Понятие сингулярного интеграла
Федеральное агентство по образованию Государственное муниципальное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет (ВятГГУ) Математический факультет Кафедра математического анализа и методики преподавания математики Выпускная квалификационная работа Сингулярные интегралы. Выполнила: студентка V курса математического факультета Сколова Ирина Юрьевна ____________________ Научный руководитель: старший преподаватель кафедры математического анализа и МПМ Гукасов Артур Константинович ____________________ Рецензент: кандидат физико-математических наук, доцент Подгорная Ирина Иссаковна ____________________ Допущена к защите в ГАК Зав. кафедрой ___________________ Крутихина М. В. « » _______________ Декан факультета ___________________ Варанкина В. И. « » _______________ Киров 2005 Оглавление Введение………………………………………………………………………...с. 3 §1. Понятие сингулярного интеграла…………………………………………с. 6 §2. Представление функции сингулярным интегралом в заданной точке…с. 11 §3. Приложения в теории рядов Фурье.............................................................с. 18 §4. Сингулярный интеграл Пуассона................................................................с. 23 Литература……………………………………………………………………...с. 27
Введение Цель работы – познакомиться с понятием сингулярного интеграла, рассмотреть представление функции сингулярным интегралом в заданной точке и приложения в теории рядов Фурье. Основной вопрос теории сингулярных интегралов состоит в установлении связи предельных значений интеграла при со значением функции f (t) в точке x. Важным также является вопрос о представлении суммируемой функции сингулярным интегралом в точках, где эта функция служит производной своего неопределенного интеграла, или в точках Лебега. Теория сингулярных интегралов имеет многочисленные приложения. Например, вопрос о сходимости ряда Фурье разрешается с помощью сингулярного интеграла. Во всем дальнейшем интеграл будем понимать в смысле интеграла Лебега. Напомним, что функция называется суммируемой, если существует конечный интеграл от этой функции. В работе нам будут необходимы следующие определения и теоремы. Определение.Если в точке x будет и , то точка x называется точкой Лебега функции f (t). Теорема (Н. Н. Лузин). Пусть f (x) измеримая и почти везде конечная функция, заданная на [a, b]. Каково бы ни было δ>0, существует такая непрерывная функция , что . Если, в частности, , то и . Теорему Н. Н. Лузина можно сформулировать и так: измеримая и почти везде конечная функция становится непрерывной, если пренебречь множеством сколь угодно малой меры. Определение. Пусть дано измеримое множество E. Взяв произвольную точку x и число h>0, положим E( , h)=E∙[ -h, +h]. Это тоже измеримое множество. Предел отношения при h→0 называется плотностью множества E в точке и обозначается через . Определение. Пусть функция f (x) задана на сегменте [a, b] и . Если существует такое измеримое множество E, лежащее на [a, b] и имеющее точку точкой плотности, что f (x) вдоль E непрерывна в точке , то говорят, что f (x) аппроксимативно непрерывна в точке . Определение. Измеримая функция f (x) называется функцией с суммируемым квадратом, или функцией, суммируемой с квадратом, если . Множество всех функций с суммируемым квадратом обозначается символом . Определение. Пусть на сегменте [a, b] задана конечная функция f (x). Если всякому ε>0 отвечает такое δ>0, что для любой конечной системы взаимно не пересекающихся интервалов , для которой оказывается , (3) то говорят, что функция f (x) абсолютно непрерывна. Не изменяя смысла определения, можно условие (3) заменить более тяжелым условием . Определение. Две функции f (x) и g(x), заданные на сегменте [a, b], называются взаимно ортогональными, если . Определение. Функция f (x), заданная на [a, b], называется нормальной, если . Определение. Система функций , , , …, заданных на сегменте [a, b], называется ортонормальной системой, если каждая функция системы нормирована, а любые две функции системы взаимно ортогональны. Определение. Пусть есть ортонормальная система и f (x) некоторая функция из . Числа называются коэффициентами Фурье функции f (x) в системе . Ряд называется рядом Фурье функции f (x) в системе . Понятие сингулярного интеграла Чтобы познакомиться с идеей, лежащей в основе понятия сингулярного интеграла, начнем с примера. Рассмотрим функцию . (1) Если n и x фиксированы, а t меняется от 0 до 1, то эта функция есть непрерывная функция от t. Значит, для всякой суммируемой f (t) ( ) можно образовать величину . (2) Докажем, что во всякой точке x (0<x<1), в которой функция f ( t ) непрерывна, будет . (3) Для этого прежде всего отметим, что при . (4) Поэтому, чтобы установить (3), достаточно показать, что при стремится к нулю разность . Возьмем произвольное и найдем такое , что при будет . Считая, что , представим в форме . Интеграл оценивается следующим образом: . В интеграле будет , поэтому , где не зависит от n. Аналогично и, следовательно, , так что при достаточно больших n будет , т. е. стремится к 0 с возрастанием n, что и требовалось доказать. Соотношение (3) обеспечивают следующие свойства функции : при больших значениях n те значения , которые отвечают сколько-нибудь заметно удаленным от x значениям t, очень малы, так что величина интеграла (2) определяется в основном значениями подынтегральной функции в непосредственной близости точки x. Но около точки x функция f (t) почти равна f (x) (т. к. она непрерывна при t = x). Значит, если n велико, то интеграл (2) мало изменяется при замене f (t) на f (x), т. е. он почти равен интегралу
и, в силу (4), почти равен f (x). Функция , обладающая подобными свойствами, носит название ядра. Определение.Пусть функция (n=1, 2, …), заданная в квадрате ( , ), суммируема по t при каждом фиксированном x . Она называется ядром, если при условии, что .
Определение. Интеграл вида , где есть ядро, называется сингулярным интегралом. В теории сингулярных интегралов очень важен вопрос установления связи предельных значений интеграла при со значением функции f (t) в точке x. Так как изменение значения функции f (t) в одной точке никак не отражается на величине , то необходимо потребовать, чтобы значение f (x ) функции f (t) в точке x было как-то связано с ее значениями в близких точках. Простейшая форма такой связи есть непрерывность функции f (t) в точке t = x. Другими формами связи могут служить аппроксимативная непрерывность, требование, чтобы x была точкой Лебега функции f (t), и т. п. Теорема 1 (А. Лебег). Пусть на [ a , b ] задана последовательность измеримых функций , , , … Если существует такая постоянная K , что при всех n и t будет , (5) и если при всяком c ( ) будет , (6) то, какова бы ни была суммируемая на [ a , b ] функция f (t), справедливо равенство . (7) Доказательство. Если есть сегмент, содержащийся в [ a , b ], то из (6) следует, что . (8) Рассмотрим непрерывную функцию f (t), и для наперед заданного разложим [ a , b ] точками на столь малые части, чтобы в каждой из них колебание f (t)было меньше, чем ε. Тогда . (9) Но , так что первая сумма из (9) не больше, чем Kε ( b - a ). Вторая же сумма (9), в силу (8), стремится к нулю с возрастанием n и для окажется меньшей, чем ε. Для этих n будет , так что (7) доказано для непрерывной функции f ( t ). Пусть f (t)измеримая ограниченная функция . Возьмем ε>0 и, пользуясь теоремой Н. Н. Лузина, найдем такую непрерывную функцию g(t), что , . Тогда . Но . Интеграл по уже доказанному стремится к нулю и для достаточно больших n становится меньше ε. Значит, для этих n будет , что доказывает (7) для случая ограниченной измеримой функции. Пусть f (t) произвольная суммируемая функция. Возьмем ε>0 и, пользуясь абсолютной непрерывностью интеграла, найдем такое δ>0, чтобы для любого измеримого множества с мерой me<δ было . Сделав это, найдем такую измеримую ограниченную функцию g(t), чтобы было . Это возможно по Теореме. Пусть на множестве Е задана измеримая, почти везде конечная функция f (x). Каково бы ни было ε>0, существует измеримая ограниченная функция g(x) такая, что . Можно считать, что на множестве функция g(t) равна нулю. Тогда . Но . Интеграл же при достаточно больших n будет меньше ε, и при этих n окажется , что и доказывает теорему. Пример. Пусть . Тогда и . Следовательно выполнены оба условия теоремы Лебега. Аналогично рассматривается случай . Таким образом доказана Теорема 2 (Риман-Лебег). Для любой суммируемой на [ a , b ] функции f (t) будет . В частности, коэффициенты Фурье , произвольной суммируемой функции стремятся к нулю при . Если соотношение (7) имеет место для всякой суммируемой на [ a , b ] функции f (t), то мы будем говорить, что последовательность слабо сходится к нулю.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (639)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |