Loading [MathJax]/jax/element/mml/optable/GeneralPunctuation.js
Математические заметки
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Скоро в журнале
Архив
Импакт-фактор
Правила для авторов
Лицензионный договор
Загрузить рукопись

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Матем. заметки:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Математические заметки, 2023, том 114, выпуск 4, страницы 509–524
DOI: https://doi.org/10.4213/mzm14021
(Mi mzm14021)
 

Эта публикация цитируется в 4 научных статьях (всего в 4 статьях)

Недеформированное обобщенное преобразование Данкля на прямой

В. И. Ивановabc

a Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
b Московский центр фундаментальной и прикладной математики
c Тульский государственный университет
Список литературы:
Аннотация: Обобщением преобразования Данкля может служить (k,a)-обобщенное преобразование Фурье, но оно деформирует хорошие классы функций, например, пространство Шварца. В работе изучается недеформированное обобщенное преобразование Данкля на прямой. Определены два оператора обобщенного сдвига. Для них получены интегральные представления и доказана Lp-ограниченность. Определены две свертки, для которых установлена теорема Юнга. В качестве приложения изучены условия Lp-сходимости обобщенных средних.
Библиография: 20 названий.
Ключевые слова: обобщенное преобразование Фурье, обобщенное преобразование Данкля, операторы обобщенного сдвига, свертки и обобщенные средние.
Финансовая поддержка Номер гранта
Российский научный фонд 23-71-30001
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-71-30001) в МГУ им. М. В. Ломоносова.
Поступило: 01.05.2023
Англоязычная версия:
Mathematical Notes, 2023, Volume 114, Issue 4, Pages 443–456
DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434623090171
Реферативные базы данных:
Тип публикации: Статья
УДК: 517.5
MSC: 42A38

1. Введение

Пусть S(R) – пространство Шварца бесконечно дифференцируемых на R и быстро убывающих на бесконечности функций, Jα(x) – функция Бесселя первого рода порядка α1/2, jα(x)=2αΓ(α+1)xαJα(x) – нормированная функция Бесселя, (α)n=Γ(α+n)/Γ(α)=α(α+1)(α+n1) – символ Похгаммера.

Одномерное унитарное преобразование Данкля (см. [1], [2]) имеет вид

Fk(f)(y)=ckRf(x)Ek(xy)|x|2kdx,
где
k0,c1k=2k+1/2Γ(k+12),Ek(x)=jk1/2(x)+ix2k+1jk+1/2(x).

Классическое преобразование Фурье получается при k=0. В 2012 г. Бен Саид, Кобаяши и Орстед [3] предложили двупараметрическое (k,a)-обобщенное унитарное преобразование Фурье, которое в одномерном случае имеет вид

Fk,a(f)(y)=ck,aRbk,a(xy)f(x)|x|2k+a2dx,a>0,2k+a1>0,
где λ=(2k1)/a, c1k,a=2aλΓ(λ+1),
bk,a(x)=jλ(2a|x|a/2)+Γ(λ+1)Γ(λ+1+2/a)x(ai)2/ajλ+2/a(2a|x|a/2).

Преобразование Данкля получается при a=2. Но если для преобразования Данкля Fk(S(R))=S(R), то обобщенное преобразование Фурье при a2 деформирует хорошие классы функций. Например, Fk,a(S(R))=S(R) тогда и только тогда, когда a=2. Более точно, множество Fk,a(S(R))C(R), если только a=2n. Оно состоит из быстро убывающих на бесконечности функций, если только a=2/n, nN. Если a иррациональное, то для любой нетривиальной fS(R) выполнено Fk,a(f)S(R) [4]. Поэтому обобщенное преобразование Фурье не является в полной мере недеформированным обобщением преобразования Данкля.

Пусть λ1/2, dνλ(x)=(2λ+1Γ(λ+1))1|x|2λ+1dx – мера на R, 1p, Lp(R,dνλ) – лебегово пространство измеримых комплекснозначных функций с конечной нормой

C_b(\mathbb{R}) – подмножество L_{\infty}(\mathbb{R}) непрерывных функций, C_0(\mathbb{R}) – подмножество C_b(\mathbb{R}) бесконечно малых на бесконечности функций, C_K(\mathbb{R}) – подмножество C_0(\mathbb{R}) функций с компактным носителем.

В [4], отправляясь от преобразования (1.1) при a=2/(2r+1), с помощью замены переменной получено двупараметрическое семейство недеформированных унитарных преобразований

\begin{equation} \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(x)= \int_{\mathbb{R}}f(x)e_{r,\lambda}(-xy)\,d\nu_{\lambda}(x), \end{equation} \tag{1.2}
где \lambda\geqslant -1/2, r\in\mathbb{Z}_+,
\begin{equation} e_{r,\lambda}(x)=j_{\lambda}(x)+i(-1)^{r} \frac{x^{2r+1}}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}}j_{\lambda+2r+1}(x). \end{equation} \tag{1.3}

Назовем (1.2) (r,\lambda)-обобщенным преобразованием Данкля. Преобразование Данкля получаем при r=0, \lambda=k-1/2. Ядро преобразования (1.2) является ограниченной целой функцией экспоненциального типа по каждой переменной и справедливо вложение \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(\mathcal{S}(\mathbb{R}))\subset C^{\infty}(\mathbb{R}), но преобразование \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f) для f\in\mathcal{S}(\mathbb{R}), к сожалению, может не иметь быстрого убывания на бесконечности. Точное описание инвариантного для преобразования \mathcal{F}_{r}^{\lambda} подпространства бесконечно дифференцируемых функций выглядит следующим образом [4]. Пусть

\begin{equation*} \mathcal{S}_{0}(\mathbb{R})=\mathcal{S}(\mathbb{R}),\qquad \mathcal{S}_{n}(\mathbb{R})=\bigl\{f\in\mathcal{S}(\mathbb{R})\colon f^{(2s+1)}(0)=0,\, s=0,1,\dots,n-1\bigr\},\qquad n\geqslant 1. \end{equation*} \notag
Тогда
\begin{equation*} \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(\mathcal{S}_{r}(\mathbb{R}))= \mathcal{S}_{r}(\mathbb{R}). \end{equation*} \notag
Таким образом, преобразование (1.2) при r\geqslant 1 имеет свои особенности.

В настоящей работе в п. 2 приводятся некоторые свойства обобщенного преобразования Данкля. В п. 3 определены два оператора обобщенного сдвига. Опираясь на новую теорему умножения для нормированных функций Бесселя [5], для них получены интегральные представления и доказана L_p-ограниченность. С помощью операторов обобщенного сдвига определены две свертки, и для них доказана теорема Юнга. В пп. 4, 5 с помощью сверток определяются обобщенные средние и исследуется их L_p-сходимость.

2. Некоторые свойства обобщенного преобразования Данкля

Пусть \{P_n^{(\alpha)}(t)\}_{n=0}^{\infty} – многочлены Гегенбауэра, ортогональные на отрезке [-1,1] с весом (1-t^2)^{\alpha}, \alpha>-1, и нормированные условием P_n^{(\alpha)}(1)=1,

\begin{equation} d_{n,\alpha}=\max_{[-1,1]}|P_n^{(\alpha)}(t)|. \end{equation} \tag{2.1}
При \alpha\geqslant -1/2, d_{n,\alpha}=1 (см. [4]). С многочленами Гегенбауэра C_n^{\lambda}(t), ортогональными с весом (1-t^2)^{\lambda-1/2} (см. [6; гл. X, 10.9]), многочлены P_n^{(\alpha)}(t) связаны соотношением
\begin{equation} \frac{1}{\lambda}\,C_n^{\lambda}(t)= \frac{2\Gamma(2\lambda+n)}{n!\,\Gamma(2\lambda+1)}\, P_n^{(\lambda-1/2)}(t),\qquad \lambda>-\frac{1}{2}\,. \end{equation} \tag{2.2}

Пусть \lambda> -1/2, dm_{\lambda}(t)=c_{\lambda}(1-t^2)^{\lambda-1/2}\,dt – вероятностная мера на отрезке [-1,1],

\begin{equation} c_{\lambda}^{-1}=\int_{-1}^{1}(1-t^2)^{\lambda-1/2}\,dt= \frac{\sqrt{\pi}\,\Gamma(\lambda+1/2)}{\Gamma(\lambda+1)}\,. \end{equation} \tag{2.3}

Приведем некоторые свойства преобразования \mathcal{F}_{r}^{\lambda}, \lambda\geqslant -1/2, r\geqslant 0, из [4].

Для ядра преобразования \mathcal{F}_{r}^{\lambda} при \lambda\geqslant -1/2 выполняется оценка

\begin{equation*} |e_{r,\lambda}(xy)|\leqslant M_{r,\lambda}<\infty. \end{equation*} \notag
При \lambda> -1/2 для него справедливо представление
\begin{equation} e_{r,\lambda}(xy)=\int_{-1}^{1}(1+P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t))\, e^{ixyt}\,dm_{\lambda}(t). \end{equation} \tag{2.4}
Из (2.1)(2.4) вытекают оценки
\begin{equation*} M_{r,\lambda}\leqslant 1+d_{2r+1,\lambda-1/2},\quad -\frac{1}{2}<\lambda<0, \qquad M_{r,\lambda}=1, \quad \lambda\geqslant 0. \end{equation*} \notag

Преобразование \mathcal{F}_{r}^{\lambda} – унитарный оператор, и для f\in L^{2}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) справедливо равенство Планшереля

\begin{equation*} \int_{\mathbb{R}}|\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(y)|^2\, d\nu_{\lambda}(y)=\int_{-\infty}^{\infty} |f(x)|^2\,d\nu_{\lambda}(x). \end{equation*} \notag
Обратный оператор имеет вид
\begin{equation*} (\mathcal{F}_{r}^{\lambda})^{-1}(g)(x)= \int_{-\infty}^{\infty}e_{r,\lambda}(xy)g(y)\,d\nu_{\lambda}(y). \end{equation*} \notag
Равенство
\begin{equation} f(x)=\int_{-\infty}^{\infty}e_{r,\lambda}(xy) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(y)\,d\nu_{\lambda}(y) \end{equation} \tag{2.5}
справедливо не только в L^{2}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), но и поточечно, если f принадлежит классу
\begin{equation*} \mathcal{A}=\bigl\{f\in C_b(\mathbb{R})\colon f,\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda})\bigr\}. \end{equation*} \notag
Отметим, что \mathcal{S}_r(\mathbb{R})\subset\mathcal{A} и \mathcal{S}_r(\mathbb{R}) плотно в пространствах L^{p}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p<\infty.

Неравенство Хаусдорфа–Юнга имеет вид

\begin{equation*} \|\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)\|_{p',d\nu_{\lambda}}\leqslant M_{r,\lambda}^{2/p-1}\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}, \qquad 1\leqslant p\leqslant 2,\quad \frac{1}{p}+\frac{1}{p'}=1. \end{equation*} \notag

Для веса |x|^{2\lambda+1} дифференциально-разностный оператор Данкля первого порядка и лапласиан Данкля имеют вид

\begin{equation} \begin{aligned} \, \nonumber D_{\lambda+1/2}f(x)&=f'(x)+\biggl(\lambda+\frac12\biggr)\frac{f(x)-f(-x)}{x}\,, \\ \Delta_{\lambda+1/2}f(x)&=D_{\lambda+1/2}^2f(x)= f''(x)+\frac{2\lambda+1}{x}\,f'(x)- \biggl(\lambda+\frac12\biggr)\frac{f(x)-f(-x)}{x^2}\,. \end{aligned} \end{equation} \tag{2.6}
При r=0 ядро Данкля e_{0,\lambda}(xy) является собственной функцией лапласиана Данкля
\begin{equation*} (\Delta_{\lambda+1/2})_{x}e_{0,\lambda}(xy)=-|y|^2e_{0,\lambda}(xy). \end{equation*} \notag
При r\geqslant 1 ядро является собственной функцией более сложного дифференциально-разностного оператора
\begin{equation} \delta_{\lambda,r}f(x)=\Delta_{\lambda+1/2}f(x)- 2r(\lambda+r+1)\,\frac{f(x)-f(-x)}{x^2}\,, \end{equation} \tag{2.7}
т.е.
\begin{equation*} (\delta_{\lambda,r})_{x}e_{r,\lambda}(xy)=-|y|^2e_{r,\lambda}(xy). \end{equation*} \notag

Лемма 1. Оператор

\begin{equation} \delta_{\lambda,r}\colon\mathcal{S}_r(\mathbb{R})\to \mathcal{S}_r(\mathbb{R}). \end{equation} \tag{2.8}
Если f\in\mathcal{S}_{r}(\mathbb{R}) и n\in\mathbb{N}, то
\begin{equation} \int_{\mathbb{R}}\delta_{\lambda,r}^nf(x) e_{r,\lambda}(xy)\,d\nu_{\lambda}(x)=(-1)^n|y|^{2n} \int_{\mathbb{R}}f(x)e_{r,\lambda}(xy)\,d\nu_{\lambda}(x). \end{equation} \tag{2.9}

Доказательство. Произвольная функция f\in\mathcal{S}_{r}(\mathbb{R}) имеет вид
\begin{equation*} f(x)=f_1(x)+x^{2r+1}f_2(x),\qquad f_1,f_2\in\mathcal{S}(\mathbb{R})\quad\text{четные}. \end{equation*} \notag
Доказательство (2.8) основано на легко проверяемом равенстве \delta_{\lambda,r}x^{2r+1}=0. Применяя (2.6), (2.7), получим
\begin{equation*} \begin{aligned} \, \delta_{\lambda,r}f(x)&=f_1''(x)+\frac{2\lambda\,{+}\,1}{x}f_1'(x) +x^{2r+1}\biggl(f_2''(x)+(4r\,{+}\,2\lambda\,{+}\,3) \frac{f_2'(x)}{x}\biggr) +f_2(x)\delta_{\lambda,r}x^{2r+1} \\ &=g_1(x)+x^{2r+1}g_2(x), \end{aligned} \end{equation*} \notag
где
\begin{equation*} g_1(x)=f_1''(x)+\frac{2\lambda+1}{x}\,f_1'(x)\in \mathcal{S}(\mathbb{R}),\qquad g_2(x)=f_2''(x)+(4r+2\lambda+3)\frac{f_2'(x)}{x}\in \mathcal{S}(\mathbb{R}) \end{equation*} \notag
и g_1(x), g_2(x) – четные функции. Следовательно, \delta_{\lambda,r}f\in\mathcal{S}_r(\mathbb{R}). Равенство (2.9) с использованием (2.8) устанавливается так же, как в [4]. Лемма 1 доказана.

3. Операторы обобщенного сдвига и свертки

Для y\in\mathbb{R} рассмотрим два оператора обобщенного сдвига

\begin{equation} \tau^{y}f(x) =\int_{-\infty}^{\infty}e_{r,\lambda}(yz) e_{r,\lambda}(xz)\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda}(z), \end{equation} \tag{3.1}
\begin{equation} T^{y}f(x) =\frac{\tau^{y}f(x)+\tau^{-y}f(x)}{2}= \int_{-\infty}^{\infty}j_{\lambda}(yz) e_{r,\lambda}(xz)\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda}(z). \end{equation} \tag{3.2}

Для многомерного преобразования Данкля аналог оператора \tau^y определен в [7], [8], аналог оператора T^y – в [9], [10]; для обобщенного преобразования Фурье аналог оператора \tau^y был определен в [11]. С помощью операторов (3.1), (3.2) в дальнейшем будут определяться потенциал и преобразование Рисса (см. [12]).

В пространстве L^{2}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) для них справедливы оценки

\begin{equation*} \|\tau^{y}f\|_{2,d\nu_{\lambda}}\leqslant M_{r,\lambda}\|f\|_{2,d\nu_{\lambda}},\quad \|T^{y}f\|_{2,d\nu_{\lambda}}\leqslant \|f\|_{2,d\nu_{\lambda}},\qquad y\in\mathbb{R},\quad\lambda\geqslant -\frac{1}{2}\,. \end{equation*} \notag

Получим для операторов (3.1), (3.2) интегральные представления. Напомним теорему сложения Гегенбауэра для нормированной функции Бесселя [13; гл. XI, 11.4]:

\begin{equation*} j_{\lambda}(A)=\sum_{k=0}^{\infty}\frac{k+\lambda}{\lambda}\, \frac{x^k}{2^k(\lambda+1)_{k}}j_{\lambda+k}(x) \frac{y^k}{2^k(\lambda+1)_{k}}j_{\lambda+k}(y)C_{k}^{\lambda}(t), \end{equation*} \notag
где \lambda>-1/2, A=\sqrt{x^2+y^2-2xyt} , x,y\in\mathbb{R}, |t|\leqslant 1.

Используя ортогональность многочленов Гегенбауэра, из теоремы сложения легко получаются следующие известные теоремы умножения:

\begin{equation} j_{\lambda}(xz)j_{\lambda}(yz) = \int_{-1}^{1}j_{\lambda}(Az)\,dm_{\lambda}(t), \end{equation} \tag{3.3}
\begin{equation} \frac{(xz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(xz)}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}}\, \frac{(yz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(yz)}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}} = \int_{-1}^{1}j_{\lambda}(Az)P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)\, dm_{\lambda}(t). \end{equation} \tag{3.4}
С использованием многочлена P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t), (2.2) формула (3.4) записана в более компактной, чем это принято, форме. Более сложно доказывается следующая теорема умножения [5]:
\begin{equation} (xz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(xz)j_{\lambda}(yz)= \int_{-1}^{1}j_{\lambda+2r+1}(Az)(Az)^{2r+1} P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)\, dm_{\lambda}(t). \end{equation} \tag{3.5}

Если f_{\mathrm e}(z), f_{\mathrm o}(z) – четная и нечетная составляющие функции f(z), z\in\mathbb{R}, то, применяя (1.3), (3.3)(3.5), получим

\begin{equation} \begin{aligned} \, \nonumber &e_{r,\lambda}(yz)e_{r,\lambda}(xz)=j_{\lambda}(xz)j_{\lambda}(yz) \\ \nonumber &\qquad\qquad+\frac{i(-1)^r}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}} \bigl\{(xz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(xz)j_{\lambda}(yz)+ (yz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(yz)j_{\lambda}(xz)\bigr\} \\ \nonumber &\qquad\qquad-\frac{(xz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(xz)} {2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}}\, \frac{(yz)^{2r+1}j_{\lambda+2r+1}(yz)}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}} \\ \nonumber &\qquad=\int_{-1}^{1} \biggl\{(e_{r,\lambda}(Az))_{\mathrm e}(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)) \\ \nonumber &\qquad\qquad+(e_{r,\lambda}(Az))_{\mathrm o} \biggl(P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)+P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{y-xt}{A}\biggr)\biggr)\biggr\}\,dm_{\lambda}(t) \\ \nonumber &\qquad=\frac{1}{2}\int_{-1}^{1}\biggl\{e_{r,\lambda}(Az) \biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)+P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)+ P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{y-xt}{A}\biggr)\biggr) \\ \nonumber &\qquad\qquad+e_{r,\lambda}(-Az) \biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr) \\ &\qquad\qquad-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{y-xt}{A}\biggr)\biggr)\biggr\}\,dm_{\lambda}(t). \end{aligned} \end{equation} \tag{3.6}

Аналогично,

\begin{equation} \begin{aligned} \, \nonumber j_{\lambda}(yz)e_{r,\lambda}(xz)&=j_{\lambda}(xz)j_{\lambda}(yz)+ \frac{i(-1)^r(xz)^{2r+1}}{2^{2r+1}(\lambda+1)_{2r+1}} j_{\lambda+2r+1}(xz)j_{\lambda}(yz) \\ \nonumber &=\frac{1}{2}\int_{-1}^{1}\biggl\{e_{r,\lambda}(Az) \biggl(1+P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)\biggr) \\ &\qquad+e_{r,\lambda}(-Az)\biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)\biggr)\biggr\}\,dm_{\lambda}(t). \end{aligned} \end{equation} \tag{3.7}

Отметим, что при |t|\leqslant 1

\begin{equation} 1-\frac{(x-yt)^2}{A^2}=\frac{(1-t^2)y^2}{A^2}\geqslant 0,\qquad \frac{|x-yt|}{A}\leqslant 1. \end{equation} \tag{3.8}

Пусть y\in\mathbb{R}. Опираясь на (3.6) и (3.7), определим два линейных оператора

\begin{equation} \nonumber \tau_{1}^{y}f(x) =\frac{1}{2}\int_{-1}^{1} \biggl\{f(A)\biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)+ P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)+ P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{y-xt}{A}\biggr)\biggr) \end{equation} \notag
\begin{equation} \nonumber \qquad+f(-A)\biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t)- P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr) \end{equation} \notag
\begin{equation} \qquad-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{y-xt}{A}\biggr)\biggr)\biggr\}\,dm_{\lambda}(t), \end{equation} \tag{3.9}
\begin{equation} \nonumber T_1^yf(x) =\frac{1}{2}\int_{-1}^{1}\biggl\{f(A) \biggl(1+P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}\biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)\biggr) \end{equation} \notag
\begin{equation} \qquad+f(-A)\biggl(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)} \biggl(\frac{x-yt}{A}\biggr)\biggr)\biggr\}\,dm_{\lambda}(t), \end{equation} \tag{3.10}
где, как обычно, A=\sqrt{x^2+y^2-2xyt} . Интересно сравнить операторы (3.9), (3.10) с соответствующими операторами в работах [14], [15].

Лемма 2. Если g(t) – действительная непрерывная нечетная на отрезке [-1,1] функция, \|g\|_{\infty}\leqslant 1, y\in\mathbb{R}, и линейный оператор

\begin{equation*} T_g^yf(x)=\frac{1}{2}\int_{-1}^{1} \biggl\{f(A)\biggl(1+g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr)+ f(-A)\biggl(1-g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr\}\, dm_{\lambda}(t), \end{equation*} \notag
то T_g^yf(x) – положительный оператор, T_g^{-y}f(x)=T_g^yf(x) и для любой функции f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p\leqslant\infty, выполняется неравенство
\begin{equation} \|T_g^yf\|_{p\,d\nu_{\lambda}}\leqslant \|f\|_{p\,d\nu_{\lambda}}, \qquad y\in\mathbb{R}. \end{equation} \tag{3.11}

Доказательство. Если f(x)\geqslant 0, то T_g^{y}f(x)\geqslant 0. При заменах y\to -y, t\to -t, yt и A=\sqrt{x^2+y^2-2xyt} не изменятся, поэтому T_g^{-y}f(x)=T_g^yf(x).

Если p=\infty, то согласно (2.3), (3.8)

\begin{equation*} |T_g^{y}f(x)|\leqslant \frac{1}{2}\int_{-1}^{1} \biggl\{\|f\|_{\infty}\biggl(1+g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr)+ \|f\|_{\infty}\biggl(1-g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr\}\, dm_{\lambda}(t)=\|f\|_{\infty}. \end{equation*} \notag
Следовательно,
\begin{equation*} \|T_g^{y}f\|_{\infty}\leqslant \|f\|_{\infty}. \end{equation*} \notag

Если p=1, то, делая замены x\to -x, t\to -t и учитывая нечетность функции g(t), получим

\begin{equation*} \begin{aligned} \, &2\int_{-\infty}^{\infty}|T_g^{y}f(x)|\,d\nu_{\lambda}(x) \leqslant\int_{0}^{\infty}\int_{-1}^{1} \biggl\{|f(A)|\biggl(1+g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr) \\ &\qquad\qquad\qquad+|f(-A)|\biggl(1-g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr\}\, dm_{\lambda}(t)\,d\nu_{\lambda}(x) \\ &\qquad+\int_{0}^{\infty}\int_{-1}^{1} \biggl\{|f(A)|\biggl(1-g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr) +|f(-A)|\biggl(1+g\biggl(\frac{x-ty}{A}\biggr)\biggr\}\, dm_{\lambda}(t)\,d\nu_{\lambda}(x) \\ &\qquad=2\int_{0}^{\infty}\int_{-1}^{1}\{|f(A)|+|f(-A)|\}\, dm_{\lambda}(t)\,d\nu_{\lambda}(x). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Так как
\begin{equation*} \int_{0}^{\infty}\int_{-1}^{1}|f(A)|\,dm_{\lambda}(t)\, d\nu_{\lambda}(x)\leqslant\int_{0}^{\infty}|f(x)|\,d\nu_{\lambda}(x) \end{equation*} \notag
(см., например, [16]), то
\begin{equation*} \|T_g^{y}f\|_{1,d\nu_{\lambda}}\leqslant \int_{0}^{\infty}|f(x)|\,d\nu_{\lambda}(x)+ \int_{0}^{\infty}|f(-x)|\,d\nu_{\lambda}(x)= \|f\|_{1,d\nu_{\lambda}}. \end{equation*} \notag
Применяя интерполяционную теорему Рисса–Торина, получим неравенство (3.11) для всех 1\leqslant p\leqslant\infty. Лемма 2 доказана.

Пусть

\begin{equation*} \begin{aligned} \, M_{r,\lambda}^{\tau}&=\begin{cases} 1+3d_{2r+1,\lambda-1/2}, & -\dfrac{1}{2}<\lambda<0, \\ 4, & \lambda\geqslant 0, \end{cases} \\ M_{r,\lambda}^{T}&=\begin{cases} 1+d_{2r+1,\lambda-1/2}, & -\dfrac{1}{2}<\lambda<0, \\ 1, & \lambda\geqslant 0. \end{cases} \end{aligned} \end{equation*} \notag

Так как для линейных операторов (3.9), (3.10) справедливы оценки

\begin{equation*} \begin{alignedat}{2} |\tau_{1}^{y}f(x)|&\leqslant\frac{1}{2}(1+3d_{2r+1,\lambda-1/2}) \int_{-1}^{1}\{|f(A)|+|f(-A)|\}\,dm_{\lambda}(t),&&\qquad -\frac{1}{2}<\lambda<0, \\ |\tau_{1}^{y}f(x)|&\leqslant 2\int_{-1}^{1}\{|f(A)|+|f(-A)|\}\,dm_{\lambda}(t),&&\qquad \lambda\geqslant 0, \\ |T_{1}^{y}f(x)|&\leqslant\frac{1}{2}(1+d_{2r+1,\lambda-1/2}) \int_{-1}^{1}\{|f(A)|+|f(-A)|\}\,dm_{\lambda}(t),&&\qquad -\frac{1}{2}<\lambda<0, \end{alignedat} \end{equation*} \notag
то, применяя лемму 2 для g(t)=0, P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t), придем к следующему утверждению.

Лемма 3. Для всех 1\leqslant p\leqslant\infty, y\in\mathbb{R}, r\in\mathbb{Z}_+, \lambda> -1/2, линейные операторы (3.9) и (3.10) ограничены в пространствах L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) и для их норм справедливы оценки

\begin{equation} \|\tau_{1}^{y}\|_{p\to p}\leqslant M_{r,\lambda}^{\tau},\qquad \|T_{1}^{y}\|_{p\to p}\leqslant M_{r,\lambda}^{T}. \end{equation} \tag{3.12}

Замечание 1. На подпространстве четных функций

\begin{equation*} \tau_1^{y}f(x)=\int_{-1}^{1} f(A) (1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t))\,dm_{\lambda}(t), \end{equation*} \notag
поэтому для норм оператора \tau_1^{y} на этом подпространстве справедливы оценки (3.12) для оператора T_1^{y}.

Оценки L_p-норм оператора обобщенного сдвига для обобщенного преобразования Фурье, аналогичного оператору \tau^y, при \lambda\geqslant 0 получены в [5] (см. также [15]).

Лемма 4. Линейные операторы (3.1) и (3.9), а также (3.2) и (3.10) как операторы из L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) в L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) совпадают.

Доказательство. Пусть R>0, f\in L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}),
\begin{equation*} S_R(x,f)=\int_{-R}^{R}e_{r,\lambda}(xz) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda}(z) \end{equation*} \notag
– частичный интеграл для (2.5). Согласно (3.6) и (3.9) \tau_1^{y}e(xz)=e(xz)e(yz), поэтому
\begin{equation*} \begin{aligned} \, \tau_1^{y}S_r(x,f)&=\int_{-R}^{R}\tau_1^{y}e_{r,\lambda}(xz) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda}(z) \\ &=\int_{-R}^{R}e_{r,\lambda}(xz)e_{r,\lambda}(yz) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda}(z) =\tau^{y}S_r(x,f). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Из ограниченности операторов \tau_1^{y}, \tau^{y} в L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), \tau_1^{y}f(x)=\tau^{y}f(x). Случай операторов (3.2) и (3.10) разбирается аналогично. Лемма 4 доказана.

Таким образом, операторы (3.9), (3.10) являются продолжениями операторов (3.1), (3.2) на пространства L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), p\ne 2. В дальнейшем операторы (3.9), (3.10) будем обозначать \tau^{y}, T^{y} соответственно.

Лемма 5. Для всех 1\leqslant p\leqslant\infty, x\in\mathbb{R}, r\in\mathbb{Z}_+, \lambda> -1/2 справедливы оценки

\begin{equation} \biggl(\int_{\mathbb{R}}|T^yf(x)|^p\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/p} \leqslant (1+d_{2r+1,\lambda-1/2})\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}, \qquad -\frac{1}{2}<\lambda<0, \end{equation} \tag{3.13}
\begin{equation} \biggl(\int_{\mathbb{R}}|T^yf(x)|^p\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/p} \leqslant \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}, \qquad \lambda\geqslant 0. \end{equation} \tag{3.14}

Доказательство. Для x\in\mathbb{R} рассмотрим линейный оператор B^{x}f(y)=T^yf(x). Неравенство (3.13) вытекает из оценки
\begin{equation*} |B^{x}f(y)|\leqslant\frac{1}{2}(1+d_{2r+1,\lambda-1/2}) \int_{-1}^{1}\{|f(A)|+|f(-A)|\}\,dm_{\lambda}(t),\qquad -\frac{1}{2}<\lambda<0, \end{equation*} \notag
и леммы 2.

При \lambda\geqslant 0 применяем интерполяционную теорему Рисса–Торина. Как и в лемме 2, \|B^{x}f\|_{\infty}\leqslant \|f\|_{\infty}, поэтому достаточно доказать (3.14) для p=1. Так как T^y=T^{-y}, то

\begin{equation*} \|B^{x}f\|_{1,d\nu_{\lambda}}=\sup\biggl\{\int_{\mathbb{R}} T^yf(x)\overline{g(y)}\,d\nu_{\lambda}(y)\colon \|g\|_{\infty}\leqslant 1,\, g\in C_K(\mathbb{R}),\, g\text{ четная}\biggr\}. \end{equation*} \notag
Применяя равенство Планшереля и (3.2), получим
\begin{equation*} \int_{\mathbb{R}}T^yf(x)\overline{g(y)}\,d\nu_{\lambda}(y) =\int_{\mathbb{R}}\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z) \overline{e_{r,\lambda}(xz) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(g)(z)}\,d\nu_{\lambda}(z) =\int_{\mathbb{R}}f(y)\overline{\tau^{-x}g(y)}\,d\nu_{\lambda}(y), \end{equation*} \notag
поэтому
\begin{equation*} \|Bf\|_{1,d\nu_{\lambda}}\leqslant \|f\|_{1,d\nu_{\lambda}} \sup\{\|\tau^{-x}g(y)\|_{\infty}\colon \|g\|_{\infty}\leqslant 1,\, g\in C_K(\mathbb{R}),\, g\text{ четная}\}. \end{equation*} \notag
Если \|g\|_{\infty}\leqslant 1, то согласно (3.9)
\begin{equation*} \|\tau^{-x}g(t)\|_{\infty}\leqslant \int_{-1}^{1}(1-P_{2r+1}^{(\lambda-1/2)}(t))\,dm_{\lambda}(t)=1. \end{equation*} \notag
Лемма 5 доказана.

Соберем вместе некоторые свойства операторов обобщенного сдвига. Далее до конца статьи \lambda>-1/2, r\in\mathbb{Z}_+.

Лемма 6. Для операторов обобщенного сдвига \tau^y, T^y справедливы следующие свойства:

1) если \lambda\geqslant 0, f(x)\geqslant 0, то T^tf(x)\geqslant 0;

2) \tau^0f(x)=T^0f(x)=f(x);

3) \tau^t1=T^t1=1;

4) \tau^ye_{r,\lambda}(xz)=e_{r,\lambda}(yz)e_{r,\lambda}(xz), T^ye_{r,\lambda}(xz)=j_\lambda(yz)e_{r,\lambda}(xz);

5) если f,g\in L^{2}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), то

\begin{equation} \int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x)g(x)\,d\nu_\lambda(x) = \int_{\mathbb{R}}f(x)\tau^{-y}g(x)\,d\nu_\lambda(x), \end{equation} \tag{3.15}
\begin{equation} \int_{\mathbb{R}}T^{y}f(x)g(x)\,d\nu_\lambda(x) = \int_{\mathbb{R}}f(x)T^{y}g(x)\,d\nu_\lambda(x); \end{equation} \tag{3.16}

6) если f\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), то

\begin{equation} \int_{\mathbb{R}}\tau^tf(x)\,d\nu_\lambda(x) = \int_{\mathbb{R}}f(x)\,d\nu_\lambda(x), \end{equation} \tag{3.17}
\begin{equation} \int_{\mathbb{R}} T^tf(x)\,d\nu_\lambda(x) = \int_{\mathbb{R}}f(x)\,d\nu_\lambda(x); \end{equation} \tag{3.18}

7) пусть \delta>0, \operatorname{supp}f\subset[-\delta,\delta]; если |y|\leqslant\delta, то

\begin{equation*} \operatorname{supp}\tau^yf,\operatorname{supp}T^yf\subset \bigl[-|y|-\delta,\,|y|+\delta\bigr]; \end{equation*} \notag
если |y|>\delta, то
\begin{equation} \operatorname{supp}\tau^yf,\operatorname{supp} T^yf\subset \bigl[-|y|-\delta,\,-|y|+\delta\bigr]\cup \bigl[|y|-\delta,\,|y|+\delta\bigr]. \end{equation} \tag{3.19}

Доказательство. Свойства 1)–4) получаются из леммы 2, (3.1), (3.2), (3.6), (3.7), (3.9), (3.10). Свойство 5) вытекает из равенства Планшереля.

Если \chi_R(x) – характеристическая функция отрезка [-R,R], то \lim_{R\to\infty}\chi_R(x)=1 для всех x, поэтому по теореме Лебега об ограниченной сходимости согласно (3.10) \lim_{R\to\infty}T^y\chi_R(x)=1 для всех x и y. Для любой f\in L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) \cap L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) по теореме Лебега об ограниченной сходимости при R\to\infty

\begin{equation*} \int_{\mathbb{R}}T^yf(x)\chi_R(x)\,d\nu_{\lambda}(x)\to \int_\mathbb{R} T^yf(x)\,d\nu_{\lambda}(x), \quad\ \ \int_{\mathbb{R}} fT^y\chi_R(x)\,d\nu_{\lambda}(x)\to \int_{\mathbb{R}} f(x)\,d\nu_{\lambda}(x). \end{equation*} \notag
Но для таких f по свойству (3.16)
\begin{equation*} \int_{\mathbb{R}}T^yf(x)\chi_R(x)\,d\nu_{\lambda}(x)= \int_{\mathbb{R}} f(x)T^y\chi_R(x)\,d\nu_{\lambda}(x), \end{equation*} \notag
и для них свойство (3.18) выполнено. Так как множество L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda})\cap L^2(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) плотно в L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), то в силу непрерывности оператора T^y в L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) свойство (3.18) выполнено для всех f\in L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}). Свойство (3.17) для оператора \tau^y доказывается аналогично.

Свойство 7) вытекает из неравенства x^2+y^2-2xyt\geqslant(|x|-|y|)^2>\delta^2. Лемма 6 доказана.

С помощью операторов \tau^y и T^y определим две свертки

\begin{equation} (f\ast_{\tau}g)(x) = \int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^{-x}g(y)\,d\nu_{\lambda}(y), \end{equation} \tag{3.20}
\begin{equation} (f\ast_{T}g_{\mathrm e})(x) = \int_{\mathbb{R}}T^yf(x)g_{\mathrm e}(y)\,d\nu_{\lambda}(y). \end{equation} \tag{3.21}

Лемма 7. Если f\in \mathcal{A}, g\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) и g четная, то для всех x,y\in\mathbb{R}

\begin{equation} (f\ast_{\tau}g)(x) =(f\ast_{T}g)(x)= \int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x)g(y)\,d\nu_{\lambda}(y), \end{equation} \tag{3.22}
\begin{equation} \mathcal{F}_r^{\lambda}(f\ast_{\tau}g)(y) = \mathcal{F}_r^{\lambda}(f\ast_{T}g)(y)= \mathcal{F}_r^{\lambda}(f)(y)\mathcal{F}_r^{\lambda}(g)(y). \end{equation} \tag{3.23}

Доказательство. Пусть сначала g\in\mathcal{A}. В силу (3.1), (3.15) и (3.20)
\begin{equation*} \begin{aligned} \, (f\ast_{\tau}g)(x)&= \int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^{-x}g(y)\,d\nu_{\lambda}(y)= \int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x)g(y)\,d\nu_{\lambda}(y) \\ &=\int_{\mathbb{R}}g(y)\int_{\mathbb{R}^d}e_{r,\lambda}(yz) e_{r,\lambda}(xz)\mathcal{F}_{r}^{\lambda} (f)(z)\,d\mu_{\lambda}(z)\,d\nu_{\lambda}(y) \\ &=\int_{\mathbb{R}}e_{r,\lambda}(xz)\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z) \mathcal{F}_{}^{\lambda}(g)(z)\,d\nu_{\lambda}(z). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Аналогично, применяя (3.2) и (3.21), получим
\begin{equation*} \begin{aligned} \, (f\ast_{T}g)(x)&=\int_{\mathbb{R}}T^yf(x)g(y)\,d\nu_{\lambda}(y) \\ &=\int_{\mathbb{R}}g(y) \int_{\mathbb{R}}j_{\lambda}(yz)e_{r,\lambda}(xz) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)\,d\nu_{\lambda} (z)\,d\nu_{\lambda}(y) \\ &=\int_{\mathbb{R}}e_{r,\lambda}(xz)\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z) \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(g)(z)\,d\nu_{\lambda}(z) =\int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x)g(y)\,d\nu_{\lambda}(y). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Равенства (3.22) и (3.23) для g\in\mathcal{A} доказаны. Случай g\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) получается предельным переходом. Если g_{\varepsilon}\in\mathcal{A} и \|g-g_{\varepsilon}\|_{1,d\nu_{\lambda}}\to 0 при \varepsilon\to 0, то применяя леммы 3, 5, получим равномерную ограниченность \tau^yf(x), T^yf(x) и при \varepsilon\to 0
\begin{equation*} \begin{gathered} \, \int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^{x}(g(y)- g_{\varepsilon}(y))\,d\nu_{\lambda}(y)\to 0, \qquad \int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x)(g(y)- g_{\varepsilon}(y))\,d\nu_{\lambda}(y)\to 0, \\ \int_{\mathbb{R}}T^{y}f(x)(g(y)- g_{\varepsilon}(y))\,d\nu_{\lambda}(y)\to 0, \qquad \|\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(g)(z)- \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(g_{\varepsilon})(z)\|_{\infty}\to 0. \end{gathered} \end{equation*} \notag
Лемма 7 доказана.

Теперь мы можем доказать неравенство Юнга для сверток (3.20) и (3.21). При доказательстве следуем [10].

Теорема 1. Пусть 1\leqslant p,q\leqslant\infty, 1/p+1/q\geqslant 1 и 1/s=1/p+1/q-1. Если f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), g\in L^q(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), то

\begin{equation} \|(f\ast_{\tau}g)\|_{s,d\nu_{\lambda}} \leqslant M_{r,\lambda}^{\tau}\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}} \|g\|_{q,d\nu_{\lambda}}, \end{equation} \tag{3.24}
\begin{equation} \|(f\ast_{T}g_{\mathrm e})\|_{s,d\nu_{\lambda}} \leqslant M_{r,\lambda}^{T}\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}} \|g_{\mathrm e}\|_{q,d\nu_{\lambda}}. \end{equation} \tag{3.25}

Доказательство. Пусть 1/\mu=1/p-1/s и 1/\nu=1/q-1/s. Тогда 1/\mu\geqslant 0, 1/\nu\geqslant 0 и 1/s+1/\mu+1/\nu=1.

Применяя неравенство Гёльдера, получим

\begin{equation*} \begin{aligned} \, &\biggl|\int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^xg(y)\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr| \\ &\qquad\leqslant\biggl(\int_{\mathbb{R}}|f(y)|^p |\tau^xg(y)|^q\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/s} \biggl(\int_{\mathbb{R}}|f(y)|^p\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/\mu} \biggl(\int_{\mathbb{R}}|\tau^xg(y)|^q\, d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/\nu} \\ &\qquad=\biggl(\int_{\mathbb{R}}|f(y)|^p|\tau^xg(y)|^q\, d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/s}\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}^{p/\mu} \|\tau^xg\|_{q,d\nu_{\lambda}}^{q/\nu}. \end{aligned} \end{equation*} \notag
Отсюда и из (3.12)
\begin{equation*} \begin{aligned} \, &\|(f\ast_{\tau}g)\|_{s,d\nu_{\lambda}} \\ &\qquad\leqslant \biggl(\int_{\mathbb{R}}\int_{\mathbb{R}}|f(y)|^p |\tau^yg(x)|^q\,d\nu_{\lambda}(y)\,d\nu_{\lambda}(x)\biggr)^{1/s} \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}^{p/\mu} \|\tau^yg(x)\|_{q,d\nu_{\lambda}}^{q/\nu} \\ &\qquad\leqslant \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}\|\tau^yg\|_{q,d\nu_{\lambda}}\leqslant M_{r,\lambda}^{\tau}\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}} \|g\|_{q,d\nu_{\lambda}}. \end{aligned} \end{equation*} \notag
Неравенство (3.24) доказано.

Аналогично,

\begin{equation*} \begin{aligned} \, &\biggl|\int_{\mathbb{R}}T^yf(x)g_{\mathrm e}(y)\, d\nu_{\lambda}(y)\biggr|\leqslant\biggl(\int_{\mathbb{R}}|T^yf(x)|^p |g_{\mathrm e}(y)|^q\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/s} \\ &\qquad\qquad\times \biggl(\int_{\mathbb{R}} |T^yf(x)|^p\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/\mu} \biggl(\int_{\mathbb{R}}|g_{\mathrm e}(y)|^q\, d\nu_{\lambda}(y)\biggr)^{1/\nu} \\ &\qquad \leqslant\biggl(\int_{\mathbb{R}}|T^yf(x)|^p |g_{\mathrm e}(y)|^q\,d\nu_{\lambda}(t)\biggr)^{1/s} \|T^yf\|_{p,d\nu_{\lambda}}^{p/\mu} \|g_{\mathrm e}\|_{q,d\nu_{\lambda}}^{q/\nu}. \end{aligned} \end{equation*} \notag
Отсюда и из (3.12)
\begin{equation*} \begin{aligned} \, \|(f\ast_{T}g_{\mathrm e})\|_{s,d\nu_{\lambda}}&\leqslant \biggl(\int_{\mathbb{R}}\int_{\mathbb{R}}|T^yf(x)|^p |g_{\mathrm e}(y)|^q\,d\nu_{\lambda}(y)\,d\nu_{\lambda}(x)\biggr)^{1/s} \\ &\qquad \times \|T^yf\|_{p,d\nu_{\lambda}}^{p/\mu} \|g_{\mathrm e}\|_{q,d\nu_{\lambda}}^{q/\nu}\leqslant M_{r,\lambda}^{T} \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}\|g_{\mathrm e}\|_{q,d\nu_{\lambda}}. \end{aligned} \end{equation*} \notag
Неравенство (3.25) и теорема 1 доказаны.

Замечание 2. Если f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) при 1\leqslant p<\infty, f\in C_0(\mathbb{R}) при p=\infty, f_{\varepsilon}\in\mathcal{A}, \|f-f_{\varepsilon}\|_{p,d\nu_{\lambda}}\to 0 при \varepsilon\to 0 и g\in L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), g четная, то, применяя лемму 6 и теорему 1, получим

\begin{equation*} \|(f\ast_{\tau}g)(x)-(f\ast_{T}g)(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}}\leqslant \{M_{r,\lambda}^{\tau}+M_{r,\lambda}^{T}\} \|f-f_{\varepsilon}\|_{p,d\nu_{\lambda}}\|g\|_{1,d\nu_{\lambda}}, \end{equation*} \notag
следовательно, \|(f\ast_{\tau}g)(x)-(f\ast_{T}g)(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}}=0 и (f\ast_{\tau}g)(x)=(f\ast_{T}g)(x) почти всюду.

4. Сходимость обобщенных средних в пространствах L_p

Пусть \varepsilon>0, \widehat{\varphi}=\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(\varphi), \varphi,\widehat{\varphi}\in \mathcal{A}, \varphi(0)=1, \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)= \mathcal{F}_{r}^{\lambda}(\varphi(\varepsilon(\,\cdot\,)))(y). Тогда

\begin{equation*} \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)= \varepsilon^{-2(\lambda+1)}\widehat{\varphi} (\varepsilon^{-1}y),\qquad \widehat{\varphi}_{\varepsilon}\in L^1(\mathbb{R},d\nu_{\lambda})\cap C_0(\mathbb{R}),\qquad \int_{\mathbb{R}} \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)\,d\nu_{\lambda}(y)=1. \end{equation*} \notag

В этом пункте под L^{\infty}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) мы понимаем C_0(\mathbb{R}). В соответствии с теоремой 1 для f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p\leqslant\infty, мы можем определить (r,\lambda)-обобщенные средние

\begin{equation} \Phi_{\varepsilon}^{\tau}f(x)=(f\ast_{\tau} \widehat{\varphi}_{\varepsilon})(x)= \int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^{-x} \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)\,d\nu_{\lambda}(y). \end{equation} \tag{4.1}
Функцию \varphi будем называть генератором обобщенных средних (4.1). Если \varphi(x)=\varphi_{\mathrm e}(x), то согласно замечанию 2 почти всюду
\begin{equation*} \Phi_{\varepsilon}^{\tau}f(x)=\Phi_{\varepsilon}^{T}f(x)= (f\ast_{T}(\widehat{\varphi}_{\varepsilon})_{\mathrm e})(x)= \int_{\mathbb{R}}T^yf(x) (\widehat{\varphi}_{\varepsilon})_{\mathrm e}(y)\,d\nu_{\lambda}(y). \end{equation*} \notag

В силу (3.24), (3.25)

\begin{equation} \|\Phi_{\varepsilon}^{\tau}f\|_{p,d\nu_{\lambda}}\leqslant M_{r,\lambda}^{\tau} \|(\widehat{\varphi}_{\varepsilon})\|_{1,d\nu_{\lambda}} \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}, \end{equation} \tag{4.2}
\begin{equation} \|\Phi_{\varepsilon}^{T}f\|_{p,d\nu_{\lambda}}\leqslant M_{r,\lambda}^{T} \|(\widehat{\varphi}_{\varepsilon})_{\mathrm e}\|_{1,d\nu_{\lambda}} \|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}. \end{equation} \tag{4.3}

Исследуем L^p-сходимость обобщенных средних. Пусть

\begin{equation*} \omega_{\tau}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}=\sup_{|y|\leqslant \delta}\|\tau^yf-f\|_{p,d\nu_{\lambda}},\qquad \omega_T(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}= \sup_{|y|\leqslant\delta}\|T^yf-f\|_{p,d\nu_{\lambda}} \end{equation*} \notag
– модули непрерывности функции f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p\leqslant\infty.

Лемма 8. Если f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p\leqslant\infty, то

\begin{equation} \omega_{\tau}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}\leqslant (1+M_{r,\lambda}^{\tau})\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}},\qquad \omega_{T}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}\leqslant (1+M_{r,\lambda}^{T})\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}}, \end{equation} \tag{4.4}
\begin{equation} \lim_{\delta\to 0}\omega_{\tau}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}=0,\qquad \lim_{\delta\to 0}\omega_{T}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}}=0. \end{equation} \tag{4.5}

Доказательство. Применяя (3.12), получим (4.4). В силу (3.12) равенства (4.5) можно доказывать для функций из плотного множества. Пусть f\in\mathcal{S}_r(\mathbb{R})\cap C_K(\mathbb{R}), |y|\leqslant 1, R\geqslant 2 выбрано так, что \operatorname{supp}f\subset [-R+1,R-1]. Будем писать A\lesssim B, если выполнено неравенство A\leqslant CB с константой C, зависящей от несущественных параметров.

Так как для нормированной функции Бесселя

\begin{equation*} j_{\lambda}'(z)=-\frac{z}{2(\lambda+1)}j_{\lambda+1}(z) \end{equation*} \notag
[17; гл. V], то |j_{\alpha}(z)-1|\leqslant|z|/(2(\lambda+1)) и из (1.3) |e_{r,\lambda}(yz)-1|\lesssim |y|\,|z|. Следовательно,
\begin{equation*} |\tau^tf(x)-f(x)|\leqslant M_{r,\lambda}\int_{\mathbb{R}}|e_{r,\lambda}(yz)-1|\, |\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)|\,d\nu_{\lambda}(z) \lesssim |y|\int_{\mathbb{R}}|z|\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(f)(z)|\, d\nu_{\lambda}\lesssim |y|. \end{equation*} \notag
Равенство (4.5) для модуля непрерывности \omega_{\tau}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}} при p=\infty доказано.

Если p<\infty, то, применяя (3.19), получим \operatorname{supp}\tau^yf(x)\subset [-R,R], поэтому

\begin{equation*} \int_{\mathbb{R}}|\tau^yf(x)-f(x)|^p\,d\nu_{\lambda}\lesssim |y|^p\int_{-R}^{R}d\nu_{\lambda}. \end{equation*} \notag
Равенство (4.5) для модуля непрерывности \omega_{\tau}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}} при p<\infty также доказано. Случай модуля непрерывности \omega_{T}(\delta,f)_{p,d\nu_{\lambda}} разбирается аналогично. Лемма 8 доказана.

Теорема 2. Пусть \widehat{\varphi}=\mathcal{F}_{r}^{\lambda}(\varphi), функции \varphi,\widehat{\varphi}\in \mathcal{A}, \varphi(0)=1. Если f\in L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}) при 1\leqslant p<\infty или f\in C_0(\mathbb{R}) при p=\infty, то

\begin{equation*} \|f(x)-\Phi_{\varepsilon}^{\tau} f(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}}\to 0,\qquad \varepsilon\to 0. \end{equation*} \notag

Доказательство. Учитывая (4.2) и теорему Банаха–Штейнгауза, теорему 2 достаточно доказывать на плотном множестве \mathcal{S}_r(\mathbb{R}). Если f\in\mathcal{S}_r(\mathbb{R}), то в силу (3.15)
\begin{equation*} \Phi_{\varepsilon}f(x)= (f\ast_{\tau}\widehat{\varphi}_{\varepsilon})(x)= \int_{\mathbb{R}}f(y)\tau^{-x} \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)\,d\nu_{\lambda}(y)= \int_{\mathbb{R}}\tau^{y}f(x) \widehat{\varphi}_{\varepsilon}(y)\,d\nu_{\lambda}(y), \end{equation*} \notag
поэтому
\begin{equation*} \begin{aligned} \, &\|f(x)-\Phi_{\varepsilon}f(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}}= \biggl\|\int_{\mathbb{R}}(\tau^{\varepsilon y}f(x)-f(x)) \widehat{\varphi}(y)\,d\nu_{\lambda}(y)\biggr\|_{p,d\nu_{\lambda}} \\ &\qquad\leqslant \int_{\mathbb{R}} \|\tau^{\varepsilon y}f(x)-f(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}} |\widehat{\varphi}(y)|\,d\nu_{\lambda}(y) \leqslant \int_{\mathbb{R}} \omega_{\tau}(\varepsilon y,f)_{p,d\nu_{\lambda}} |\widehat{\varphi}(y)|\,d\nu_{\lambda}(y). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Утверждение теоремы 2 вытекает из (4.4), (4.5) и оценки
\begin{equation*} \begin{aligned} \, &\int_{\mathbb{R}}\omega_{\tau}(\varepsilon y,f)_{p,d\nu_{\lambda}} |\widehat{\varphi}(y)|\,d\nu_{\lambda}(y) \\ &\qquad\leqslant \omega_{\tau}(\varepsilon R,f)_{p,d\nu_{\lambda}} \int_{|y|\leqslant R}|\widehat{\varphi}(y)|\,d\nu_{\lambda}(y) +\bigl(1+M_{r,\lambda}^{\tau}\bigr)\|f\|_{p,d\nu_{\lambda}} \int_{|y|\geqslant R}|\widehat{\varphi}(y)|\,d\nu_{\lambda}(y). \end{aligned} \end{equation*} \notag
Теорема 2 доказана.

Следствие 1. Если в условиях теоремы 2 \varphi=(\varphi)_{\mathrm e}, то, учитывая неравенство (4.3), имеем

\begin{equation*} \|f(x)-\Phi_{\varepsilon}^{T}f(x)\|_{p,d\nu_{\lambda}}\to 0,\qquad \varepsilon\to 0. \end{equation*} \notag

Обобщенные средние \Phi_{\varepsilon}f, для которых имеет место сходимость в пространствах L^p(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), 1\leqslant p\leqslant\infty, назовем регулярными.

5. Примеры обобщенных средних

Для четного генератора \varphi обобщенное преобразование Данкля \widehat{\varphi} также является четным и совпадает с преобразованием Ганкеля

\begin{equation*} \widehat{\varphi}(y)=2\int_{\mathbb{R}_+}j_{\lambda}(yx) f(x)\,d\nu_{\lambda}(x)=H_{\lambda}(f)(y), \end{equation*} \notag
поэтому обобщенное преобразование Данкля (r\geqslant 0) четного генератора обобщенных средних совпадает с обычным преобразованием Данкля (r=0) и даже преобразованием Ганкеля. В [18] рассмотрены следующие примеры средних для преобразования Данкля с четными генераторами: средние Гаусса–Вейерштрасса, Пуассона, Бохнера–Рисса. Они будут примерами и обобщенных средних. Для обобщенных средних Гаусса–Вейерштрасса \varphi(x)=\widehat{\varphi}(x)=e^{-x^2/2}\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}). Для обобщенных средних Пуассона
\begin{equation*} \varphi(x)=e^{-|x|}\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), \qquad \widehat{\varphi}(y)=\frac{c_{\lambda}}{(1+y^2)^{\lambda+3/2}}\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}). \end{equation*} \notag
Таким образом, обобщенные средние Гаусса–Вейерштрасса и Пуассона являются регулярными. Для обобщенных средних Бохнера–Рисса
\begin{equation*} \varphi(x)=\begin{cases} (1-|x|^2)^{\delta}, & |x|\leqslant 1, \\ 0, & |x|\geqslant 1, \end{cases}\qquad \widehat{\varphi}(y)=c_{\lambda,\delta}j_{\lambda+\delta+1}(y),\qquad \delta>0. \end{equation*} \notag
Генератор \varphi\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}). Функция \widehat{\varphi}\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), если только \delta>\delta_0=\lambda+1/2. Число \delta_0 называют критическим показателем. Если \delta>\delta_0, то обобщенные средние Бохнера–Рисса являются регулярными. При \delta\leqslant\delta_0 они не являются регулярными.

Рассмотрим пример генератора \varphi_{s,a}(x)=(1+ax^{2s+1})e^{-x^2/2}, s\in\mathbb{Z}_+, a\in\mathbb{R}, не являющегося четным. Функция \varphi_{s,a}\in \mathcal{S}_r(\mathbb{R}) при s\geqslant r. Обобщенное преобразование Данкля

\begin{equation*} \widehat{\varphi}_{s,a}(y)=e^{-y^2/2}+iac_{r,\lambda,s}y^{2r+1} \begin{cases} \Phi\biggl(\lambda+r+s+2,\lambda+2r+2,-\dfrac{y^2}{2}\biggr),&s<r, \\ e^{-y^2/2}L_{s-r}^{\lambda+2r+1}\biggl(\dfrac{y^2}{2}\biggr),&s\geqslant r. \end{cases} \end{equation*} \notag
(см. [20; гл. VIII, (8.6.13), (8.6.14)]). Здесь L_s^{\lambda}(x) – обобщенные многочлены Лагерра (см. [6; гл. X, 10.12]). Следовательно, \widehat{\varphi}_{s,a}\in\mathcal{S}_r(\mathbb{R}) при s\geqslant r. Согласно асимптотике вырожденной гипергеометрической \Phi-функции [19; гл. VI, (6.13.1)] при s<r и y\to\infty
\begin{equation*} \Phi\biggl(\lambda+r+s+2,\lambda+2r+2,-\frac{y^2}{2}\biggr) =\frac{\Gamma(\lambda+2r+2)}{\Gamma(r-s)}\biggl(\frac{y^2}{2}\biggr)^{-(\lambda+r+s+2)} \biggl(1+O\biggl(\frac{1}{y^2}\biggr)\biggr), \end{equation*} \notag
поэтому \widehat{\varphi}_{s,a}\in L^{1}(\mathbb{R},d\nu_{\lambda}), но \widehat{\varphi}_{s,a}\not\in \mathcal{S}(\mathbb{R}). Обобщенные средние с генератором \varphi_{s,a} являются регулярными. Они обобщают средние Гаусса–Вейерштрасса.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. C. F. Dunkl, “Integral kernels with reflection group invariance”, Canad. J. Math., 43:6 (1991), 1213–1227  crossref  mathscinet
2. M. Rösler, “Dunkl operators: theory and applications”, Orthogonal Polynomials and Special Functions (Leuven, 2002), Lecture Notes in Math., 1817, Springer-Verlag, Berlin, 2003, 93–135  crossref  mathscinet
3. S. Ben Saïd, T. Kobayashi, B. Ørsted, “Laguerre semigroup and Dunkl operators”, Compos. Math., 148:4 (2012), 1265–1336  crossref  mathscinet
4. D. V. Gorbachev, V. I. Ivanov, S. Yu. Tikhonov, On the Kernel of (\kappa,a)-generalized Fourier Transform, arXiv: 2210.15730
5. M. A. Boubatra, S. Negzaoui, M. Sifi, “A new product formula involving Bessel functions”, Integral Transforms Spec. Funct., 33:3 (2022), 247–263  crossref  mathscinet
6. A. Erdélyi, W. Magnus, F. Oberhettinger, F. G. Tricomi, Higher Transcendental Functions, v. II, McGraw Hill, New York, 1953  mathscinet
7. M. Rösler, “Generalized Hermite polynomials and the heat equation for Dunkl operators”, Comm. Math. Phys., 192:3 (1998), 519–542  crossref  mathscinet
8. K. Trimèche, “Paley–Wiener theorems for the Dunkl transform and Dunkl translation operators”, Integral Transforms Spec. Funct., 13:1 (2002), 17–38  crossref  mathscinet
9. M. Rösler, “A positive radial product formula for the Dunkl kernel”, Trans. Amer. Math. Soc., 355:6 (2003), 2413–2438  crossref  mathscinet
10. D. V. Gorbachev, V. I. Ivanov, S. Yu. Tikhonov, “Positive L^p-bounded Dunkl-type generalized translation operator and its applications”, Constr. Approx., 49:3 (2019), 555–605  crossref  mathscinet
11. D. V. Gorbachev, V. I. Ivanov, S. Yu. Tikhonov, “Pitt's inequalities and uncertainty principle for generalized Fourier transform”, Int. Math. Res. Not. IMRN, 23 (2016), 7179–7200  crossref  mathscinet
12. В. И. Иванов, “Преобразование Рисса для одномерного (k,1)-обобщенного преобразования Фурье”, Матем. заметки, 113:3 (2023), 360–373  mathnet  crossref  mathscinet
13. G. N. Watson, A Treatise on the Theory of Bessel Functions., Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1966  mathscinet
14. H. Mejjaoli, “Deformed Stockwell transform and applications on the reproducing kernel theory”, Int. J. Reprod. Kernels, 1:1 (2022), 1–39
15. H. Mejjaoli, K. Trimèche, “Localization operators and scalogram associated with the deformed Hankel wavelet transform”, Mediterr. J. Math., 20:3 (2023), 186  crossref  mathscinet
16. С. С. Платонов, “Гармонический анализ Бесселя и приближение функций на полупрямой”, Изв. РАН. Сер. матем., 71:5 (2007), 149–196  mathnet  crossref  mathscinet  zmath
17. Б. М. Левитан, И. С. Саргсян, Введение в спектральную теорию. Самосопряженные обыкновенные дифференциальные операторы, Наука, М., 1970  mathscinet
18. S. Thangavelu, Y. Xu, “Convolution operator and maximal function for the Dunkl transform”, J. Anal. Math., 97 (2005), 25–55  crossref  mathscinet
19. A. Erdélyi, W. Magnus, F. Oberhettinger, F. G. Tricomi, Higher Transcendental Functions, v. I, McGraw Hill, New York, 1953  mathscinet
20. A. Erdélyi, W. Magnus, F. Oberhettinger, F. G. Tricomi, Tables of Integral Transforms, v. II, McGraw Hill, New York, 1954  mathscinet

Образец цитирования: В. И. Иванов, “Недеформированное обобщенное преобразование Данкля на прямой”, Матем. заметки, 114:4 (2023), 509–524; Math. Notes, 114:4 (2023), 443–456
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{Iva23}
\by В.~И.~Иванов
\paper Недеформированное обобщенное преобразование Данкля на прямой
\jour Матем. заметки
\yr 2023
\vol 114
\issue 4
\pages 509--524
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/mzm14021}
\crossref{https://doi.org/10.4213/mzm14021}
\transl
\jour Math. Notes
\yr 2023
\vol 114
\issue 4
\pages 443--456
\crossref{https://doi.org/10.1134/S0001434623090171}
\scopus{https://www.scopus.com/record/display.url?origin=inward&eid=2-s2.0-85174702215}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/mzm14021
  • https://doi.org/10.4213/mzm14021
  • https://www.mathnet.ru/rus/mzm/v114/i4/p509
  • Эта публикация цитируется в следующих 4 статьяx:
    Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Математические заметки Mathematical Notes
    Статистика просмотров:
    Страница аннотации:255
    PDF полного текста:37
    HTML русской версии:169
    Список литературы:51
    Первая страница:13
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2025