У роботах К. М. Жигалла, Ю. I. Харкевича [8, 9] знайдено повнi асимптотики величин \scrE (W r \infty ;B(\rho ))C , r \in \BbbN , за степенями 1 - \rho , \rho \rightarrow 1 - . Аналогiчнi розклади, але в iнтегральнiй метрицi та за степенями 1 \delta , \delta \rightarrow \infty , було знайдено в роботi [10]. Пiзнiше в роботi [11] було ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА . . . 1495 отримано точнi значення верхнiх меж наближень бiгармонiчними iнтегралами Пуассона на класах спряжених диференцiйовних функцiй у рiвномiрнiй та iнтегральнiй метриках. Деякi екстремальнi властивостi бiгармонiчних iнтегралiв Пуассона дослiджувались також у роботах [12 – 18]. До цього часу задача Колмогорова – Нiкольського для бiгармонiчного iнтеграла Пуассона на класах W r \beta H \alpha не була розв’язана. Тому постало питання про вiдшукання асимптотичних рiвностей для величин \scrE (W r \beta H \alpha ;B\delta )C . 2. Наближення функцiй iз класiв \bfitW \bfitr \bfitbeta \bfitH \bfitalpha бiгармонiчними iнтегралами Пуассона. Не- хай \lambda (u) = \lambda \delta (u) = (1 + \gamma u)e - u, \gamma = \delta 2 (1 - e - 2 \delta ), (5) — пiдсумовуюча функцiя для бiгармонiчного iнтеграла Пуассона, причому \lambda \biggl( k \delta \biggr) = \lambda \delta ,k. Для бiгармонiчного iнтеграла Пуассона, згiдно з Л. I. Баусовим [19], при r > 0 введемо функцiю \tau (u) = \tau \delta (r, u) = \left\{ (1 - [1 + \gamma u]e - u)\delta r, 0 \leq u \leq 1 \delta , (1 - [1 + \gamma u]e - u)u - r, u \geq 1 \delta , (6) де \gamma = \delta 2 (1 - e - 2 \delta ), перетворення Фур’є якої \^\tau \beta (t) = 1 \pi \infty \int 0 \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du є сумовним на всiй числовiй осi (цей факт доведено в роботi [20]). Домовимося далi через K, Ki позначати сталi, взагалi кажучи, рiзнi в рiзних спiввiдно- шеннях. Теорема 1. Нехай r > 0, 0 \leq \alpha < 1, r+\alpha \leq 2, \beta \in \BbbR . Тодi при \delta \rightarrow \infty має мiсце рiвнiсть \scrE (W r \beta H \alpha ;B\delta )C = \theta (\alpha ) \delta r+\alpha A(\alpha , \tau ) +O \biggl( 1 \delta 1+r + 1 \delta 2 \biggr) , (7) 2\alpha - 1 \leq \theta (\alpha ) \leq 1, де величина A(\alpha , \tau ) означена спiввiдношенням A(\alpha , \tau ) = 1 \pi \infty \int - \infty | t| \alpha \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \infty \int 0 \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| dt (8) i для неї справджується оцiнка A(\alpha , \tau ) = \left\{ O(1), r + \alpha < 2, O(\mathrm{l}\mathrm{n} \delta ), r + \alpha = 2. (9) Доведення. Cкористаємося теоремою 2 з роботи Л. I. Баусова [19, c. 10] i перевiримо виконання її умов. Для цього покажемо збiжнiсть iнтеграла (8). ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1496 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ Згiдно з теоремою 1 роботи [19, c. 6], для збiжностi iнтеграла (8) необхiдно i достатньо, щоб збiгалися iнтеграли 1/2\int 0 u1 - \alpha | d\tau \prime (u)| , 3/2\int 1/2 | u - 1| 1 - \alpha | d\tau \prime (u)| , \infty \int 3/2 (u - 1) \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| , (10) \infty \int 0 | \tau (u)| u1+\alpha du, 1\int 0 | \tau (1 - u) - \tau (1 + u)| u1+\alpha du. (11) Для оцiнки першого iнтеграла з (10) розiб’ємо промiжок \biggl[ 0; 1 2 \biggr] на двi частини (вважати- мемо, що \delta > 3): \biggl[ 0; 1 \delta \biggr] i \biggl[ 1 \delta ; 1 2 \biggr] . Оскiльки при всiх u \in \biggl[ 0; 1 \delta \biggr] i \delta > 3 \tau \prime \prime (u) = ( - 1 + 2\gamma - \gamma u)e - u\delta r \geq 0, то, враховуючи нерiвнiсть ( - 1 + 2\gamma - \gamma u)e - u \leq 1, u \geq 0, отримуємо 1/\delta \int 0 u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| = 1/\delta \int 0 u1 - \alpha d\tau \prime (u) \leq \delta r 1/\delta \int 0 u1 - \alpha du \leq K \delta 2 - r - \alpha . (12) Нехай тепер u \in \biggl[ 1 \delta ; 1 2 \biggr] . Покладемо \tau 1(u) = \biggl( 1 - e - u - \gamma ue - u - u \delta - u2 2 \biggr) u - r, \tau 2(u) = 1 \delta u1 - r + 1 2 u2 - r, (13) тодi \tau (u) = \tau 1(u) + \tau 2(u) i 1/2\int 1/\delta u1 - \alpha | d\tau \prime (u)| \leq 1/2\int 1/\delta u1 - \alpha | d\tau \prime 1(u)| + 1/2\int 1/\delta u1 - \alpha | d\tau \prime 2(u)| . (14) Оцiнимо перший iнтеграл iз правої частини нерiвностi (14). Для цього дослiдимо спочатку функцiю \mu (u) = 1 - e - u - \gamma ue - u - u2 2 - u \delta . (15) З того, що \mu \prime (u) = e - u - \gamma e - u + \gamma ue - u - u - 1 \delta , \mu \prime \prime (u) = - e - u + 2\gamma e - u - \gamma ue - u - 1, ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА . . . 1497 \mu (0) = 0, \mu \prime (0) = 1 - \gamma - 1 \delta < 0, - 1 + 2\gamma - \gamma u < eu, u \in [0;\infty ), випливає, що при u \geq 0 \mu (u) \leq 0, \mu \prime (u) < 0, \mu \prime \prime (u) < 0. (16) Враховуючи (16) i те, що e - u \leq 1 - u+ u2 2 , e - u \geq 1 - u, одержуємо\bigm| \bigm| \mu (u)\bigm| \bigm| = u2 2 + u \delta - 1 + e - u + \gamma ue - u \leq u2 2 + u \delta - u+ u2 2 + \gamma u - \gamma u2 + \gamma u3 2 = = \biggl( - 1 + \gamma + 1 \delta \biggr) u+ (1 - \gamma )u2 + \gamma u3 2 , \bigm| \bigm| \mu \prime (u) \bigm| \bigm| = u+ 1 \delta - e - u + \gamma e - u - \gamma ue - u \leq u+ 1 \delta - 1 + u+ \gamma \biggl( 1 - u+ u2 2 \biggr) - \gamma u+ \gamma u2 = = \biggl( - 1 + \gamma + 1 \delta \biggr) + 2(1 - \gamma )u+ 3 2 \gamma u2,\bigm| \bigm| \mu \prime \prime (u) \bigm| \bigm| = e - u - 2\gamma e - u + \gamma ue - u + 1 \leq 1 - 2\gamma + 2\gamma u+ \gamma u+ 1 = (2 - 2\gamma ) + 3\gamma u. Звiдси внаслiдок нерiвностей \gamma < 1, 1 - \gamma < 1 \delta , - 1 + \gamma + 1 \delta < 2 3\delta 2 випливає, що \bigm| \bigm| \mu (u)\bigm| \bigm| < 2 3\delta 2 u+ 1 \delta u2 + u3 2 , (17) \bigm| \bigm| \mu \prime (u) \bigm| \bigm| < 2 3\delta 2 + 2 \delta u+ 3 2 u2, \bigm| \bigm| \mu \prime \prime (u) \bigm| \bigm| < 2 \delta + 3u. Оскiльки при u \geq 1/\delta , згiдно з (13) i (15), | d\tau \prime 1(u)| \leq \bigl( r(r + 1)| \mu (u)| u - r - 2 + 2r| \mu \prime (u)| u - r - 1 + | \mu \prime \prime (u)| u - r \bigr) du, то з урахуванням (17) отримаємо 1/2\int 1/\delta u1 - \alpha | d\tau \prime 1(u)| \leq r(r + 1) 1/2\int 1/\delta \biggl( 2 3\delta 2 u2 + 1 \delta u3 + 1 2 u4 \biggr) u - 1 - r - \alpha du+ +2r 1/2\int 1/\delta \biggl( 2 3\delta 2 + 2 \delta u+ 3 2 u2 \biggr) u - r - \alpha du+ 1/2\int 1/\delta \biggl( 2 \delta + 3u \biggr) u1 - r - \alpha du \leq K. (18) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1498 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ Знайдемо тепер оцiнку другого iнтеграла з правої частини нерiвностi (14). Враховуючи, що \tau \prime \prime 2 (u) = - 1 \delta (1 - r)ru - r - 1 + 1 2 (2 - r)(1 - r)u - r, маємо 1/2\int 1/\delta u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime 2(u)\bigm| \bigm| \leq 1 \delta | 1 - r| r 1/2\int 1/\delta u - r - \alpha du+ 1 2 (2 - r) | 1 - r| 1/2\int 1/\delta u1 - r - \alpha du \leq \leq \left\{ K1, r + \alpha < 2, K2 \mathrm{l}\mathrm{n} \delta , r + \alpha = 2. (19) Отже, згiдно зi спiввiдношеннями (12), (14), (18) i (19), справджується рiвнiсть 1/2\int 0 u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| = \left\{ O(1), r + \alpha < 2, O(\mathrm{l}\mathrm{n} \delta ), r + \alpha = 2. (20) Оцiнимо другий та третiй iнтеграли з (10). Враховуючи, що при u \geq 1 \delta \tau \prime \prime (u) = ( - 1 + 2\gamma - \gamma u)e - uu - r - 2r(1 - \gamma + \gamma u)e - uu - r - 1+ +r(r + 1) \bigl( 1 - (1 + \gamma u)e - u \bigr) u - r - 2, (21) а також нерiвностi ( - 1 + 2\gamma - \gamma u)e - uu2 \leq 1, (1 - \gamma + \gamma u)e - uu \leq 1, (22) 1 - (1 + \gamma u)e - u \leq 1, u \geq 0, (23) отримуємо оцiнки 3/2\int 1/2 | u - 1| 1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| \leq 3/2\int 1/2 u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| \leq K1, (24) \infty \int 3/2 (u - 1) \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| \leq \infty \int 3/2 u \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| \leq K2. (25) Для оцiнки першого iнтеграла з (11) розiб’ємо промiжок [0;\infty ) на три частини: [0; 1/\delta ], [1/\delta ; 1] та [1;\infty ). Використовуючи спiввiдношення (6) i нерiвнiсть 1 - (1 + \gamma u)e - u \leq 2 \delta u+ u2, u \geq 0, одержуємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА . . . 1499 1/\delta \int 0 | \tau (u)| u1+\alpha du = 1/\delta \int 0 \bigl( 1 - (1 + \gamma u)e - u \bigr) \delta r u1+\alpha du \leq \leq \delta r 2/\delta \int 0 \biggl( 2 \delta u - \alpha + u1 - \alpha \biggr) du \leq K1 \delta 2 - r - \alpha . (26) Iз спiввiдношень (6), (15) i (17) маємо\bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| 1\int 1/\delta | \tau (u)| u1+\alpha du - 1 2 1\int 1/\delta u2 - r u1+\alpha du - 1 \delta 1\int 1/\delta u1 - r u1+\alpha du \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \leq \leq 1\int 1/\delta \bigm| \bigm| \mu (u)\bigm| \bigm| u - r - \alpha - 1du \leq 1\int 1/\delta \biggl( 2 3\delta 2 u+ 1 \delta u2 + 1 2 u3 \biggr) u - r - \alpha - 1du \leq K2. Звiдси 1\int 1/\delta \bigm| \bigm| \tau (u)\bigm| \bigm| u1+\alpha du = 1 2 1\int 1/\delta u1 - r - \alpha du+ 1 \delta 1\int 1/\delta u - r - \alpha du+O(1) = = \left\{ O(1), r + \alpha < 2, 1 2 \mathrm{l}\mathrm{n} \delta +O(1), r + \alpha = 2. (27) Враховуючи формулу (6) та нерiвнiсть (23), одержуємо \infty \int 1 \bigm| \bigm| \tau (u)\bigm| \bigm| u1+\alpha du = \infty \int 1 \bigl( 1 - (1 + \gamma u)e - u \bigr) u - r - \alpha - 1du \leq \infty \int 1 u - r - \alpha - 1du \leq K3. (28) Об’єднуючи формули (26) – (28), отримуємо \infty \int 0 \bigm| \bigm| \tau (u)\bigm| \bigm| u1+\alpha du = \left\{ O(1), r + \alpha < 2, 1 2 \mathrm{l}\mathrm{n} \delta +O(1), r + \alpha = 2. (29) Оцiнимо другий iнтеграл iз (11). Оскiльки iнтеграли (10) збiжнi, то має мiсце рiвнiсть (див., наприклад, [21]) 1\int 0 | \tau (1 - u) - \tau (1 + u)| u1+\alpha du = 1\int 0 | \lambda (1 - u) - \lambda (1 + u)| u1+\alpha du+ + O \Biggl( | \tau (0)| + | \tau (1)| + 1/2\int 0 u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| + 3/2\int 1/2 | u - 1| 1 - \alpha \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| + \infty \int 3/2 (u - 1) \bigm| \bigm| d\tau \prime (u)\bigm| \bigm| \Biggr) , (30) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1500 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ де \lambda (u) = (1 + \gamma u)e - u. Оскiльки 1\int 0 | \lambda (1 - u) - \lambda (1 + u)| u1+\alpha du = = 1\int 0 \bigm| \bigm| e - 1+u - e - 1 - u + \gamma (1 - u)e - 1+u - \gamma (1 + u)e - 1 - u \bigm| \bigm| u1+\alpha du = O(1), то з урахуванням спiввiдношень (20), (24) i (25) iз (30) випливає 1\int 0 | \tau (1 - u) - \tau (1 + u)| u1+\alpha du = \biggl\{ O(1), r + \alpha < 2, O (\mathrm{l}\mathrm{n} \delta ) , r + \alpha = 2. (31) Таким чином, за теоремою 1 роботи [19] iнтеграл A(\alpha , \tau ) є збiжним. З нерiвностей (1.12) та (1.13) роботи [19], з урахуванням формул (20), (24), (25), (29) та (31), отримуємо спiввiдно- шення (9). Отже, ми переконалися, що для функцiї \tau (u), що задана формулою (6), виконуються умови теореми 2 з роботи [19]. Тодi при \delta \rightarrow \infty справджується рiвнiсть \scrE (W r \beta H \alpha ;B\delta )C = \theta (\alpha ) \delta r+\alpha A(\alpha , \tau ) +O \biggl( 1 \delta r+\alpha a(\alpha , \tau ) \biggr) , (32) де 2\alpha - 1 \leq \theta (\alpha ) \leq 1, 0 \leq \alpha < 1, a(\alpha , \tau ) = \int | t| \geq \delta \pi 2 | t| \alpha | \widehat \tau \beta (t)| dt, (33) а величину A(\alpha , \tau ) означено формулою (8). Знайдемо оцiнку для iнтеграла a(\alpha , \tau ) вигляду (33). Для цього запишемо перетворення Фур’є \widehat \tau \beta (t) у виглядi \widehat \tau \beta (t) = 1 \pi \infty \int 0 \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du = 1 \pi \left( 1/\delta \int 0 + \infty \int 1/\delta \right) \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du. (34) Зiнтегруємо двiчi частинами iнтеграли з правої частини рiвностi (34): 1/\delta \int 0 \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du = 1 t \Bigl( 1 - \Bigl( 1 + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta ) \Bigr) \delta r \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n} \biggl( 1 \delta t+ \beta \pi 2 \biggr) + + 1 t2 e - (1/\delta ) \Bigl( 1 - \gamma + \gamma \delta \Bigr) \delta r \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( 1 \delta t+ \beta \pi 2 \biggr) - 1 t2 (1 - \gamma )\delta r \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \beta \pi 2 - ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА . . . 1501 - 1 t2 1/\delta \int 0 \tau \prime \prime (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du, (35) \infty \int 1/\delta \tau (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du = - 1 t \Bigl( 1 - \Bigl( 1 + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta ) \Bigr) \delta r \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n} \biggl( 1 \delta t+ \beta \pi 2 \biggr) - - 1 t2 \Bigl( \Bigl( 1 - \gamma + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta )\delta r - r \Bigl( 1 - \Bigl( 1 + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta ) \Bigr) \delta r+1 \Bigr) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( 1 \delta t+ \beta \pi 2 \biggr) - - 1 t2 \infty \int 1/\delta \tau \prime \prime (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du. (36) Пiдставивши (35) i (36) в (34), отримаємо \widehat \tau \beta (t) = - 1 \pi t2 1/\delta \int 0 \tau \prime \prime (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du - 1 \pi t2 \infty \int 1/\delta \tau \prime \prime (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( ut+ \beta \pi 2 \biggr) du - - 1 \pi t2 (1 - \gamma )\delta r \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \beta \pi 2 + r \pi t2 \Bigl( 1 - \Bigl( 1 + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta ) \Bigr) \delta r+1 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s} \biggl( 1 \delta t+ \beta \pi 2 \biggr) , звiдки \bigm| \bigm| \widehat \tau \beta (t)\bigm| \bigm| \leq 1 \pi t2 \left( 1/\delta \int 0 + 1\int 1/\delta + \infty \int 1 \right) \bigm| \bigm| \tau \prime \prime (u)\bigm| \bigm| du+ 1 t2 K \delta 1 - r . (37) Враховуючи, що \tau \prime \prime (u) \geq 0 на \biggl[ 0; 1 \delta \biggr] , \delta > 3, i нерiвностi \Bigl( 1 - \gamma + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta ) \leq 2 \delta , 1 - \gamma \leq 1 \delta , маємо 1/\delta \int 0 | \tau \prime \prime (u)| du = 1/\delta \int 0 \tau \prime \prime (u)du = \Bigl( 1 - \gamma + \gamma \delta \Bigr) e - (1/\delta )\delta r - (1 - \gamma ) \delta r = O \biggl( 1 \delta 1 - r \biggr) . (38) Нехай u \in \biggl[ 1 \delta ; 1 \biggr] . Мiркуючи, як i при оцiнюваннi першого iнтеграла з (10) на промiжку\biggl[ 1 \delta ; 1 2 \biggr] , можна показати справедливiсть оцiнки 1\int 1/\delta | \tau \prime \prime (u)| du = O \biggl( 1 + 1 \delta 1 - r \biggr) . (39) Використовуючи спiввiдношення (21), отримуємо ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1502 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ \infty \int 1 | \tau \prime \prime (u)| du \leq r (r + 1) \infty \int 1 \bigl( 1 - (1 + \gamma u)e - u \bigr) u - r - 2du+ +2r \infty \int 1 \bigl( 1 - \gamma + \gamma u \bigr) e - uu - r - 1du+ \infty \int 1 | - 1 + 2\gamma - \gamma u| e - uu - rdu. Тодi, враховуючи нерiвностi (22) та (23), можна переконатися, що \infty \int 1 \bigm| \bigm| \tau \prime \prime (u)\bigm| \bigm| du = O(1). (40) Об’єднуючи формули (37) – (40), одержуємо\bigm| \bigm| \widehat \tau \beta (t)\bigm| \bigm| = 1 t2 O \biggl( 1 + 1 \delta 1 - r \biggr) . Звiдси a(\alpha , \tau ) = \int | t| \geq \delta \pi 2 | t| \alpha \bigm| \bigm| \widehat \tau \beta (t)\bigm| \bigm| dt = O \biggl( 1 \delta 1 - \alpha + 1 \delta 2 - (r+\alpha ) \biggr) . (41) Iз спiввiдношень (32) i (41) випливає рiвнiсть (7). Теорему 1 доведено. Теорема 2. Якщо 0 < \alpha < 1, то при \delta \rightarrow \infty має мiсце асимптотична рiвнiсть \scrE (H\alpha ;B\delta )C = (1 - \alpha ) \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 1 \delta \alpha +O \biggl( 1 \delta \biggr) . (42) Доведення. Згiдно з теоремою 2 роботи Л. I. Баусова [19], якщо iнтеграли 1/2\int 0 u1 - \alpha \bigm| \bigm| d\lambda \prime (u) \bigm| \bigm| , 3/2\int 1/2 | u - 1| 1 - \alpha \bigm| \bigm| d\lambda \prime (u) \bigm| \bigm| , \infty \int 3/2 (u - 1) \bigm| \bigm| d\lambda \prime (u) \bigm| \bigm| , (43) A(\alpha , \lambda ) = 1 \pi \infty \int - \infty | t| \alpha \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \infty \int 0 \lambda (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}utdu \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| dt, (44) де \lambda (u) задано рiвнiстю (5), збiгаються, то для 0 < \alpha < 1 при \delta \rightarrow \infty має мiсце рiвнiсть \scrE (H\alpha ;B\delta )C = 1 \delta \alpha A(\alpha , \lambda ) +O \biggl( 1 \delta \alpha a (\alpha , \lambda ) \biggr) , (45) де a(\alpha , \lambda ) = \int | t| \geq \delta \pi 2 | t| \alpha \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \infty \int 0 \lambda (u) \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}utdu \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| dt. (46) Збiжнiсть iнтегралiв (43) очевидна. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 АПРОКСИМАТИВНI ВЛАСТИВОСТI БIГАРМОНIЧНИХ IНТЕГРАЛIВ ПУАССОНА . . . 1503 Знайдемо оцiнку iнтеграла (44). Використовуючи формули 3.893.2 та 3.944.6 iз [22], отри- муємо A(\alpha , \lambda ) = 2 \pi \infty \int 0 t\alpha \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \infty \int 0 \biggl( 1 + \delta 2 \Bigl( 1 - e - (2/\delta ) \Bigr) u \biggr) e - u \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}utdu \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| dt = = 2 \pi \infty \int 0 t\alpha \biggl( 1 1 + t2 + \delta 2 \Bigl( 1 - e - (2/\delta ) \Bigr) 1 - t2 (1 + t2)2 \biggr) dt. (47) Враховуючи формули 3.241.2 та 3.241.5 iз [22], маємо 2 \pi \infty \int 0 t\alpha 1 + t2 dt = \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 , (48) 2 \pi \infty \int 0 t\alpha (1 - t2) (1 + t2)2 dt = 2 \pi \infty \int 0 t\alpha (1 + t2)2 dt - 2 \pi \infty \int 0 t\alpha +2 (1 + t2)2 dt = = \alpha - 1 2 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} (\alpha - 1)\pi 2 - \alpha + 1 2 \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} (\alpha + 1)\pi 2 = - \alpha \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 . (49) Пiдставляючи (48) та (49) в (47), дiстаємо A(\alpha , \lambda ) = \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 + \delta 2 \Bigl( 1 - e - (2/\delta ) \Bigr) \Bigl( - \alpha \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 \Bigr) = (1 - \alpha ) \mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{c} \alpha \pi 2 +O \biggl( 1 \delta \biggr) . (50) Таким чином, ми переконались у збiжностi iнтеграла (44), а отже, i в справедливостi рiвнос- тi (45). Знайдемо тепер оцiнку iнтеграла (46). Аналогiчно (47) матимемо a(\alpha , \lambda ) = 2 \infty \int \delta \pi 2 t\alpha \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \infty \int 0 \biggl( 1 + \delta 2 \Bigl( 1 - e - (2/\delta ) \Bigr) u \biggr) e - u \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}utdu \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| \bigm| dt = = 2 \infty \int \delta \pi 2 t\alpha \biggl( 1 1 + t2 + \delta 2 \Bigl( 1 - e - (2/\delta ) \Bigr) 1 - t2 (1 + t2)2 \biggr) dt. (51) Враховуючи оцiнки \infty \int \delta \pi 2 t\alpha 1 + t2 \leq \infty \int \delta \pi 2 t\alpha - 2dt = K \delta 1 - \alpha , \infty \int \delta \pi 2 t\alpha (1 - t2) (1 + t2)2 \leq \infty \int \delta \pi 2 t\alpha 1 + t2 \leq K \delta 1 - \alpha , ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11 1504 I. В. КАЛЬЧУК, Ю. I. ХАРКЕВИЧ iз (51) одержуємо a(\alpha , \lambda ) = O \biggl( 1 \delta 1 - \alpha \biggr) . (52) Пiдставляючи (50) та (52) в (45), отримуємо рiвнiсть (42). Теорему 2 доведено. Лiтература 1. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1977. – 735 с. 2. Nagy B. Über gewise Extremalfragen bei transformierten trigonometrischen Entwicklungen, I // Period. Fall, Ber. Math. Phys. KL. Akad. – 1938. – 90. – S. 103 – 134. 3. Степанец А. И. Методы теории приближения. – Киев: Ин-т математики НАН Украины, 2002. – Ч. I. – 427 с. 4. Каниев С. Об уклонении бигармонических в круге функций от их граничных значений // Докл. АН СССР. – 1963. – 153, № 5. – С. 995 – 998. 5. Pych P. On a biharmonic function in unit disk // Ann. pol. math. – 1968. – 20, № 3. – P. 203 – 213. 6. Фалалеев Л. П. Полное асимптотическое разложение для верхней грани уклонения функций из \mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{p}11 от одного сингулярного интеграла // Теоремы вложения и их приложения: Материалы всесоюз. симп. – Алма-Ата: Наука, 1976. – С. 163 – 167. 7. Аманов Т. И., Фалалеев Л. П. Приближение дифференцируемых функций операторами типа Абеля – Пуассона // Пятое советско-чехословацкое совещание по применению методов теории функций и функционального анализа к задачам математической физики (Алма-Ата, 1976): Тр. сов. – Новосибирск, 1979. – С. 13 – 16. 8. Zhyhallo K. M., Kharkevych Yu. I. On the approximation of functions of the Hölder class by biharmonic Poisson integrals // Ukr. Math. J. – 2000. – 52, № 7. – P. 1113 – 1117. 9. Zhyhallo K. M., Kharkevych Yu. I. Approximation of differentiable periodic functions by their biharmonic Poisson integrals // Ukr. Math. J. – 2002. – 54, № 9. – P. 1462 – 1470. 10. Kharkevych Yu. I., Kal’chuk I. V. Asymptotics of the values of approximations in the mean for classes of differentiable functions by using biharmonic Poisson integrals // Ukr. Math. J. – 2007. – 59, № 8. – P. 1224 – 1237. 11. Zhyhallo K. M., Kharkevych Yu. I. Approximation of conjugate differentiable functions by biharmonic Poisson integrals // Ukr. Math. J. – 2009. – 61, № 3. – P. 399 – 413. 12. Каниев С. Точна оцiнка вiдхилення в середньому бiгармонiчних в крузi функцiй вiд їх граничних значень // Докл. АН СССР. – 1964. – № 4. – С. 451 – 453. 13. Петров В. А. Бигармонический интеграл Пуассона // Лит. мат. сб. – 1967. – 7, № 1. – С. 137 – 142. 14. Трофимов В. Н., Цыганков А. С. Точные неравенства для колебаний гармонических и бигармонических в круге функций // Сиб. мат. журн. – 1969. – 10, № 2. – С. 398 – 416. 15. Gonzales L., Keller E., Wildenhain G. Über das Randverhalten des Poisson-Integrals der polyharmonischen Glei- chung // Math. Nachr. – 1980. – 95. – S. 157 – 164. 16. Hembars’ka S. B. Tangential limit values of a biharmonic Poisson integral in a disk // Ukr. Math. J. – 1997. – 49, № 9. – P. 1317 – 1323. 17. Заставный В. П. Точная оценка приближения некоторых классов дифференцируемых функций сверточными операторами // Укр. мат. вiсн. – 2010. – 7, № 3. – С. 409 – 433. 18. Zhyhallo K. M., Kharkevych Yu. I. Approximation of functions from the classes C\psi \beta ,\infty // Ukr. Math. J. – 2011. – 63, № 7. – P. 1083 – 1107. 19. Баусов Л. И. Линейные методы суммирования рядов Фурье с заданными прямоугольными матрицами, II // Изв. вузов. – 1996. – 46, № 3. – С. 15 – 31. 20. Zhyhallo K. M., Kharkevych Yu. I. Approximation of (\psi , \beta )-differentiable functions of low smoothness by biharmonic Poisson integrals // Ukr. Math. J. – 2012. – 64, № 12. – P. 1820 – 1844. 21. Kharkevich Yu. I., Stepanyuk T. A. Approximation properties of Poisson integrals for the classes C\psi \beta H \alpha // Math. Notes. – 2014. – 96, № 5. – P. 1008 – 1019. 22. Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. – М.: Физматгиз, 1963. – 1100 с. Одержано 29.02.16 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2016, т. 68, № 11
id umjimathkievua-article-1936
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-03-24T02:15:34Z
publishDate 2016
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/10/149b6e39b5be833361600ae1fc759e10.pdf
spelling umjimathkievua-article-19362019-12-05T09:32:19Z I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$ Апроксимативні властивості бігармонічних інтегралів Пуассона на класах $W^r_{\beta} H^{\alpha}$ Kalchuk, I. V. Kharkevych, Yu. I. Кальчук, І. В. Харкевич, Ю. І. We deduce asymptotic equalities for the least upper bounds of approximations of functions from the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$, and $H^{\alpha}$ by biharmonic Poisson integrals in the uniform metric. Получены асимптотические равенства для точных верхних граней приближений функций из классов $W^r_{\beta} H^{\alpha}$ и $H^{\alpha}$ бигармоническими интегралами Пуассона в равномерной метрике Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2016-11-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1936 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 68 No. 11 (2016); 1493-1504 Український математичний журнал; Том 68 № 11 (2016); 1493-1504 1027-3190 uk https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1936/918 Copyright (c) 2016 Kalchuk I. V.; Kharkevych Yu. I.
spellingShingle Kalchuk, I. V.
Kharkevych, Yu. I.
Кальчук, І. В.
Харкевич, Ю. І.
I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_alt Апроксимативні властивості бігармонічних інтегралів Пуассона на класах $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_full I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_fullStr I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_full_unstemmed I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_short I. Approximative properties of biharmonic Poisson integrals in the classes $W^r_{\beta} H^{\alpha}$
title_sort i. approximative properties of biharmonic poisson integrals in the classes $w^r_{\beta} h^{\alpha}$
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1936
work_keys_str_mv AT kalchukiv iapproximativepropertiesofbiharmonicpoissonintegralsintheclasseswrbetahalpha
AT kharkevychyui iapproximativepropertiesofbiharmonicpoissonintegralsintheclasseswrbetahalpha
AT kalʹčukív iapproximativepropertiesofbiharmonicpoissonintegralsintheclasseswrbetahalpha
AT harkevičûí iapproximativepropertiesofbiharmonicpoissonintegralsintheclasseswrbetahalpha
AT kalchukiv aproksimativnívlastivostíbígarmoníčnihíntegralívpuassonanaklasahwrbetahalpha
AT kharkevychyui aproksimativnívlastivostíbígarmoníčnihíntegralívpuassonanaklasahwrbetahalpha
AT kalʹčukív aproksimativnívlastivostíbígarmoníčnihíntegralívpuassonanaklasahwrbetahalpha
AT harkevičûí aproksimativnívlastivostíbígarmoníčnihíntegralívpuassonanaklasahwrbetahalpha