• Sonuç bulunamadı

3.1. Hölder Uzayında Bazı Singüler İntegraller

C, IR reel eksen üzerinde sınırlı ve düzgün sürekli olan reel değerli fonksiyonların bir uzayı olsun. Bu uzay üzerinde bir norm

( )

c sup

x R

f f x

= (3.1.1)

şeklinde tanımlanabilir. Gerçekten de

(i) f c ≥0 dır. Çünkü . :RR negatif olmayan fonksiyondur.

Dolayısıyla supremumu da negatif olamaz.

(ii) =0⇔sup ( ) =0

f x

f

R c x

⇔∀xR, f(x) =0 ⇔∀xR, f(x)=0 ⇔ f =0

f c =0f =0 dır.

(iii) f sup( f)(x)

R

c x λ

λ

=

sup f(x)

R x

λ

=

sup f(x)

x∈R

= λ

= λ f c dır.

Dolayısıyla,

λf c = λ f c , λR eşitliği sağlanır.

(iv) f g sup(f g)(x)

R

c = x +

+

sup f(x) g(x)

R x

+

=

R R x

x

x g x

f

+

≤sup ( ) sup ( )

= f c + g c f +g cf c + g c

elde edilirki dolayısıyla norm aksiyomları sağlanır.

Verilen bir f∈C için

( )

x f(x h) f(x)

hf = + −

Δ , hR (3.1.2) olmak üzere,

) , ( ft

W = h c

t h

f Δ

sup , t >0 (3.1.3)

şeklinde tanımlanan )W( ft, fonksiyonuna süreklilik modülü diyoruz. Ω ile süreklilik modülünün sağladığı koşullarla benzerlik gösteren fonksiyonların bir cümlesini gösterelim. Yani Ω , aşağıdaki koşullara uygun tüm w fonksiyonların bir cümlesi olsun.

a) w,

[

0,∞

)

aralığında tanımlı ve sürekli, b) w, artan ve w(0)=0

c) w(t)t1, t >0 için azalandır.

Verilen bir w Ω∈ için w ile

( )

<

=

> wh

f h f c

o w h

sup Δ (3.1.4)

şartını sağlayan tüm f∈C fonksiyonların sınıfını H ile gösterelim ve w H ’deki w

w c

H f f

f w = + (3.1.5)

ile tanımlayalım.

Ayrıca H da, w

→0+

hlim =

) (h w

f c Δh

0 (3.1.6)

şartını sağlayan fHw fonksiyonlarının sınıfını göstersin. Bu durumda H normu w da (3.1.5) şeklinde tanımlanır. (3.1.5) normu ile birlikte H ve w H ye w genelleştirilmiş Hölder uzayı denir. Eğer w,μ ve

) (

) ) (

( t

t t w

q = μ , t >0 (3.1.7)

fonksiyonu azalmayan ise, o taktirde Hμ

Hw ⊆ ve HwHμ (3.1.8) dır. Bunları gösterelim.

İlk olarak HwHμ olduğunu gösterelim;

Hw

f ∈ olmak üzere w,μ

[ ]

0,a alalım.

) ( sup 1 ) sup ( ) (

) ( ) sup (

0 0

0 h q h

f h

w h h

f f

h h c h h c

w = h> = > >

μ μ Δ

μ Δ

yazılabilir. Dolayısıyla h>0 için ) (

1 h

q fonksiyonu

[ ]

0,a aralığında tanımlıdır. w ,μ fonksiyonları sürekli olduğundan

) (

1 h

q da süreklidir. a R

h

q :[0, ]→ )

(

1 sürekli bir

fonksiyon olduğu için sınırlıdır. Bu fonksiyon supremumunu [0,a aralığında alır. ] Bu da

h c q

h

=

> ( ) sup 1

0

gibi bir sabittir. O halde

) ( sup 1 ) sup (

0

0 h q h

f f

h h c

w = h> >

μ

Δ =

) ( sup 1

0 q h f

h>

μ

eşitliğinde f w ve

) ( sup 1

0 q h

h> sonlu olduklarından

) sup (

0 h

f c

h

h μ

Δ

> da sonludur. Yani

μ <

f dır. Buradan da fHμ elde edilir.

Şimdi HwHμ olduğunu gösterelim:

Hw

f ∈ ise o halde

) 0 lim (

0 =

w h

f c

h h

Δ

dır.

( )

(( ))

) lim lim (

0

0 h

h w h w

f h

f h c

h h c

h μ

Δ μ

Δ

+

+

=

) (

) lim ( . ) 0 (

) lim ( ) lim (

0 0

0 h

h w h

h w h

w f

h h

h c

h μ μ

Δ

+ +

+

=

=

=0 dır. Burada fHw ve

) (

) lim (

0 h

h w

h + μ ifadesi sonlu olduğundan

) 0 lim (

0 Δ =

+ h

f c

h

h μ

dır. Dolayısıyla HwHμ elde edilir.

Eğer fHw ise

( )

t f

W ,w )(t f w, t>0 (3.1.9)

eşitsizliği sağlanır. Bunu görelim:

( )

t f =

W , h c

t h

f Δ

sup

idi. Burada ht alalım. w fonksiyonu artan olduğundan )w(h)≤w(t olup 1 ) (

( ≥) h w

t

w

dır. Son eşitsizlik süreklilik modülünde kullanılırsa

( )

( )

) sup (

, w h

t f w f

t

W h c

t h

Δ

( )

( )

sup ) (

, 0

h w

f t

w f t

W h h c

Δ

>

( )

t f wt f w W , ≤ ( ) elde edilir.

Eğer fHw ise, o taktirde

( )

0

) ( lim ,

0+ =

w t

f t W

t (3.1.10) dir. Bunu görmek için;

( )

t f =

W , h c

t h

f Δ

sup eşitliği

( )

( )

) sup (

, w h

h f w f

t

W h c

t

h ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

=⎛

Δ

) sup ( )

( w h

t f

w h c

t h

Δ

( )

) sup ( )

( 0 ,

h w

f t

w f t

W h c

t h

Δ

şeklinde yazılabilir. Her iki tarafın t → 0+ için limiti alınırsa

→0+

tlim

( )

) (

, t w

f t W

→0+

tlim ⎟⎟

⎜⎜

( )

sup w h f c

h t h

Δ

→0+

tlim

( )

0

) (

, =

t w

f t W

elde edilir. Böylece genelleştirilmiş Hölder uzayının sağladığı bazı özellikler gösterilmiş oldu.

SırasıylaP ,,QW ile gösterilen Picard, Poission-Cauchy ve Gaus-Weierstrass singuler integralleri aşağıdaki gibi tanımlanırlar.

( )

f x t e dt

f r r x

P r

t +∞

+

= ( )

2

; 1

, (3.1.11)

r dt t t

x r f f r x

Q 2 1 2

) ( )

; ,

( = +

+ +

π

π π (3.1.12) dt

e t x r f f

r x

W r

t2

) 1 (

)

; , (

+

+

= π

π π (3.1.13) Şimdi bu integrallerin fC, xR,rΙ

(

0,1

]

ve r → 0+ iken yakınsaklık durumlarını inceleyelim.

Lemma 3.1.1: Eğer f ∈ ise C a) P

(

.,r; f

)

cf c b) Q

(

.,r; f

)

cf c c) W

(

.,r; f

)

cf c

dır. Yani, her rΙ sabiti için f ∈ olduğunda C P

(

.,r;f

)

,Q

(

.,r;f

)

ve W

(

.,r; f

)

integralleri de C ye aittir.

İspat :

a) (3.1.1) , (3.1.10) ve

+∞

eşitliğini kullanırsak,

( )

f x t e dt

elde edilir.

b) (3.1.1) , (3.1.12) ve

eşitlikleri kullanılırsa

r dt

elde edilir.

c) e r dt r

t

= π

2

olduğunu gösterelim ve (3.1.1), (3.1.13) eşitliklerini

kullanalım.

∫ ∫

=

= e dx I e e dxdy

I r

y r x r

x2 2 2

2

e r dxdy

y

∫ ∫

x

+

= ( )

2 2

θ ρ θ

ρcos , = sin

= y

x dönüşümleri yapılırsa ρ

θ

ρ =

=∂

) , (

) , ( yx

J den

θ ρ ρ dd

dxdy= olur. Bu durumda

I2 =2

∫∫

π∞ −ρ ρ ρ θ

0 0

2

d d e r

r2 =u

ρ , 2ρdρ=rdudönüşümü uygulanırsa

I r e du r e u k r

k k

u

k π π

π =− =

=

0

0

2 lim lim

I2 =πrI = πr

elde edilir. Şimdi (3.1.1) ve (3.1.13) eşitlikleri kullanırsa

c = f r x

W( , , )

π +

π πf x r e dt r

r t

R x

2

) 1 (

sup

x∈R

≤ sup f x r e dt

r

r t2

)

1 (

+

π

f x t e dt

r

r t

R x

2

) 1 (

sup

+

π

x∈R

≤ sup e dt

y r

f r

t

R

y

⎟⎟

⎜⎜ ⎞

⎛ 1 2

) (

sup π

c

R y

f y

f =

( )

sup

olur.

Lemma 3.1.2:Eğer fHw ise,o taktirde a) p(.,r;f)wf w

b) w

w f

f r

Q(., ; ) ≤

c) W(.,r;f) wf w

eşitsizlikleri sağlanır. Yani her rΙ sabiti için fHw iken P(.,r; f), )Q(.,r;f ve )W(.,r; f fonksiyonları da H ’ya aittir. w

İspat : (3.1.3) , (3.1.10) ve (3.1.12) den xIR,rΙ ve hIR için )

; , ( )

; ,

(x r f P x r f

P h

h Δ

Δ =

) , , ( )

; ,

(x r f Q x r f

Q h

h Δ

Δ =

) , , ( )

; ,

(x r f W x r f

W h

h Δ

Δ =

eşitlikleri sağlanır. (3.1.3) den

)

; , ( )

; , ( )

; ,

(x r f P x h r f P x r f

hP = + −

Δ

f x t e dt

dt r e h t x r f

r t r

t

+

− +

+

= ( )

2 ) 1

2 ( 1

(

f x t h f x t

)

e dt r

r

t

+ + +

= ( ) ( )

2 1

f x t e dt r

r t

h

+

+

= ( )

2

1 Δ

=P(x,r;Δhf) olur. Benzer şekilde

) elde edilirler. Buna göre

Lemma 3.1.1 den ∀rI ve ∀hR için

h c

hW r f c Δ f

Δ (⋅ ; ) ≤ (3.1.16) olur. Şimdi (3.1.13), (3.1.14) ve (3.1.15)’ü kullanarak, (3.1.4) yardımıyla ⋅ w’yı tanımlayalım.

a) ( )

)

; , sup (

)

; , (

0 w h

f r f P

r

P h c

w h

= ⋅

>

Δ

sup ( )

0 w h

f c

h h

Δ

>

= f w

b) ( )

)

; , sup (

)

; , (

0 w h

f r f Q

r

Q h c

w h

= ⋅

>

Δ

) sup (

0 w h

f c

h h

Δ

>

f w

=

c) ( )

)

; , sup (

)

; , (

0 w h

f r f W

r

W h c

w h

= ⋅

>

Δ

) sup (

0 w h

f c

h h

Δ

>

f w

=

olurlar.

Lemma 3.1.1 ve Lemma 3.1.2, rI için P(⋅,r; f), Q(⋅,r;f) ve W(⋅,r; f) fonksiyonlarının Hw’ya ait olduğunu gösterir.

Buna göre aşağıdaki sonucu yazabiliriz.

Sonuç 3.1.1: Eğer fHw ise a) P(⋅,r; f) Hwf Hw

b) Q(⋅,r;f) Hwf Hw

c) W(⋅,r; f) Hwf Hw

dır.

Lemma 3.1.3: Eğer fHw ise ∀rI sabiti için P(⋅,r; f),Q(⋅,r;f) ve )

; , ( r f

W ⋅ fonksiyonları H ya aittir. w İspat :

a) P(,r;f) için;h>0 , r∈ (3.1.14) eşitsizliğinden I

) ( )

( )

; , ( )

( )

; , 0 (

h w

f h

w f r P h

w f r

P c h c h c

h Δ Δ

Δ ⋅ ≤

⋅ =

olur. Her iki tarafın h→ 0+ iken limiti alınırsa

) lim ( )

( )

; , lim (

0

0 w h

f h

w f r

P h c

h h c

h

Δ Δ

+

+

⋅ ≤

dır. fHw ise

) 0 lim (

0+ =

w h

f c

h h

Δ

olduğundan

) 0 (

)

; , lim (

0 ⋅ =

+ w h

f r

P c

h h

Δ

elde edilir. Dolayısıyla P(⋅,r; f)∈Hw olur.

b) Q(⋅,r;f) için; (3.1.15) eşitsizliğinden

) ( )

( )

; , ( )

( )

; , 0 (

h w

f h

w f r Q h

w f r

Q c h c h c

h Δ Δ

Δ ⋅ ≤

⋅ =

yazılabilir. Her iki tarafın h→ 0+ iken limiti alınırsa

) lim ( )

( )

; , lim (

0

0 w h

f h

w f r

Q h c

h h c

h

Δ Δ

+

+

⋅ ≤

elde edilir. Eğer fHw ise

) 0 lim (

0+ =

w h

f c

h h

Δ

olduğundan

) 0 (

)

; , lim (

0 ⋅ =

+ w h

f r

Q c

h h

Δ

olur. Dolayısıyla Q(⋅,r;f)∈Hw olur.

c) W(⋅,r; f) için; (3.1.16) eşitsizliğinden

) ( )

( )

; , ( )

( )

; , 0 (

h w

f h

w f r W h

w f r

W c h c h c

h Δ Δ

Δ ⋅ ≤

⋅ =

yazılabilir. Her iki tarafın h→ 0+ iken limiti alınırsa

) lim ( )

( )

; , lim (

0

0 w h

f h

w f r

W h c

h h c

h

Δ Δ

+

+

⋅ ≤

olur. fHw için

) 0 lim (

0+ =

w h

f c

h h

Δ

olduğundan

) 0 (

)

; , lim (

0 ⋅ =

+ w h

f r

W c

h h

Δ

elde edilir. Dolayısıyla W(⋅,r; f)∈Hw olur.

Şimdi )Lk(x,r; f operatörünü

⎪⎩ eşitsizlikleri sağlanır.

İspat :

eşitliği kullanılırsa

)

yazılabilir. Bu durumda

=

dt e r f

r t

t c

2 Δ 1

f e dt

r

r t

t c t t

Δ 2 sup

1

= W t f e dt

r

r t

) , 2 (

1

dt e f t r W

r

t

=

0

) , 1 (

olur.

>0

λ olmak üzere r

= t

λ seçilip W(λr,f)≤(1+λ)W(r,f) özelliği kullanılırsa

dt r e f t

r W f

r x

L r

t

c =

+

0

1( , ; ) ( ; ) (1 )

yazılabilir. Son integralde u

rt = denirse dt =rdu olup, du

e u f

r W f

r x

L c =

+ u

0

1( , ; ) ( ; ) (1 )

=W r f

(

eudu+

ueudu

)

0 0

)

; (

=W( fr; )

(

1+1

)

)

; ( 2W r f

=

olarak elde edilir. Böylece (a) gerçeklendiğini görülür.

b) (3.1.17), (3.1.12), (3.1.3) ifadeleri ve 1 1

2

2 =

+

r dt t r

π eşitliği kullanılırsa

)

yazılabilir.

r dt

dt

t eşitsizliği kullanılırsa

⎟⎟

olur. Yukarıdaki eşitsizlik

)

şeklinde elde edilir.

Diğer taraftan

+

=

t eşitsizliği kullanılırsa

π

bulunur. Minkowsky eşitsizliğinden

c elde edilir.

c), (3.1.17), (3.1.13), (3.1.3) ifadeleri ve 1

2 =1

π eşitliği kullanılırsa )

yazılabilir.

(b) deki işlemler benzer şekilde kullanılırsa

elde edilir. Dolayısıyla

f e dt

şeklinde yazılabilir. Burada

r

yazılabilir.

π

elde edilir.

dt e r

t

∞ −

π

2

integralinde u

rt = denirse

r re e

r du e r dt e dt

e k r

r u k k

r u k

r t r

t

<

=

=

=

π π

π π π

lim lim

2

elde edilir.

Buna göre,

L r f c W r f r2 f c

1 2 1 2

1 2

1

3(⋅, ; ) ≤ ( , )(1+π )+2π olarak bulunur.

Sonuç 3.1.2: Eğer fHwise, o takdirde

(a) L1(.,r;f) c ≤ 2 f Hww(r) (3.1.21)

(b) 2(., ; )

[

2 2( 2 (1)) 1

]

( ln( ))

r r w f w

f r

L c Hw

π π +

(3.1.22)

(c) ) ( )

) 1 ( 1 2 ( 1 )

;

(., 2

1 2

1

3 f w r

f w r

L cHw

⎢ ⎤

⎡ + +

π (3.1.23)

eşitsizlikleri sağlanır.

İspat :

a) (3.1.5),(3.1.9) ve (3.1.18) ifadeleri kullanılırsa )

, ( 2 )

;

1(.r f W r f

L c

≤ 2w )(r f w

≤2w )(r f Hw

olur.

b) (3.1.5) , (3.1.9) ve (3.1.19) ifadeleri kullanılırsa

r f r f

r W f

r

L2(⋅, ; ) c ≤2 ( lnπ , )+2π2 c

)) ln(

(

)) ln(

( 2

)) ln(

(

2 2

r r w

r r w r f r f

r

w Hw Hw π

π

π + π

⎟⎟

⎟⎟

⎜⎜

⎜⎜

⎛ +

=

)) ln(

( 2 2

)) ln(

(

2

r r w f r

r r

w Hw π

π π

yazılabilir.

Parantez içindeki ifade için

) 1 ( 2 )) ln(

( 2

2 2w

r r w

r π π π

≤ olduğunu gösterirsek

ispat tamamlanır.

(

0,1

]

r için ln( ) r πr

artandır. Artan olduğu için maksimum değerini 1r = de alır. Dolayısıyla

π π ln ) ln(

0< ≤

r r yazılabilir. Ayrıca t>0 için ) (t w

t artan olduğundan

) (ln ln )) ln(

( ) ln(

π π π

π

w r r

w r r

≤ (I)

dır. Diğer taraftan r π ≤ ise π

r r

r π

π ln

ln ≤ dır. Buna göre

)) ln(

( ) ln(

) ln (

ln

r r w

r r r

w r

π π

π ≤π (II) yazılabilir. (I) ve (II) den

)

elde edilir. Böylece

[

2 2( (1))

]

( ln( ))

Parantez içindeki ifade

) 1 ( 2 ) ( 2

2 1 2 1

r w w

r ≤ şeklinde yazılabilir. Çünkü r

(

0,1

]

içi

) ( 2

1 2 1

r w

r ifadesi artan olduğundan maksimum değerini r=1 için alır. Böylece

f c

r

L3(., ; ) ⎥

⎢ ⎤

⎡ + +

)

) 1 ( 1 2 ( 1 )

( 2

1 2

1

r w w

f Hw π

olarak elde edilir.

Özel olarak fHw, w(t)=tα 0< α≤1 için a) L1(.,r;f) c ≤2 f Hwrα

b) π α

π ( ln( )) )

1 ( 1 1

2 )

;

(., 2

2 r r

f w f

r

L c Hw

⎢ ⎤

⎡ +

c) 2 2

1

3 )

) 1 ( 1 2 ( 1 )

; (.,

α

π r

f w f

r

L c Hw

⎢ ⎤

⎡ + +

eşitlikleri geçerlidir.

Sonuç 3.1.3: Eğer fHw ise, o takdirde

(a) 0

) (

)

; lim 1(.,

0+ =

w r

f r

L c

r (3.1.24)

(b) 0

)) ln(

( )

; lim 2(.,

0+ =

r r w

f r

L c

r π (3.1.25)

(c) 0

) (

)

; lim (.,

2 1 3

0+ =

w r

f r

L c

r (3.1.26) olur.

İspat:

a) (3.1.10) ve (3.1.18) ifadeleri kullanılırsa

yazılabilir.

Hw

f ∈ olduğundan eşitsizliğin sağ tarafı sıfıra eşit olur. Sıkıştırma teoreminden

) 0

olarak elde edilir.

(b) (3.1.10) ve (3.1.19) ifadelerinden

yazılabilir.

))

)

yazılabilir. Bu eşitsizliğin sağ tarafı sıfıra eşit olacağından sıkıştırma teoremi gereğince

(c) (3.1.10) ve (3.1.20) ifadelerinden benzer şekilde

0

eşitliği elde edilebilir.

Teorem 3.1.2: w,μ ve (3.1.7) ifadesi ile tanımlanan q azalmayan bir

eşitsizlikleri sağlanır.

İspat: İspat için (3.1.1)-(3.1.5) ifadelerini kullanalım.HwHμ olduğundan dolayı

μ (., ; ) (., ; ) μ

)

;

(.,r f L r f L r f

Lk H = k c + k

olduğunu biliyoruz. Kabul edelim ki )

; ( )

; ( )

;

(.,r f S r f T r f

Lk μk + k (3.1.30) şeklinde tanımlansın. Burada

) (

)

; sup (.,

)

;

( 1

1 0

h f r f L

r

S h c

r

h μ

Δ

<

= ve

) (

)

; sup (.,

)

;

( 1

1 h

f r f L

r

T h c

r

h μ

Δ

>

=

dır. Buna göre

(a) (3.1.21) eşitsizliğinden ) ( 2

)

;

1(.,r f f w r

L cHw

yazılabilir.

1

0< r ve μ artan olduğundan ) 1 ( ) ( ) ) (

( ) 1

1 ( μ

μ

μ w r q r

r ⇔ ≤

olur. Dolayısıyla

) 1 ( ) ( 2

)

;

1(.,r f f q r μ

L cHw (3.1.31) yazılabilir. Diğer taraftan

c hf c ≤2 f

Δ (3.1.32) eşitsizliği kullanılırsa

) (

)

; (., sup2 )

;

( 1

1 h

f r f L

r

T c

r

h> μ

( )

)

; (., 2 1

r f r

L c

μ (3.1.33) olur. Burada (3.1.9) ve (3.1.18) eşitsizlikleri kullanılırsa

)

;

1(r f

T ≤4 f Hwq(r) (3.1.34) elde edilir. Daha sonra (3.1.2), (3.1.14) ve Δhf c ≤2 f c eşitsizliği kullanılırsa

h c h c

c h

hL x r f P x r Δ f Δ f Δ f

Δ 1( , ; ) = ( , ; )− ≤2 (3.1.35) bulunur. (3.1.34) den ise

) ( ) (

) ( )

; sup (.,

)

;

( 1

1 0

h w h

h w f r f L

r

S h c

r

h μ

Δ

<

=

( )

) ( sup 2

0 w h

f h

q h c

r h

Δ

<

≤2 f wq(r) (3.1.36) olur. Son olarak

(3.1.30) , (3.1.31) , (3.1.34) ve (3.1.36) eşitsizlikleri kullanılırsa

[

6 2 (1)

]

( ) )

;

1(.,r f f q r

L Hw ≤ + μ Hw

elde edilir.

(b) (3.1.22) eşitsizliğinden

[ ]

⎜ ⎞

⎝ + ⎛

≤ 2 2( (1)) ln( ) )

;

(., 2 1

2 r f w f w r r

L c Hw

π π

yazılabilir. r

(

0,1

]

için π π ln ln ≤

r r dir. μ artan olduğundan ) (ln )) ln(

( )) ln(

( )) ln(

( )

1 (ln π π μ π

μ π π μ

r r r q

r w r r

olur. Bu durumda

( )

[

2 2 (1)

]

ln( ) (ln )

)

;

(., 2 1

2 π μ π

π

⎜ ⎞

⎝ + ⎛

r r q f w

f r

L c Hw (3.1.37)

yazılabilir. Diğer taraftan Δhf c ≤2 f c eşitsizliği kullanılarak

)

elde edilir. Burada da (3.1.9) ve (3.1.20) eşitsizlikleri kullanılırsa

( )

bulunur. Şimdi (3.1.35) olduğu gibi

h c

hL x r f c Δ f

Δ 2( , ; ) ≤2 eşitsizliğini elde edip (3.1.32) eşitsizliği kullanılırsa

elde edilir. Son olarak (3.1.30) , (3.1.37) , (3.1.39) ve (3.1.40) eşitsizlikleri kullanıldığında

[ ] ( )

bulunur.

(c) (3.1.23) eşitsizliğinden

)

yazılabilir. r

(

0,1

]

için r21 1ve μ artan olduğundan

olup, buradan

)

yazılır. Diğer taraftan (3.1.31) eşitsizliği kullanılırsa

)

elde edilir. Burada da (3.1.9) ve (3.1.20) eşitsizlikleri kullanılırsa

)

bulunur. (3.1.35) de olduğu gibi

h c

hL x r f c Δ f

Δ 3( , ; ) ≤2 eşitsizliğini elde edip (3.1.31) eşitsizliği kullanılırsa

)

olarak bulunur. Son olarak (3.1.30) , (3.1.41) , (3.1.43) ve (3.1.44) eşitsizlikleri kullanılarak,

(

2 (1)

)

( )

elde edilir. Böylece teorem ispatlanmış olur.

Teorem 3.1.3: w,μ ve q azalmayan fonksiyon olsun. Eğer fHw ise, o

yazılabilir. Şimdi )(i ve )(ii yi ayrı ayrı inceleyelim.

)

yazılabilir. fHw olduğundan eşitsizliğin sağ tarafı sıfıra eşittir. Dolayısıyla

) 0

eşitsizliğini verir. Bu durumda

) olacağından sıkıştırma teoremi gereğince

) 0

Şimdi (i) ve (ii) yi birleştirirsek

)

b) (3.1.5) , (3.1.6) , (3.1.7) , (3.1.10) ve (3.1.19) ifadeleri kullanılırsa

şeklinde yazılabilir. Şimdi (i) ve (ii) yi ayrı ayrı inceleyelim.

(i)

eşitsizliği yazılabilir

)

bulunur. fHw olduğundan eşitsizliğin sağ tarafı sıfıra eşittir. Dolayısıyla

0

olarak elde edilir.

)

(ii (3.1.30) ve (3.1.38) ifadelerini göz önüne alırsak,

)

bulunur. Buradan olacağından sıkıştırma teoremi gereğince

0

olarak elde edilir.

c) (3.1.5), (3.1.6), (3.1.7), (3.1.10) ve (3.1.20) ifadeleri kullanılırsa

μ (., ; ) (., ; ) μ

yazılabilir.Bu eşitlik ayrı ayrı incelendiğinde i için a) ve b) dekine benzer şekilde )

0

olarak elde edilebilir.

)

bulunur.Buradan

) olacağından sıkıştırma teoremi gereğince

0

olarak elde edilir. Şimdi i) ve ii) yi birleştirirsek

)

olur.

Sonuç 3.1.4: w(t)=tα, μ(t)=tβ , 0< βα≤1 t ≥0olmak üzere eğer f ∈ ise, H o taktirde

(a) μ α β

f r

f r

L1(., ; ) H 8 Hw

(b) β π α β

π π

μ

⎥⎦

⎢⎣ ⎤

⎡ + +

≤ 2 )(ln ) ( ln( ))

2 2 ( ) 13

;

(., 2

2 r f f r r

L H Hw

(c) 2 2

1

3(., ; ) (5 9 )

β α

π

μ

+

f r

f r

L H Hw

eşitsizlikleri geçerlidir.

Sonuç 3.1.5: w(t)=tα, μ(t)=tβ ,0< βα≤1 t ≥0 olmak üzere, fHwise o taktirde

(a) (., ; ) 0

lim 1

0 =

+ α β

μ

r f r

L H

r

(b) 0

) ln(

)

; lim 2(.,

0 =

⎟⎠

⎜ ⎞

+ α β

π

μ

r r f r

L H

r

(c) (., ; ) 0

lim

2 3

0 =

+ α β

μ

r f r

L H

r

eşitlikleri geçerlidir.

3.2. Bir Fonksiyona Genelleştirilmiş Gauss Weierstrass Singüler İntegrali İle Yaklaşım Hızı

f(x), L1(−∞,∞) uzayına ait integrallenebilir bir fonksiyon olsun. Aşağıdaki gibi tanımlanan )f(x ’in genelleştirilmiş Gauss Weierstrass tek katlı integralinin yaklaşım hızını belirleyelim.

>0

s için

0 ,

) ( 1)

( 2 )

; ,

( = 1 + +

ξ

ξ Γ

ξ f x t e ξ dt

s s s

x L

ts

s

(3.2.1)

) ( 2 ) ( ) ( )

(t f x t f x t f x

x = + + − −

φ (3.2.2) ve

= t x v dv t

0

) ( )

( φ

Φ (3.2.3)

olsun.

Tanım 3.2.1: İntegrallenebilir bir f fonksiyonunun, k(t) pozitif artan ve t

t k )(

azalan olmak üzere k(t) sınıfına ait olabilmesi için aşağıdaki şartları sağlaması gerekir.

(a) k(xy)=k(x)k(y)

(b) f(x+t)− f(x) =Ο

( )

k(t) Eğer,

(i) k(t)=tα 0<α<1 ise sınıfımız lip ’ya indirgenir. α

(ii) k t t p

1

)

( = α ve f(x)∈Lp (p>1) ise sınıfımız lip α( ,p)’ya indirgenir.

(iii) ( ) ψ( ) , ψ

1

t p

t t

k = pozitif artan fonksiyon ve f(x)∈Lp ise sınıfımız

(

ψ(t),p

)

sınıfına indirgenir.

Buradaki amacımız, daha genel sınıftan olan k(t)’yi dikkate alarak f(x)’in genelleştirilmiş Gauss Weierstrass tek katlı integrallerinin yaklaşım hızını belirlemektir. Şimdi aşağıdaki teoremleri ispatlayalım.

Teorem 3.2.1 : f(x)∈ L1(−∞,∞) olsun. u→0 için

[

( ) ( ) 2 ( )

] (

2 ( )

)

0

u k u dt x f t x f t x f

u

=Ο

− +

+ ve k(t)

) ( e

) ( k

) t ( k t

s

s

t

s s

1

1 0

1 0 2

1

0 ο

ξ ξ

ξ =

⎟⎟

⎜⎜

ve (t2k(t)) (tk(t)) dt

d =Ο (3.2.4)

özelliklerini sağlasın. O taktirde (0,∞ aralığı ) (0,t0) ve (t0,∞) olarak ayrılırsa

)) ( ( ) ( )

;

; (

1 1

s sk x

f s x

L ξ − =Ο ξ ξ , ξ→ 0+ olur.

İspat 1

1) ( 2

1

=

dt e s

s

ts

s ξ

ξ Γ

dir. Gerçekten bu integralde

ts =u

ξt u s

1

)

=u du

dt s s s 1

1

1 1

= ξ değişken değiştirmesi yapılırsa

1 1)

(

1 1 1

0

=

e u du

s

u s

Γ

elde edilir.

Şimdi )L(x;ξ;s)− f(x farkını hesaplayalım.

dt

yazabiliriz. Bu eşitlikteki f x t e dt

ts

ve (3.2.2) den gerekli düzenlemeler yapılırsa

)

bulunur. Daha sonra her iki taraf ( )

1

şeklinde yazılabilir.

Şimdi I1 inceleyelim.

))

integralinde

u dönüşümleri yapılırsa

bulunur. (3.2.4) ifadesinden

)

integralinde kısmi integrasyon kuralı uygulanırsa u

olur. (3.2.4) den

şeklinde yazılabilir. Eğer yukarıdaki integralin yakınsak olduğu gösterilirse sınırlı olduğu gösterilmiş olur. Şimdi bu integralin yakınsak olduğunu gösterelim.

)

şeklinde yazılabilir.

Toplamdaki birinci integral Reimann anlamında integrallenebilirdir.

Dolayısıyla yakınsaktır. İkinci integralde karşılaştırma testinin limit formu kullanılırsa

0 lim

4 =

σ

σ

σ

e , p=2>1

olduğundan yakınsak olduğu görülür. O taktirde

0

)

(σ σ

σk e σsd

integrali de yakınsaktır. Dolayısıyla sınırlı olduğundan

=

0

) 1 ( )

(σ σ Ο

σk e σsd (3.2.6)

şeklinde yazılabilir. O taktirde I de '' )

1 ( ) 1 (

''1 =ο +Ο

I

) 1 (

''1 =Ο I

şeklinde yazılabilir.

'' 1 1 '

1 I I

I = + olduğundan =ο(1)+Ο(1)

=Ο(1) , ξ→ 0+ olur. Şimdi I2 yi inceleyelim.

dt e t x f s k

I s

o

s

t

t

s

s

+

= ξ

ξ ξ Γ

) ( ) ( 1) ( 2

1 2 2

Her iki tarafın mutlak değeri alınırsa

yazılabilir. Daha sonra bu integralde

s s

t =v

ξ ⇒ . dt sdv

1

=ξ

değişken değiştirmesi yapılırsa

=

∞ elde edilir. Böylece

)) gerçekleşir.

Teorem 3.2.2: f(x)∈ L1(−∞,∞) olsun. u→ 0+ için

ise k(t)’nin (3.2.4) şartlarını sağlaması durumunda

))

İspat (3.2.5) ifadesinden dolayı

dt

yazılabilir. Daha sonra her iki taraf ( )

1 1

s sk ξ

ξ ile bölünürse

)

elde edilir. Teorem 3.2.1 ispatındaki gibi

) şeklinde yazılabilir.

I1 için

olduğu önceki teoremden görülebilir. I2 ise

dt

elde edilir. Böylece

))

eşitliği gerçeklenmiş olur.

Teorem 3.2.3 : f(x)∈ L1(−∞,∞) u→0 için

özelliklerini sağlasın. O taktirde (0,∞ aralığını ) (0,t ve 0) (t0,∞) olarak ayırdığımızda

))

İspat : (3.2.5) ifadesinden aşağıdaki eşitliği yazabiliriz.

dt

şeklinde yazılabilir.I1 için

))

integralinde

u

dv t

d(Φ( ))= Φ(t)=v dönüşümleri yapılırsa

I1 elde edilir.

)

olduğu (3.2.7) ifadesinden

görülür. Daha sonra Φ(t)=Ο

(

tk(t)

)

olduğu için

integralinde u

dönüşümleri yapılırsa

bulunur. Eğer yukarıdaki integralin yakınsak olduğu gösterilirse sınırlı olduğu gösterilmiş olur. Şimdi bu integralin yakınsak olduğunu gösterelim.

) ( ) (

) ( 1)

( 2

0

0

1

1 d t

k t k e s B s

t

s s

ts

=

ξ Γ ξ

ξ

integralinde σ ξ

=

s

t

1 değişken değiştirmesi

yapılırsa,

σ σ σ

ξ

d e k

B s

s

t

=

1 0

0

) (

elde edilir. ξ → 0+ için

∫ ∫

= 1 +

0 1

0

) ( )

( )

(σ e σ k σ e σ k σ e σ

k s s s

şeklinde yazabiliriz. k(σ) pozitif artan, σ

σ) (

k azalan olduğundan eşitliğin sağındaki

1

) (σ e σ

k s

integrali σile çarpılıp bölünürse

0

) (σ e σ

k s k e σs k σeσs

+

=

1 1

0

) 1 ( )

1 (

şeklinde yazılabilir.

Birinci integral Reimann anlamında integrallenebilirdir. Dolayısıyla yakınsaktır. İkinci integralde karşılaştırma testinin limit formu kullanılırsa

0 lim

3 =

σ

σ

σ

e , p=2>1

olduğundan yakınsak olduğu görülür. O taktirde

)

(σ e σ

k s

integrali de yakınsaktır. Dolayısıyla sınırlıdır. Buna göre

=ξ değişken değiştirmesi yapılırsa

(3.2.6) ifadesinden

)

olduğu görülür. Sonuç olarak

)

elde edilir. Böylece

))

gerçeklenir.

Teorem 3.2.4 : f(x)∈L1(−∞,∞), u→0 için ( ) ( ( )) gösterilebilir.

Sonuç: k(t) ye farklı değerler verilerek aşağıdaki sonuçlar elde edilebilir.

tα elde edilir.

t p

elde edilir.

t p

t t k iii

1

) ( ) ( )

( = ψ ise o taktirde ( ; ; ) ( ) ( ( ))

1 1 1

sp s

x s

f s x

L ξ − =Ο ξ ψ ξ elde edilir.

Benzer Belgeler