ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ MORREY UZAYLARINDA HARDY-LITTLEWOOD MAKSİMAL OPERATÖRÜ ve RIESZ POTANSİYELİNİN SINIRLILIĞI Ferit GÜRBÜZ MATEMATİK ANABİLİM DALI ANKARA 2011 Her hakkı saklıdır ÖZET Yüksek Lisans Tezi MORREY UZAYLARINDA HARDY-LITTLEWOOD MAKSİMAL OPERATÖRÜ ve RIESZ POTANSİYELİNİN SINIRLILIĞI Ferit GÜRBÜZ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Matematik Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ayhan Şerbetçi Bu çalışmada, M maksimal operatörünün ve Iα Riesz potansiyelinin L p,λ (ℝⁿ) Morrey uzaylarında varlık ve sınırlılık koşulları incelenmiştir. Bu tez çalışması dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm giriş kısmıdır. İkinci bölümde, temel tanım ve teoremlere yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, klasik maksimal fonksiyon ve Riesz potansiyeli tanıtılmış ve bu operatörlerin varlık ve sınırlılığı Lp(ℝⁿ) Lebesgue uzaylarında gösterilmiştir. Son bölüm olan dördüncü bölümde ilk önce, 0≤λ≤n olmak üzere, L p,λ (ℝⁿ) Morrey uzayı tanıtılmış, bu uzay üzerinde tanımlanan norm ve λ nın durumlarına göre L p,λ (ℝⁿ) uzayının yapısı hakkında bazı sonuçlar verilmiştir. Daha sonra, L p,λ (ℝⁿ) uzaylarında Hardy-Littlewood maksimal operatörünün sınırlılığı Guliyev (2009) tarafından verilmiş olan teorem yardımıyla gösterilmiştir. L p,λ (ℝⁿ) uzaylarında Iα Riesz potansiyelinin sınırlılığı iki farklı yönden Spanne ve Adams tipi sınırlılık olarak gösterilmiştir. Bunun için Guliyev (2009) tarafından verilmiş olan iki farklı teorem kullanılmıştır. Son olarak L p,λ (ℝⁿ) Morrey uzaylarında M maksimal operatörünün ve Iα Riesz potansiyelinin sınırlılığı için Chiarenza ve Frasca (1987) tarafından verilmiş olan alternatif ispatlar verilmiştir. Ocak 2011, 56sayfa Anahtar Kelimeler : Lp(ℝⁿ) uzayı, L p,λ (ℝⁿ) Morrey uzayı, Hardy-Littlewood maksimal fonksiyonu, Riesz potansiyeli, kuvvetli ve zayıf tip sınırlılık. i ABSTRACT Master Thesis THE BOUNDEDNESS OF HARDY-LITTLEWOOD MAXIMAL OPERATOR AND RIESZ POTENTIAL IN MORREY SPACES Ferit GÜRBÜZ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Science Department of Mathematics Supervisor: Prof. Dr. Ayhan Şerbetçi In this study, existence and boundedness conditions of M maximal operator and Iα Riesz potential in the L p,λ (ℝⁿ) Morrey spaces are investigated. This thesis consists of four chapters. The first chapter is devoted to introduction. In the second chapter, basic definitions and theorems take place. In the third chapter, classical maximal function and Riesz potential are introduced and existence and boundness of these operators are showed in the Lp(ℝⁿ) Lebesgue spaces. In the fourth chapter which is the last chapter firstly, for 0≤λ≤n, L p,λ (ℝⁿ) space is introduced and the norm which is introduced on this space and some results of according to the states of λ about structre of L p,λ (ℝⁿ) space are given. Then, the boundedness of Hardy-Littlewood maximal operator in the L p,λ (ℝⁿ) spaces is showed with the help of the theorem which was given by Guliyev (2009). The boundedness of Iα Riesz potential in the L p,λ (ℝⁿ) spaces is showed as Spanne and Adams type boundness with two different ways. For this aim two different theorems which were given by Guliyev (2009) is used. Finally, alternative proofs which were given for boundedness of M maksimal operator and Iα Riesz potential in the L p,λ (ℝⁿ) January 2011, 56 pages Key Words : Lp(ℝⁿ) space, L p,λ (ℝⁿ) Morrey space, Hardy-Littlewood maximal function, Riesz potential, strongly and weakly type boundedness. ii TEŞEKKÜR Bana bu konuda çalışma ve ilerleme imkanı veren, yardımlarını esirgemeyen tez danışmanım sayın Prof. Dr. Ayhan ŞERBETÇİ 'ye (Ankara Üniversitesi, Fen Fakültesi, Matematik Bölümü) ve her türlü desteği ve yardımı esirgemeyen aileme saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Ferit GÜRBÜZ Ankara, Ocak 2011 iii I·ÇI·NDEKI·LER ÖZET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii TEŞEKKÜR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii SI·MGELER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi 1. GI·RI·Ş . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. TEMEL KAVRAMLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3. Lp (Rn ) LEBESGUE UZAYLARINDA MAKSI·MAL FONKSI·YON ve RIESZ POTANSI·YELI· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1 Maksimal Fonksiyon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2 Riesz Potansiyeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......22 4. Lp; (Rn ) MORREY UZAYLARINDA HARDY-LITTLEWOOD MAKSI·MAL OPERATÖRÜ ve RIESZ POTANSI·YELI·.....................32 4.1 Lp; (Rn ) Morrey Uzaylar¬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2 Lp; (Rn ) Uzaylar¬nda Maksimal Operatörün S¬n¬rl¬l¬g ¼¬........................33 4.3 Lp; (Rn ) Uzaylar¬nda Riesz Potansiyelinin S¬n¬rl¬l¬g ¼¬............................37 iv 4.3.1 Spanne tipi s¬n¬rl¬l¬k................................................................................37 4.3.2 Adams tipi s¬n¬rl¬l¬k.................................................................................41 4.4 Lp; (Rn ) Morrey Uzaylar¬nda M Maksimal Operatörünün ve I Riesz Potansiyelinin S¬n¬rl¬g ¼¬I·çin Alternatif I·spatlar......................................43 KAYNAKLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 ÖZGEÇMI·Ş v SI·MGELER DI·ZI·NI· m Lebesgue ölçüsü Lp (Rn ) Lebesgue uzay¬ Supp f f nin deste¼ gi L1loc (Rn ) Rn de lokal integrallenebilen fonksiyonlar¬n uzay¬ Sn 1 Rn de birim küre wn 1 Birim kürenin yüzey alan¬ f^ f f fonksiyonunun fourier dönüşümü g A f ile g nin konvolüsyonu A n¬n karakteristik fonksiyonu S Schwarz uzay¬ B (x; r) Rn de x merkezli r yar¬çapl¬aç¬k yuvar f f fonksiyonunun da¼ g¬l¬m fonksiyonu M Maksimal operatör I Riesz potansiyel operatörü Lp; (Rn ) Morrey uzay¬ Gamma fonksiyonu B c (x; r) Rn de x merkezli r yar¬çapl¬aç¬k yuvar¬n tümleyeni vi 1. GI·RI·Ş Maksimal fonksiyon ve Riesz potansiyeli harmonik analizin önemli konular¬aras¬ndad¬r. Özellikle k¬smi türevli denklemler teorisi ve matematiksel …zikte birçok uygulamalar¬vard¬r. Maksimal fonksiyon Rn nin standart kümelerinde n = 1 için HardyLittlewood taraf¬ndan tan¬mlanm¬ş ve Wiener taraf¬ndan n- boyutlu Rn Öklid uzay¬na genişletilmiştir. Ayr¬ca f 2 L1loc (Rn ) olmak üzere M f Hardy-Littlewood mak- simal fonksiyonu Z 1 M f (x) = sup r>0 jB (x; r)j jf (y)j dy B(x;r) ve 0 < < n olmak üzere I f Riesz potansiyeli Z 1 I f (x) = ( ) Rn f (y) jx yjn dy olarak tan¬mlan¬r. Burada n 2 ( )= 2 2 n 2 2 şeklindedir. Morrey uzaylar¬Morrey taraf¬ndan 1938 y¬l¬nda eliptik k¬smi diferensiyel denklemler ve varyasyonlar analizi teorisindeki problemlerle ilgilenirken ortaya ç¬kar¬lm¬şt¬r. Daha sonra Navier-Stokes ve Schrödinger denklemleri, süreksiz katsay¬l¬eliptik problemler ve potansiyel teorisine önemli uygulamalar¬ortaya ç¬km¬şt¬r. Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬, 0 1 ve f 2 Lploc (Rn ) olmak üzere n, p 0 B1 kf kp; = sup @ r r>0 n x2R Z B(x;r) 1 p1 C jf (y)jp dy A normu sonlu olan fonksiyonlar¬n tüm s¬n¬‡ar¬n¬n uzay¬d¬r, burada B (x; r) x merkezli r yar¬çapl¬yuvar¬belirtmektedir. Bugün Morrey uzaylar¬nda Hardy-Littlewood maksimal fonksiyonu ve Riesz potansiyelinin varl¬k ve s¬n¬rl¬l¬k koşullar¬, Morrey (1938), Peetre (1969), Fe¤erman ve Stein (1971), Adams (1975), Chiarenza ve Frasca 1 (1987), Fazio ve Ragusa (1993), Guliyev (2009) gibi birçok matematikçi taraf¬ndan çal¬ş¬lmaktad¬r. Tezin amac¬, M maksimal operatörünün ve I Riesz potansiyelinin Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬nda varl¬k ve s¬n¬rl¬l¬k koşullar¬n¬incelemektir. Tez dört bölümden oluşmaktad¬r. Birinci bölüm giriş k¬sm¬na ayr¬lm¬şt¬r. I·kinci bölüm di¼ ger bölümler için gerekli olan temel tan¬m ve teoremleri içermektedir. Üçüncü bölümde, klasik maksimal fonksiyon ve Riesz potansiyeli tan¬t¬lm¬ş ve bu operatörlerin varl¬k ve s¬n¬rl¬l¬g¼¬ ile ilgili çal¬şmalar yer alm¬şt¬r. Son bölüm olan dördüncü bölümde 0 n olmak üzere, Lp; (Rn ) Morrey uzay¬ tan¬t¬lm¬ş, n¬n durumlar¬na göre Lp; (Rn ) uzay¬n¬n bu uzay üzerinde tan¬mlanan norm ve yap¬s¬hakk¬nda baz¬sonuçlar verilmiştir. Daha sonra, Lp; (Rn ) uzaylar¬nda HardyLittlewood maksimal operatörünün s¬n¬rl¬l¬g¼¬Guliyev (2009) taraf¬ndan verilmiş olan teorem yard¬m¬yla gösterilmiştir. Lp; (Rn ) uzaylar¬nda I Riesz potansiyelinin s¬n¬rl¬l¬g¼¬iki farkl¬yönden Spanne ve Adams tipi s¬n¬rl¬l¬k olarak gösterilmiştir. Bunun için Guliyev (2009) taraf¬ndan verilmiş olan iki farkl¬ teorem kullan¬lm¬şt¬r. Son olarak Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬nda M maksimal operatörünün ve I Riesz potansiyelinin s¬n¬rl¬l¬g¼¬için Chiarenza ve Frasca (1987) taraf¬ndan verilmiş olan alternatif ispatlar verilmiştir. 2 2. TEMEL KAVRAMLAR Tan¬m 2.1. X bir K cismi üzerinde bir vektör uzay¬olsun. E¼ ger bir k:k : X ! R x ! kxk dönüşümü 8x; y 2 X ve 8a 2 K için (N 1) kxk 0 ve kxk = 0 , x = (N 2) kaxk = jaj kxk (N 3) kx + yk kxk + kyk özelliklerini sa¼ gl¬yorsa bu dönüşüme X üzerinde norm ad¬verilir. (X; k:k) ikilisine bir normlu vektör uzay¬denir. (X; k:k) normlu uzay¬k¬saca X ile gösterilir. Tan¬m 2.2. X ve Y iki lineer uzay ve T : DT X ! Y bir fonksiyon olsun. T fonksiyonuna operatör denir. Burada DT , T nin tan¬m kümesi ve T (DT ) nin görüntü kümesidir. Burada DT , T nin tan¬m kümesi ve T (DT ) Y de T Y de T nin görüntü kümesidir. E¼ ger DT , X in bir lineer alt uzay¬ve T bir lineer dönüşüm ise her , 2 R (veya C) ve x, y 2 X için T ( x + y) = T (x) + T (y) dir. Tan¬m 2.3. Bir T : X ! Y lineer dönüşüm ve X ve Y , K cismi üzerinde iki vektör uzay¬olsun. Her 2 R+ ve her x, y 2 X için T (x + y) T ( x) Tx + Ty = Tx sa¼ glan¬yorsa T ye “ alt lineer operatör ”denir. Tan¬m 2.4. X ve Y normlu uzaylar ve D (T ) X olmak üzere, T : D (T ) ! Y lineer operatör olsun. E¼ ger her x 2 D (T ) için, kT xk reel say¬s¬varsa, T operatörüne s¬n¬rl¬d¬r denir. Bir T operatörünün normu kT k = sup x2D(T ) x6=0 kT xk kxk 3 A kxk olacak şekilde bir A olarak tan¬mlan¬r. Tan¬m 2.5. E¼ ger bir f (x) fonksiyonu için hemen her yerde T f (x) 0 ise T operatörüne pozitif operatör denir. Tan¬m 2.6. X ve Y normlu uzaylar, D (T ) X olmak üzere, T : D (T ) ! Y bir operatör ve x0 2 D (T ) olsun. E¼ ger verilen her " > 0 say¬s¬na karş¬l¬k, kx koşulunu gerçekleyen her x 2 D (T ) için, kT x x0 k < T x0 k < " olacak şekilde bir >0 Tan¬m 2.7. (Süreklilik ve S¬n¬rl¬l¬k) X ve Y normlu uzaylar ve D (T ) X say¬s¬varsa T ye x0 da süreklidir denir. olmak üzere, T : D (T ) ! Y lineer operatör olsun. Bu durumda T nin sürekli olmas¬için gerek ve yeter koşul T nin s¬n¬rl¬olmas¬d¬r. Tan¬m 2.8. (Cebir ve - Cebiri) X bir küme olsun. E¼ ger X in alt kümelerinin bir A s¬n¬f¬için aşa¼ g¬daki özellikler sa¼ glan¬yorsa bu durumda A s¬n¬f¬na X üzerinde bir cebirdir denir: (i) X 2 A (ii) Her E 2 A için E c = XnE 2 A n (iii) k = 1; 2; :::; n için Ek 2 A ise [ Ek 2 A k=1 E¼ ger (iii) şart¬yerine 1 ”Her n 2 N için En 2 A ) [ En 2 A” n=1 şart¬konulursa A cebirine bir cebiri ad¬verilir. Tan¬m 2.9. (Borel Cebiri) Bir K s¬n¬f¬n¬ kapsayan -cebirlerinin en küçü¼ güne K n¬n üretti¼ gi (do¼ gurdu¼ gu) -cebiri denir. Rn deki bütün aç¬k (a; b) aral¬klar¬n¬n do¼ gurdu¼ gu -cebirine Borel cebiri denir ve B(Rn ) ile gösterilir. n = 1 olmas¬halinde B(R1 ) Borel cebiri B(R) ile gösterilir. B(R) nin her bir eleman¬na Borel kümesi denir. Tan¬m 2.10. X bir küme ve A; X üzerinde bir cebiri olsun. Bu durumda (X; A) ikilisine bir ölçülebilir uzay, A daki her bir kümeye de A-ölçülebilir küme veya k¬saca ölçülebilir küme ad¬verilir. 4 Tan¬m 2.11. Ölçülebir Fonksiyon (X; A) bir ölçülebilir uzay ve f : X ! R bir fonksiyon olsun. E¼ ger 8 2 R için 1 f (] ; +1[) = fx 2 X : f (x) > g 2 A oluyorsa f ye ölçülebilir fonksiyon denir. X üzerindeki ölçülebilir fonksiyonlar¬n ailesi M (X; A) ile.gösterilir. Tan¬m 2.12. (X; A) bir ölçülebilir uzay olsun. A üze-rinde tan¬ml¬ genişletilmiş reel de¼ gerli bir (i) fonksiyonu (;) = 0 (ii) Her A 2 A için (A) 0 1 S (iii) Her ayr¬k (An ) dizisi için An = n=1 1 P (An ) n=1 özelliklerini sa¼ gl¬yorsa bu fonksiyona ölçü denir. E¼ ger her A 2 A için ye sonlu ölçü ad¬verilir. Tan¬m 2.13. Ölçü Uzay¬ Bir X kümesi, X in alt kümelerinin bir A -cebiri ve A üzerinde tan¬ml¬bir ölçüsünden oluşan (X; A; ) üçlüsüne bir ölçü uzay¬ad¬ verilir. Tan¬m 2.14. D¬ş Ölçü X bir küme ve P (X) de X in kuvvet kümesi olsun. P (X) üzerinde tan¬ml¬, genişletilmiş reel de¼ gerli bir (i) (A) < 1 ise fonksiyonu (;) = 0 (ii) Her E 2 P (X) için (iii) A B X için (E) 0 (A) (B) 1 S (iv) Her bir n 2 N için An 2 P (X) ise şartlar¬n¬sa¼ glarsa 1 P An n=1 (An ) n=1 fonksiyonuna X üzerinde bir d¬ş ölçüdür denir. Tan¬m 2.15. Lebesgue D¬ş Ölçüsü (Ik ), R nin s¬n¬rl¬ve aç¬k alt aral¬klar¬n¬n bir dizisi, A olsun. P (R) üzerinde n = (Ik ) : A m (A) = inf (1 X k=1 [ Ik o l (Ik ) : (Ik ) 2 5 A ) biçiminde tan¬mlanan m bir d¬ş ölçüdür. Bu d¬ş ölçüye Lebesgue d¬ş ölçüsü denir. Lebesgue d¬ş ölçüsü R nin her bir alt aral¬g¼¬na onun uzunlu¼ gunu karş¬l¬k getirir. n boyutlu Rn uzay¬nda Lebesgue d¬ş ölçüsünü tan¬mlamak için I = fx : ai xi bi ; i = 1; :::; ng n boyutlu kapal¬aral¬klar¬n¬göz önüne alal¬m. Bu aral¬klar¬n hacimleri v (I) = n Y (bi ai ) i=1 biçimindedir. Key… bir E m (E) = inf Rn kümesinin Lebesgue d¬ş ölçüsü (1 X 1 [ v (Ik ) : E k=1 ile tan¬mlan¬r. 8A ) Ik ; Ik bir aral¬k k=1 Rn için e¼ ger m (A) = m (A \ E) + m (A \ (Rn E)) Caratheodary Ölçümü ise E kümesine Lebesgue ölçülebilirdir denir. Teorem 2.1. Rn üzerindeki Lebesgue d¬ş ölçüsü, her bir aral¬g¼a onun hacmini karş¬l¬k getirir. Sonuç 2.1. A say¬labilir bir küme ise m (A) = 0 d¬r. Sonuç 2.2. [0; 1] kümesi say¬lamayan bir kümedir. Tan¬m 2.16. Lebesgue Ölçüsü M (R; m ), m d¬ş ölçüsüne göre ölçülebilen R nin alt kümelerinin s¬n¬f¬olsun. m Lebesgue d¬ş ölçüsünün M (R; m ) s¬n¬f¬na da B (R) s¬n¬f¬na da olan k¬s¬tlanmas¬na Lebesgue ölçüsü denir, m ile gösterilir. Tan¬m 2.17. (X; A; ) bir ölçü uzay¬olsun. E¼ ger bir önerme(özellik) ölçüsü s¬f¬r olan bir küme d¬ş¬nda do¼ gru ise, o önerme (özellik) hemen her yerde do¼ grudur denir. Tan¬m 2.18. (LP Uzay¬) (X; ; ) bir ölçü uzay¬olsun. 0 < p < 1 olmak üzere 8 9 Z < = p Lp = f 2 M (X; ) : jf j d < 1 : ; X 6 kümesine p- inci kuvvetten integrallenebilen fonksiyonlar s¬n¬f¬denir. Lp uzay¬nda bir f fonksiyonunun normu kf kp = ile tan¬mlan¬r. 8 0 1 p1 > Z > > > < @ jf jp d A ; 1 > > > > : p<1 X ess sup jf (x)j ; p = 1 x2X ess sup jf (x)j = inf f : m (x 2 X : jf (x)j > ) = 0g x2X dir. Tan¬m 2.19. (Örtü) Birleşimleri A kümesini kapsayan Ui kümeler ailesine A kümesinin bir örtüsüdür denir. Bu Ui kümelerinin her biri aç¬ksa bu halde Ui , A kümesinin aç¬k örtüsüdür denir. Birleşimleri A kümesini kapsayan alt topluluklar ailesine verilen örtünün alt örtüsü ismi verilir. E¼ ger bu topluluklar ailesi sonlu say¬da kümelerden oluşuyorsa, bu örtüye sonlu alt örtü denir. Tan¬m 2.20. X kümesinin her aç¬k örtüsünün sonlu say¬da bir alt örtüsü varsa, X kümesine “kompaktt¬r” denir. Kapal¬ve s¬n¬rl¬her kümenin aç¬k örtüsünün sonlu say¬da bir alt örtüsü vard¬r. Yani, kapal¬ve s¬n¬rl¬her küme kompaktt¬r. Tan¬m 2.21. Bir f fonksiyonunun deste¼ gi f (x) 6= 0 şart¬n¬sa¼ glayan x noktalar¬n¬n kapan¬ş¬d¬r ve Supp f = fx : f (x) 6= 0g ile gösterilir. E¼ ger f fonksiyonunun deste¼ gi kompakt bir küme ise bu durumda f kompakt destekli fonksiyon ad¬n¬al¬r. Tan¬m 2.22. f ölçülebilir bir fonksiyon olmak üzere her kompakt K kümesi üzerinde Z jf j d < 1 K ise f fonksiyonuna lokal (yerel) integrallenebilirdir denir ve 8 9 < Z = L1loc (Rn ) = f : jf j d < 1 ; K Rn ; K kompakt : ; K yaz¬l¬r. Ayr¬ca, 7 9 > = n R ; K kompakt ile gösterilir. > ; 8 0 1 p1 > Z < Lploc (Rn ) = f : @ jf jp d A < 1; K > : Lploc (Rn ) Tan¬m 2.23. (Hölder eşitsizli¼ gi) p > 1 ve 1 p K Teorem 2.2. E¼ ger 1 p 1 ise Lp (Rn ) + 1 q g 2 Lq olsun. Bu durumda f g 2 L1 ve kf gk1 L1loc (Rn ) dir. = 1 olmak üzere f 2 Lp , kf kp kgkq sa¼ glan¬r (Neri 1971). 1 için e¼ ger f , g 2 Lp ise Tan¬m 2.24. (Minkowski eşitsizli¼ gi) p (f + g) 2 Lp ve kf + gkp kf kp + kgkp dir (Neri 1971). Tan¬m 2.25. (Schwarz eşitsizli¼ gi) f (x) 2 L2 ve g(x) 2 L2 olsun. Zb f (x) g(x) dx a 8 b <Z : jf (x)j2 dx a eşitsizli¼ gine Schwarz eşitsizli¼ gi denir. 9 12 8 b = <Z ; : jg(x)j2 dx a 9 12 = ; Tan¬m 2.26. Rn ile n boyutlu Öklid uzay¬n¬gösterelim. x = (x1 ; :::; xn ), y = (y1 ; :::; yn ) 2 Rn ve jxj = q x21 + ::: + x2n x 2 Rn ; jxj 0 olsun. Tüm Rn de veya Rn in bir alt kümesinde tan¬ml¬bir fonksiyon g(x) = g (x1 ; :::; xn ) ve f , [0; 1) da hemen her yerde tan¬ml¬tek de¼ gişkenli fonksiyon olsun. E¼ ger n- de¼ gişkenli bir g(x) fonksiyonu herhangi bir tek de¼ gişkenli f (x) fonksiyonunun yard¬m¬yla g(x) = f (jxj) şeklinde gösterilebiliyorsa g ye radyal fonksiyon denir. Yani q g (x1 ; :::; xn ) = f 8 x21 + ::: + x2n dir. Teorem 2.3. (Fubini) f , Rm+n üzerinde ölçülebilir bir fonksiyon ve Z I1 = jf (x; y)j dxdy Rn+m Z I2 = Rm I3 0 @ Z n 1 jf (x; y)j dxA dy 0R 1 Z Z @ jf (x; y)j dy A dx = Rn Rm integrallerinden en az biri mevcut ve sonlu olsun. I2 için bu Rn üzerinde bir g integrallenebilen fonksiyonu vard¬r öyleki g (y) hemen her y için içteki integrale eşittir anlam¬ndad¬r ve I3 için de ayn¬s¬geçerlidir. Bu durumda (a) Hemen her y 2 Rm için f (:; y) 2 L1 (Rn ) dir. (b) Hemen her x 2 Rn için f (x; :) 2 L1 (Rm ) dir. R (c) f (:; y) dy 2 L1 (Rn ) RRm (d) f (x; :) dx 2 L1 (Rm ) Rn (e) I1 = I2 = I3 elde edilir. Tan¬m 2.27. x = (x1 ; :::; xn ) ve y = (y1 ; :::; yn ), Rn de vektörler olmak üzere Rn , n X n- boyutlu Öklidyen uzay¬ (x; y) = xj yj iç çarp¬m¬ile donat¬lm¬ş Rn ; n- boyutlu j=1 reel uzayd¬r. Burada x in mutlak de¼ geri jxj = n X j=1 x2j ! 21 ile tan¬mlan¬r. Rn üzerinde dx = dx1 :::dxn ile Lebesgue ölçüsünü gösterece¼ giz. Rn uzay¬üzerinde f fonksiyonunun (Lebesgue) integrali Z f (x)dx = Z Z ::: f (x1 ; :::; xn )dx1 :::dxn ile gösterilir. 9 Çok katl¬integrali kutupsal koordinatlarda ifade etmek ço¼ gu kez kullan¬şl¬olmaktad¬r. r = jxj olsun ve S n 1 Z = fx : jxj = 1g ile birim küreyi gösterilim. f (jxj)dx; dx = dx1 :::dxn Rn integralinin hesab¬için; r < 1; 0 0 1 ; :::; n 2 ; 0 n 1 2 olmak üzere x1 = r cos 1 x2 = r sin 1 cos 2 x3 = r sin 1 sin 2 1 sin 2 ::: sin n 1 cos 3 ::: xn = r sin dönüşümü yap¬l¬r. Bu dönüşümün Jakobiyeni J (r; 1 ; :::; n 1) =r n 1 n Y1 (sin n 1 j j) j=1 olarak hesaplan¬r. Z Rn f (jxj)dx = Z1Z Z 0 0 0 Z2 ::: f (r)J(r; )drd 1 :::d 0 Z1 Z Z Z2 nY1 n 1 = r f (r)dr ::: (sin 0 n 1 0 0 0 j=1 Z1 = wn 1 f (r)rn 1 dr 0 elde edilir, burada wn 1 , birim kürenin yüzey alan¬d¬r. 10 n 1 j j) d 1 :::d n 1 Genel olarak Z f (jxj)dx = Rn Z1 Z 0 Sn = Z1 Z 0 Sn f (r sin 1; :::; r sin 1 ::: sin n 1 ) r n 1 drd 1 :::d n 1 1 f (r; )rn 1 d dr 1 biçimde yaz¬l¬r. Burada d ; S n 1 üzerinde dx taraf¬ndan belirlenen yüzey ölçüsüdür. Tan¬m 2.28. x 2 Rn ve f (x) ve g(x) ölçülebilir fonksiyonlar olsunlar. Bu durumda Z f (y)g(x y)dy = Z f (x y)g(y)dy Rn Rn integraline f ile g nin konvolüsyonu denir ve f g ile gösterilir. Teorem 2.4. E¼ ger f , g 2 L1 ise bu durumda h = f g hemen her yerde vard¬r ve 1 L e aittir. Ayr¬ca khk1 kf k1 kgk1 sa¼ glan¬r (Neri 1971). Teorem 2.5. (Young ) 1 h=f 1 olsun. E¼ ger f 2 Lp ve g 2 L1 ise bu durumda p g hemen her yerde vard¬r ve Lp uzay¬na aittir. Ayr¬ca khkp kf kp kgk1 eşitsizli¼ gi gerçeklenir (Neri 1971). Teorem 2.6. (Young ) f 2 Lp ve g 2 Lq olsun, Bu durumda h = f 1 p + 1q g olmak üzere h 2 Lr dir ve khkr kf kp kgkq sa¼ glan¬r (Neri 1971). Tan¬m 2.29. (Fourier Dönüşümü) f 2 L1 (Rn ) olsun. f^ (x) = 1 (2 )n Z Rn 11 f (y) e i(x;y) dy 1 ve 1 r = 1 p + 1q 1 olsun. ile verilen f^ fonksiyonu f fonksiyonunun Fourier dönüşümü olarak adland¬r¬l¬r. Burada (x; y) = x1 y1 + ::: + xn yn dir. Fourier dönüşümü f^ (x) = (2 ) Z n 2 f (y) e i(x;y) dy Rn veya f^ (x) = Z f (y) e 2 i(x;y) dy Rn olarak da al¬nabilir. E¼ ger n = 1 ve f 2 L1 (R1 ) ise bu durumda 1 f^ (x) = 2 Z+1 f (y) e ixy dy 1 olur. Lemma 2.1. E¼ ger f (x) = f1 (x1 ) f2 (x2 ) :::fn (xn ) ise f^ (x) = f^1 (x1 ) f^2 (x2 ) :::f^n (xn ) sa¼ glan¬r. Teorem 2.7. (Riemann-Lebesgue) E¼ ger f 2 L1 (Rn ) ise bu durumda f^ s¬n¬rl¬ve düzgün süreklidir. Ayr¬ca jxj ! 1 iken fb(x) ! 0 d¬r. g ise bu durumda b h =fbgb d¬r Teorem 2.8. f , g 2 L1 olsun. E¼ ger h = f (Neri 1971). Teorem 2.9. f , g 2 L1 olsun. Bu durumda Z dir (Neri 1971). fb(x)g(x)dx = Z f (x)b g (x)dx Teorem 2.10. (Parseval-Plancherel) f 2 L2 (Rn ) olsun. Bu durumda fb(x) = (2 ) n Z Rn 12 f (y)e i(x;y) dy Fourier dönüşümü vard¬r: Ayr¬ca dir. E¼ ger Fourier dönüşümünü fb = (2 ) 2 fb(x) = Z f (y)e n 2 kf k2 2 i(x;y) dy Rn ile tan¬mlarsak bu durumda fb 2 = kf k2 (Parseval formülü) < fb; g^ >=< f; g > (Plancherel formülü) olur. Burada < f; g >, f ile g nin iç çarp¬m¬n¬göstermektedir ve < f; g >= Z f gdx dir. Tan¬m 2.30. f 2 L1 (Rn ) ve f nin Fourier dönüşümü fb(y) = (2 ) n Z f (x)e i(x;y) dx Rn şeklinde verilsin. Bu durumda f (x) = Z Rn fb(y)ei(x;y) dy formülüne Fourier dönüşümleri için invers formülü denir Tan¬m 2.31. (Homojen Fonksiyon) ve reel say¬lar olmak üzere f ( x) = j j f (x) oluyorsa f ye : dereceden homojen fonksiyon denir. 13 Rn olsun. Tan¬m 2.32. (Karakteristik Fonksiyon) A A ile tan¬mlanan A 8 < 1 ; x2A = : 0 ; x2 =A fonksiyonu A n¬n karakteristik fonksiyonu olarak adland¬r¬l¬r. Tan¬m 2.33. Bir s fonksiyonunun görüntü kümesi sonlu elemandan meydana geliyorsa s ye bir basit fonksiyondur denir. s X ! fa1 ; a2;:::; an g : x ! s (x) = ak ; Tan¬m 2.34. Bir =( 1 ; :::; n) 1 R k negatif olmayan n j tamsay¬lar¬n¬n s¬ral¬n-lisine katl¬-indis denir. j j= 1 + ::: + n dir. E¼ ger dir. Benzer şekilde, Dj = D = @ @xj ve iki katl¬-indis ise + =( 1 + 1 ; :::; n + n) olmak üzere @j j @ 1 + 2 +:::+ n = = D1 1 D2 2 :::Dn n @x1 1 @x2 2 :::@xnn @x1 1 @x2 2 :::@xnn j j. mertebeden bir diferensiyel operatördür. Özel olarak D(0;:::;0) f = f dir. Bir boyutlu durumda D , Örnek olarak R3 te d dx e indirgenir. = (2; 0; 5) ise D = @7 = D12 D35 @x21 @x53 biçimindedir. Tan¬m 2.35. (Schwarz Uzay¬) Rn uzay¬nda sonsuz kez diferensiyellenebilir ve istenilen ve katl¬-indisleri için sup x D f (x) < 1 x2IRn 14 koşulunu sa¼ glayan fonksiyonlar¬n s¬n¬f¬na Schwarz Uzay¬denir. Schwarz Uzay¬“S” ile gösterilir. K¬saca f : Rn ! C ; f 2 C1 : sup S= x D f (x) x2Rn dir. Di¼ ger yandan ve j, j ve katl¬-indisler oldu¼ gundan =( 1; :::; < 1 n ), =( 1; :::; n) 2 N [ f0g, j = 1; 2; ::: dir. Burada x = x1 1 :::xnn ; x = (x1 ; :::; xn ) ; D = @ 1 @x1 1 ::: @ =( 1; :::; n) n @xnn dir. E¼ ger f 2 S ise bu durumda f s¬n¬rl¬d¬r, f 2 Lp (Rn ), f sonsuz kez diferensiyellenebilirdir, f^ (x) 2 S, f^ (x) sonsuz kez diferensiyellenebilirdir. Teorem 2.11. E¼ ger 1 yo¼ gundur. p < 1 ise Lp deki basit fonksiyonlar¬n kümesi Lp de Tan¬m 2.36. (Kuvvetli ve Zay¬f Tip S¬n¬rl¬l¬k) 1 p; q 1 olmak üzere T : Lp (Rn ) ! Lq (Rn ) bir operatör olsun. E¼ ger 8 f 2 Lp (Rn ) için kT f kq A kf kp olacak biçimde f den ba¼ g¬ms¬z bir A > 0 sabiti varsa T operatörüne kuvvetli (p; q) tipindedir denir. bir ölçü olmak üzere e¼ ger 8 > 0 için fx : jT f (x)j > g olacak şekilde A kf kp q ;q < 1 ve f den ba¼ g¬ms¬z bir A sabiti varsa T dönüşümüne zay¬f (p; q) tipindendir denir (Sadosky 1979). 15 Teorem 2.12. (Riesz-Torin) 1 1 olmak üzere T; (p0 ; q0 ) ve p0 ; p1 ; q0 ; q1 (p1 ; q1 ) tipli bir operatör olsun. Bu durumda 1 1 = p p0 + p1 , 1 1 = q q0 + q1 (0 < < 1) olmak üzere T; kuvvetli (p; q) tipli bir operatördür. Teorem 2.13. (Marcinkiewicz Ara De¼ ger Teoremi) p0 < q0 ; p1 q1 ve q0 6= q1 olmak üzere T operatörü zay¬f (p0 ; q0 ) ve zay¬f (p1 ; q1 ) tipli operatör olsun. Ayr¬ca p ve q 1 1 = p p0 + p1 , 1 1 = q q0 + q1 (0 < < 1) biçiminde tan¬mlans¬n. Bu durumda T operatörü (p; q) tipli operatördür. Tan¬m 2.37. Vitali Örtü Lemmas¬ E, s¬n¬rl¬çapl¬olan fBj g küreler ailesinin birleşimi taraf¬ndan örtülen Rn nin ölçülebilir bir alt kümesi olsun. O halde, B1, B2 , ..., Bk ,...(sonlu veya sonsuz) ayr¬k dizilerini seçtikten sonra öyle ki X m(Bk ) Cm(E ) k sa¼ glan¬r. Buradaki C sadece n ye ba¼ gl¬olan pozitif bir sabittir. C=5 n olacakt¬r (Stein 1970). Tan¬m 2.38. (Da¼ g¬l¬m Fonksiyonu) (X, ) bir ölçü uzay¬ve f : X ! R (veya C) ölçülebilir bir fonksiyon olsun. f ( )= (fx 2 X : jf (x)j > g) şeklinde tan¬mlanan f : (0, 1) ! [0, 1] fonksiyonuna f fonksiyonunun da¼ g¬l¬m fonksiyonu denir. 16 3. Lp (Rn ) LEBESGUE UZAYLARINDA MAKSI·MAL FONKSI·YON ve RIESZ POTANSI·YELI· Maksimal fonksiyon ve Riesz potansiyeli harmonik analizin önemli konular¬aras¬ndad¬r. Özellikle k¬smi türevli denklemler teorisi ve matematiksel …zikte birçok uygulamalar¬vard¬r. Bu bölümde klasik maksimal fonksiyon ve Riesz potansiyeli tan¬mlanarak, bu operatörlerin varl¬k ve s¬n¬rl¬l¬k özellikleri incelenecektir. 3.1 Maksimal Fonksiyon f 2 L1loc (Rn ) olsun. Temel Lebesgue Teoremi’ne göre 1 lim r7!0 m(B(x; r)) Z f (y)dy = f (x) B(x;r) ifadesi hemen her x için geçerlidir, burada B(x; r) = fy 2 Rn : jx yj < rg x merkezli r yar¬çapl¬aç¬k yuvard¬r. Yukar¬daki limit yerine supremum ve f yerine jf j al¬narak f nin maksimal fonksiyonu tan¬mlan¬r. Maksimal fonksiyon Rn nin standart kümelerinde n = 1 için Hardy Littlewood taraf¬ndan tan¬mlanm¬ş ve Wiener taraf¬ndan n- boyutlu Rn Öklid uzay¬na genişletilmiştir (Stein 1970). Tan¬m 3.1.1. f : Rn 7 ! R lokal integrallenebilir bir fonksiyon olsun. f nin maksimal fonksiyonu; 1 M f (x) = sup r>0 m(B(x; r)) Z jf (y)j dy B(x;r) biçiminde tan¬mlan¬r. Rn üzerinde bir g fonksiyonu için m fx : jg(x)j > g = g ( ) 17 olsun. g 2 Lp iken Z Rn sa¼ glan¬r. Gerçekten R1 p Z1 jg(y)jp dy = p dg ( ) 0 dg ( ) integraline k¬smi integrasyon uygulan¬rsa; 0 Z1 p dg ( ) = 0 p lim 7 !1 g( ) Z1 p 1 g ( )p d = 0 = fx 2 Rn : jg(x)j > g dxd = Z Z1 fx 2 Rn : jg(x)j > g d 0 Rn Rn 0 = Rn Z Rn p p 1 p 1 d p Rn Z d dx = dx p p dx 0 p Rn 0 p Z jg(x)j Z d dx = fx2Rn+ :jg(x)j> g Z jg(x)j Z p = d g ( )p 0 Z1 Z Z Z1 p jg(x)j j0 dx = Z Rn jg(x)jp dx oldu¼ gu görülür ve istenilen eşitlik elde edilir. Teorem 3.1.1. Rn üzerinde tan¬mlanan f fonksiyonu için (i) f 2 Lp (Rn ), 1 p 1 ise M f maksimal fonksiyonu hemen her yerde sonludur. (ii) E¼ ger f 2 L1 (Rn ) ise 8 > 0 için m fx : M f (x) > g A Z Rn jf (x)j dx sa¼ glan¬r, burada A sadece boyuta ba¼ gl¬bir sabittir ve m Lebesgue ölçüsüdür. (iii) f 2 Lp (Rn ), 1 < p 1 ise M f 2 Lp (Rn ) ve kM f kp Ap kf kp eşitsizli¼ gi gerçeklenir (Stein 1970). 18 I·spat: Öncelikle teoremin (ii) ifadesini ispatlayal¬m. E = fx : M f (x) > g olsun. 8x 2 E için Bx = B(x; r), x merkezli yuvar¬E da bulunsun. Bu durumda 1 M f (x) = sup r>0 m(Bx ) Z jf (y)j dy Bx oldu¼ gundan ) M f (x) > Z jf (y)j dy > m(Bx ) (3.1.1) Bx 1 elde edilir. Buradan m(Bx ) < kf k1 elde ederiz. fBk g, E da bulunan ayr¬k yuvarlar¬n bir dizisi olsun. Bu durumda Vitali Örtü Lemmas¬ndan 1 X m(Bk ) (3.1.2) cm(E ) k=0 olur. (3:1:1) eşitsizli¼ ginde Bx yerine S Bk al¬n¬rsa bu durumda k kf k1 > Z S jf (y)j dy > Bk k X m(Bk ) cm(E ) k elde edilir. Bu eşitsizlikten Z Rn jf (y)j dy > cm(E ) elde edilir ve burada E = fx : M f (x) > g yerine yaz¬l¬rsa 1 m fx : M f (x) > g < c oldu¼ gu görülür. Burada A = Şimdi 1 < p Z Rn jf (y)j dy 1 c seçilerek (ii) in ispat¬tamamlan¬r. R 1 için (i) ve (iii) ifadelerini ispatlayal¬m. jM f jp dx in sonlu Rn oldu¼ gunu gösterelim. Rn üzerinde tan¬ml¬bir g(x) fonksiyonunun da¼ g¬l¬m fonksiyonu g ( ) = m fx 2 Rn : jg(x)j > g 19 ile tan¬mlan¬r. g 2 Lp (Rn ) iken Z Rn jg(y)jp dy = Z1 p dg ( ) 0 d¬r. Şimdi m(E ) = m fx : jM f (x)j > g = g ( ) ve g = M f al¬n¬rsa kM f kpp = Z p (M f ) dx = p Rn Z1 p 1 (3.1.3) m(E )d 0 elde edilir. Bu integrali hesaplayabilmek için m(E ) için bir eşitsizlik elde edelim. Bunun için f1 fonksiyonunu 8 < f (x) ; jf (x)j f1 (x) = : 0 ; jf (x)j < 2 2 olarak tan¬mlayal¬m. Bu durumda jf (x)j jf1 (x)j + 2 ) M f (x) M f1 (x) + 2 sa¼ glan¬r. Buradan E = fx : M f (x) > g n x : M f1 (x) > 2 o oldu¼ gundan m(E ) = m fx : M f (x) > g 20 n m x : M f1 (x) > 2 o elde edilir. Dolay¬s¬yla (ii) den m(E ) n m x : M f1 (x) > 2 o 2A Z Rn jf1 (x)j dx oldu¼ gu görülür. Sonuç olarak Z 2A m(E ) jf (x)j dx jf j> 2 eşitsizli¼ gi sa¼ glan¬r. Bu son eşitsizli¼ gi (3:1:3) de yerine yazarsak kM f kpp = p Z1 p 1 m(E )d Z1 p 0 p 1 0 0 B 2A @ Z jf j> 2 1 C jf (x)j dxA d elde edilir. Fubini Teoreminden bu çift katl¬ integralin de¼ gerini hesaplamak için integrasyon s¬ras¬n¬de¼ giştirelim. p > 1 oldu¼ gundan 2jf Z (x)j p 1 p 2 d = p 2jf (x)j 1 j0 = 1 p 1 j2f (x)jp Z jf jp dx 1 0 elde edilir. Bu çift katl¬integralin de¼ geri 2Ap p 1 Z Rn p 1 jf j j2f j p dx = (Ap ) Rn olarak bulunur. Sonuç olarak kM f kpp p (Ap ) Rn elde edilir ve eşitsizli¼ gin her iki taraf¬nda kM f kp Z 1 p jf jp dx inci dereceden kuvvet al¬n¬rsa 0 1 p1 Z Ap @ jf jp dxA Rn = Ap kf kp 21 bulunur. Böylece teoremin (i) ve (iii) ifadeleri ispatlanm¬ş olur. Burada Ap sabiti hesapland¬g¼¬nda 1 p 5n p p 2 p 1 Ap = = 2 , 1<p<1 , 1<p<1 1 p 5n p p 1 bulunur. 3.2 Riesz Potansiyeli f yeterince düzgün bir fonksiyon olmak üzere f fonksiyonunun Laplasyeni; f= n X @2f j=1 @x2j biçiminde tan¬mlan¬r. f 2 S olmak üzere F f^(x) = f (x) = 1 1 (2 ) n 2 Z ei(xy) f^(y)dy Rn dir. ei(xy) = ei(x1 y1 +:::+xn yn ) olmak üzere ( ) f (x) = = = 1 (2 ) n 2 n 2 Z Rn 1 (2 ) ei(xy) f^(y) Rn 1 (2 ) Z n 2 Z Rn @ ix1 y1 e @x21 @ ix2 y2 e @x22 ::: + @ ixn yn ^ e f (y)dy @x2n jyj2 ei(xy) f^(y)dy I f =F 1 jyj F, f 2S (3.2.1) oldu¼ gundan )( )f = F 1 jyj2 F f yaz¬labilir. Bilindi¼ gi gibi Laplace operatörü eliptik operatördür. P. Seeley göster22 miştir ki e¼ ger bir eliptik L operatörü için 1 Lf = F (x)F f formülü mevcut ise o zaman onun istenilen kompleks kuvveti için 1 z Lz f = F (x)F f geçerlidir. Dolay¬s¬yla bu teoreme göre Laplace operatörü için )z f = F ( yaz¬labilir. Dolay¬s¬yla görünür ki z = ( ) 2 2 1 jyj2z F f için f =F 1 jyj (3.2.2) Ff geçerlidir. Yani (3:2:1) ve (3:2:2) den görünür ki Riesz potansiyelinin ve n¬n negatif kesir kuvvetinin genelleşmiş anlamda Fourier dönüşümleri ayn¬d¬r. Bu durumda I =( ) , 0< 2 (3.2.3) <n ifadesi yaz¬labilir. (3:2:3) formülü Riesz potansiyelinin ne kadar önemli bir operatör oldu¼ gunu gösterir. Çünkü (3:2:2) in yard¬m¬yla Laplace operatörünün negatif kesir kuvvetleri tan¬mlanabilir, burada 0 < < n ve n 2 ( )= 2 2 olmak üzere 1 (I f ) (x) = ( ) n 2 Z Rn 2 f (y) jx yjn dy I operatörüne Riesz potansiyeli denir. Teorem 3.2.1. (Riesz Potansiyeli I·çin Hardy-Littlewood-Sobolev Teo- remi) o< < n, 1 p < q < 1 ve 1 q = 1 p n olsun. 23 (i) E¼ ger f 2 Lp (Rn ) ise 1 (I f ) (x) = ( ) Z Rn jx yj n+ f (y)dy integrali hemen her x için mutlak yak¬nsakt¬r. (ii) E¼ ger p > 1 ise bu durumda kI f kq Ap;q kf kp eşitsizli¼ gi gerçeklenir. (iii) E¼ ger f 2 L1 (Rn ) ise bu durumda A kf k1 m fx : jI f (x)j > g Yani, f ! I f dönüşümü (1; q) zay¬f tiptir I·spat: K (x) = 1 jxjn olsun. f ! I 1 q q , Tüm =1 n lar için (Stein 1970). f dönüşümü yerine f ! K göz önüne alal¬m (I·ki dönüşüm aras¬nda bir sabitle 1 ( ) f dönüşümünü çarp¬m kadar fark vard¬r). K y¬K1 + K2 olarak ayr¬şt¬ral¬m. Burada 8 8 < K(x) ; jxj < K(x) ; jxj > K1 (x) = K2 (x) = : 0 : 0 ; jxj > ; jxj biçimindedir. Burada herhangi bir pozitif sabittir. Buradan K f = K1 f + K2 f elde edilir. K1 f ve K2 f nin hemen her x için mutlak yak¬nsak oldu¼ gu gösterilirse K f nin hemen her x için mutlak yak¬nsak oldu¼ gu, dolay¬s¬yla I f nin hemen her x için mutlak yak¬nsak oldu¼ gu gösterilmiş olur. (K1 f ) (x) = Z K1 (x t)f (t)dt = jxj Z jxj 24 f (t) jx tjn dt Young Teoreminden; kK1 f kp kf kp Z 1 tjn jx jxj = kf kp wn 1 Z 1 dt d 0 = kf kp wn <1 1 ) K1 f hemen her x için mutlak yak¬nsakt¬r. (K2 f ) (x) = Z K2 (x t) f (t)dt = jxj> 0 (K2 f ) (x) = f (t) jx tjn jxj> f (t) jx tjn jxj> dir. p , p nin dualini belirtmek üzere Z Z 1 p + 1 p0 = 1 oldu¼ gundan, Hölder eşitsizli¼ ginden 2 6 4 dt dt Z 3 10 p 1 tjn jx jxj> 7 kf kp 0 dt5 p 0 elde edilir. Parantez içindeki integralin yak¬nsak olmas¬için (n ) p > n olmas¬ gerekir. (n )p 0 = n 1 0 n = kf kp @wn n p0 1 1 + p q 1 10 0 p =n 1 1 (n c1 kf kp ) kK2 f k1 Z1 d A )p; )=n p =n 0 p p =n 1+ q 0 p n 1 (n 1 1 0 + p q 0 1 p0 0 = kf kp c wn 1+ 1 p 1 q = 1 n (n n q n q c1 kf kp n q ) kK2 f k1 < 1 olup ) K2 f hemen her x için mutlak yak¬nsakt¬r. O halde ) K f = K1 f + K2 f oldu¼ gundan ) K f hemen her x için mutlak yak¬nsakt¬r. 25 0 )p 1 0 p >n Böylece I f nin hemen her x için mutlak yak¬nsak oldu¼ gu elde edilir. Dolay¬s¬yla teoremin (i) ifadesi ispatlanm¬ş olur. Şimdi (iii) yi ispatlayal¬m: Z f (y) jx yjn Rn f (x + y) dy jyjn 1 ( ) (I f ) (x) = Rn 1 ( ) = 1 ( ) = Z Z jyj (y ! x + y) dy 1 f (x + y) dy + n ( ) jyj Z jyj> f (x + y) dy jyjn (3.2.4) = (I 1 f ) (x) + (I 2 f ) (x) elde edilir. (3:2:4) den fx : j(I f )(x)j > 2 g fx : j(I 1 f ) (x)j > g [ fx : j(I 2 f )(x)j > g gerçeklenir. O halde yukar¬daki kümenin ölçüsü m fx : j(I f )(x)j > 2 g m fx : j(I 1 f ) (x)j > g+m fx : j(I 2 f )(x)j > g (3.2.5) şeklindedir. Şimdi bu ifadeleri ayr¬ayr¬hesaplayal¬m: Z m fx : j(I 1 f ) (x)j > g = mfx:j(I mfx:j(I 1 p Z Rn = 1 p 1f Z 1f 1p dx )(x)j> g (I 1 f ) (x) p dx )(x)j> g j(I 1 f ) (x)jp dx kI 1 f kpp elde edilir. Young teoreminden m fx : j(I 1 f ) (x)j > g 1 p kI 1 f kpp = 26 1 p p p A kK1 f kp AP P kK1 kp1 kf kpp bulunur. Buradan 0 B kK1 kp1 = @ Z 1 jxjn jxj 0 = @wn = 1 p p 1 0 p 0 Z Z C dxA = @ Z wnp 1 p c1 m fx : j(I 1 f ) (x)j > g 1p = cp Sn 1p d A = 1 n 1 n 0 1p d dx; A p wn 1 j0 p p kf kpp = c1 (3.2.6) kf kp elde edilir. Ayr¬ca Hölder eşitsizli¼ ginden A m fx : j(I 2 f )(x)j > g 0 kK2 kp0 kf kp eşitsizli¼ gi gerçeklenir. 0 B kK2 kp0 = @ Z jxj> 1 10 p 1 jxjn 0 p C dxA n q = c2 oldu¼ gundan ve kK2 kp0 kf kp = c2 seçilirse kK2 f k1 n q kf kp = ve böylece m fx : jK2 f j > g = 0 elde edilir. ) n q = c2 kf kp ) = (3:2:5),(3:2:6) (3:2:4) de kullan¬l¬r ve (3:2:5) de 27 c2 kf kp q n (3.2.7) nun yerine (3:2:7) deki ifadesi yaz¬l¬rsa m fx : j(I f )(x)j > 2 g kf kp c1 kf kpp = cp;q 1 p = n kf kp p !p q p n 1 qp ) =q q n kf kpp kf kp q = cp;q q n c2 kf kp p p p = cp;q kf kp q bulunur. Yukar¬daki ifadede p = 1 için f 2 L1 (Rn ) al¬nd¬g¼¬nda I f Riesz potansiyeli 1 q =1 n olmak üzere zay¬f (1; q) tipinde operatördür. Böylece (iii) ifadesi ispatlanm¬ş olur. Şimdi (ii) yi ispatlayal¬m. I·spat¬yaparken Marcinkiewicz I·nterpolasyon Teoremi’nden yararlanaca¼ g¬z. (iii) den dolay¬I zay¬f (1; q0 ) = 1; 1 1 ratördür. (p1 ; q1 ) = p1 ; 1 1 p1 tipli open tipli operatör, (p0 ; p1 ), (q0 ; q1 ) say¬lar¬n¬Marcinkiewicz n I·nterpolasyon Teoremi’ne uygun olarak seçelim. I zay¬f (p0 ; qo ) ve (p1 ; q1 ) tipli operatördür. Bu durumda Marcinkiewicz Teoremi’nden 0< 1 1 = p p0 < 1 ve + p1 1 1 = q q0 , + q1 olmak üzere I kuvvetli (p; q) tipli operatördür. 1 1 = q q0 = 1 + q1 = (1 + n = 1 n + 1 =1 p = 1 p n veya n ) 1 + p1 n 1 p1 + n p1 + n p1 = oldu¼ gundan 1 p 1 q oldu¼ gundan Marcinkiewicz I·nterpolasyon Teoremi’nden kI f kq c kf kp , 28 1 1 = q p n n elde edilir. Böylece teoremin ispat¬tamamlanm¬ş olur. Önerme 3.2.1. > 0, 0 < M f 2 Lq (E), E Rn olsun. Bu durumda p n, 1 < p < p , 1 q p kI f kLr (E) gerçeklenir, burada 1 r = 1 p p + C M f p ( p) ( q) Lq (E) kf kp1 1, ve f 2 Lp (Rn ), p (3.2.8) ve C, f ve E den ba¼ g¬ms¬z bir sabittir (Adams 1975). I·spat: I·spat¬yaparken Hedberg (1972) in Riesz Potansiyelleri için uygulam¬ş oldu¼ gu temel düşünceyi takip edece¼ giz. Bu durumda f 6= 0 için, I f (x) kümesi > 0 olmak üzere Z I f (x) = jx yj< = I +I f (y) jx yjn 0 dy + Z jx yj f (y) jx yjn şeklinde yaz¬labilir. k 2 Z ve ak (x) = y : 2k I = jx Z jx yj< = 1 X k=1 a yj < 2k+1 f (y) jx yjn k (x)= fy:2 olsun. O takdirde dy k Z jx yj<2k+1 dir. Buradan 29 g f (y) jx yjn dy dy Z 1 X jIj k=1 a 1 X jx n yj jf (y)j dy; k(x) 2 n k 2 1 n k+1 a 0 B @M f (x) = sup r Z n r!0 2n = )n k+1 (2 k=1 2n 1 X k=1 1 X 2 k 2 k < n oldu¼ gundan 0< Z jf (y)j dy k(x) jf (y)j dy, 1 C n oldu¼ gundanA 0 jx yj<r n+n M0 f (x) M0 f (x) k=1 M0 f (x) , = C 0< <n elde edilir. Benzer şekilde, I 0 Z = f (y) jx yjn jx yj> = 1 X k=0 ak (x)=fy:2k dy Z jx yj<2k+1 g f (y) jx yjn dy dir. Buradan, I 0 1 Z X k=0 jx n yj jf (y)j dy ak (x) 1 X 2 n (2k+1 )n k=0 M f (x) = sup r 2k+1 n k n r!0 Z p p Z jf (y)j dy ak (x) jf (y)j dy, n oldu¼ gundan 0 jx yj<r p 1 X 2k n 2k+1 k=0 30 n p M f (x) p = 1 X p 2k kn+kn k p +n p k=0 = p n 2 1 X p 2k( p ! ) M f (x) k=0 0< = C elde edilir. M f (x) = (x) = p M0 f (x) < n, 1 < p < p M f (x) p p p oldu¼ gundan p <0 M f (x) p p seçilirse hipotezimiz gere¼ gi (x) sonlu ve hemen her yerde pozitiftir. Bu seçim kolayca, jI f (x)j jIj + I C 0 M0 f (x) + C p M f (x) p p p M f (x) M f (x) p = C +C p (M0 f (x)) p (M0 f (x)) p p M f (x) M f (x) p = C p +C p (M0 f (x)) 1 (M0 f (x)) p (M0 f (x)) p p M f (x) = C p p (M0 f (x)) 1 p (M0 f (x))1 = C M f (x) p p oldu¼ gunu gösterir. Yani, p jI f (x)j C M f (x) p (M0 f (x))1 dir. Teorem 3.1.1. deki (iii) özelli¼ ginden ve Hölder eşitsizli¼ ginden p kI f kLr (E) C M f p eşitsizli¼ gi elde edilir. Bu da ispat¬tamamlar. 31 Lq (E) kf kp1 p p 1 4. Lp; (Rn ) MORREY UZAYLARINDA HARDY-LITTLEWOOD MAKSI·MAL OPERATÖRÜ ve RIESZ POTANSI·YELI· Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬ Morrey taraf¬ndan 1938 y¬l¬nda eliptik k¬smi diferensiyel denklemler ve varyasyonlar analizi teorisindeki problemlerle ilgilenirken ortaya ç¬kar¬lm¬şt¬r. Daha sonra Navier-Stokes ve Schrödinger denklemleri, süreksiz katsay¬l¬eliptik problemler ve potansiyel teorisine önemli uygulamalar¬ortaya ç¬km¬şt¬r. n olmak üzere, Lp; (Rn ) Morrey uzay¬tan¬t¬lacak, Bu bölümde ilk önce, 0 n¬n durumlar¬na göre Lp; (Rn ) uzay¬n¬n bu uzay üzerinde tan¬mlanan norm ve yap¬s¬hakk¬nda baz¬sonuçlar verilecektir. Daha sonra, Lp; (Rn ) uzaylar¬nda HardyLittlewood maksimal operatörünün s¬n¬rl¬l¬g¼¬Guliyev (2009) taraf¬ndan verilmiş olan teorem yard¬m¬yla gösterilecektir. Lp; (Rn ) uzaylar¬nda I Riesz potansiyelinin s¬n¬rl¬l¬g¼¬ iki farkl¬ yönden Spanne ve Adams tipi s¬n¬rl¬l¬k olarak gösterilecektir. Bunun için Guliyev (2009) taraf¬ndan verilmiş olan iki farkl¬ teorem kullan¬lacakt¬r. Son olarak Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬nda M maksimal operatörünün ve I Riesz potansiyelinin s¬n¬rl¬l¬g¼¬ için Chiarenza ve Frasca (1987) taraf¬ndan verilmiş olan alternatif ispatlar verilecektir. 4.1 Lp; (Rn ) Morrey Uzaylar¬ Tan¬m 4.1. 0 uzaylar¬ n, 1 n n p < 1 ve f 2 Lloc p (R ) olmak üzere Lp; (R ) Morrey kf kLp; = kf kLp; (Rn ) = sup r x2Rn r>0 p kf kLp (B(x;r)) C<1 (4.1.1) olacak biçimdeki fonksiyonlar¬n uzay¬d¬r. Burada C sabiti sadece f ye ba¼ gl¬d¬r ve B (x; r), merkezi x ve yar¬çap¬ r olan aç¬k yuvar¬ göstermektedir. Böyle tan¬mlanan kf kLp; , Lp; (Rn ) uzay¬nda bir yar¬normdur ( f sabit oldu¼ gunda kesin olarak kf kLp; = 0 d¬r). Lp; (Rn ) uzaylar¬ndaki fonksiyonlar bir sabit fark¬yla eşit fonksiy- onlar olarak al¬nd¬g¼¬nda (4:1:1) de verilen norm ile Lp; (Rn ) uzay¬bir Banach uzay¬d¬r. Lp; (Rn ) uzaylar¬n¬n yap¬lar¬hakk¬nda baz¬sonuçlar aşa¼ g¬da verilmiştir: 32 a) = 0 oldu¼ gunda Lp;0 (Rn ) = Lp (Rn ), yani bilinen Lebesgue uzay¬d¬r. Z jf (x)jp dx C<1 B(x;r) dir. b) = n oldu¼ gunda Lp;n (Rn ) = L1 (Rn ) dir. Gerçekten, f 2 Lp;n (Rn ) olsun. Temel Lebesgue Teoremi’ne göre Z 1 lim r!o m (B (x; r)) jf (y)jp dy = jf (x)jp B(x;r) dir. Bu durumda 0 Z 1 r!o m (B (x; r)) B jf (x)j = @lim B(x;r) elde edilir. Böylece f 2 L1 (Rn ) dir ve 1 p1 C jf (y)jp dy A 1 ! n p1 kf kLp;n 1 ! n p1 kf kLp;n kf kL1 eşitsizli¼ gi gerçeklenir. c) < 0 veya > n ise, o halde Lp; (Rn ) = olup burada , Rn de 0 a denk olan fonksiyonlar¬n kümesini belirtmektedir. 4.2 Lp; (Rn ) Uzaylar¬nda Maksimal Operatörün S¬n¬rl¬l¬g ¼¬ Şimdi de Guliyev (2009) taraf¬ndan Lp; (Rn ) uzaylar¬nda M maksimal operatörü için verilen eşitsizli¼ gi ispatlayaca¼ g¬z. n n Teorem 4.2.1. 1 < p < 1 ve f 2 Lloc p (R ) alal¬m. Bu durumda C; f , x 2 R ve t > 0 dan ba¼ g¬ms¬z olmak üzere p > 1 için kM f kLp(B(x;t)) Z1 r Ct n p t eşitsizli¼ gi gerçeklenir (Guliyev 2009). 33 n p 1 kf kLp (B(x;r)) dr (4.2.1) I·spat: 1 < p < 1 alal¬m. f fonksiyonu f = f1 + f2 , f1 (y) = f (y) B(x;2t) (y), f2 (y) = f (y) B c (x;2t) (y), t > 0 olarak tan¬mlan¬rsa kM f kLp (B(x;t)) = kM (f1 + f2 )kLp (B(x;t)) = kM f1 + M f2 kLp (B(x;t)) kM f1 kLp (B(x;t)) + kM f2 kL p (B(x;t)) elde edilir. 1 < p < 1 olmak üzere Teorem 3.1.1. deki (iii) özelli¼ ginden kM f1 kLp (B(x;t)) kM f1 kLp (Rn ) C kf1 kLp (Rn ) = C kf kLp (B(x;2t)) (4.2.2) elde edilir. Burada C, f den ba¼ g¬ms¬z bir sabittir. (4:2:2) den ve kf kLp (B(x;2t)) normu t ye göre azalmayan oldu¼ gundan kolayca Z1 Ct r n p kM f1 kLp (B(x;t)) n Ct p 2t Z1 r n p 1 kf kLp (B(x;r)) dr n p 1 kf kLp (B(x;r)) dr (4.2.3) t elde edilir. M f2 nin s¬n¬rl¬l¬g¼¬için ilk olarak aşa¼ g¬daki eşitsizli¼ gi ispatlayaca¼ g¬z: Z jx yj n jf (y)j dy B c (x;t) Bu ispat¬yapabilmek için Z1 C s n p 1 kf kLp (B(x;s)) ds, 0<t<1 t > n p seçilirse, Hölder eşitsizli¼ ginden 34 (4.2.4) Z jx yj n jf (y)j dy B c (x;t) Z = jx B c (x;t) Z1 yj 1 s n+ jf (y)j dy 1 s ds jx yj Z ds Z1 jx n+ yj jf (y)j dy fy2Rn :t jx yj sg t Z1 C s 1 kf kLp (B(x;s)) jx t 0 Z1 = C s B 1 kf kLp (B(x;s)) @ t n+ yj p 0 kf kLp (B(x;s)) @ 1 1 t Z Zs Sn Z1 C s 1 kf kLp (B(x;s)) sn Z1 = C s 1 s 1 1 10 p Z )p0 t )p0 (n 1 p0 1 10 p n 1 (n C dy A ds p0 yjn jx t jx yj s Z1 = C s ds L 0 (B(x;s)) d dx0 A ds ds t n p s kf kLp (B(x;s)) ds t Z1 = C s n p 1 kf kLp (B(x;s)) ds t elde edilir. z 2 B (x; t) için M f2 (z) = sup jB (z; r)j r>0 C sup Z 1 Z B(z;r) r 2t (B c (x;2t)\B(z;r)) C sup Z r 2t (B c (x;2t)\B(z;r)) 35 jf2 (y)j dy jy zj n jf (y)j dy jx yj n jf (y)j dy C Z jx yj n jf (y)j dy B c (x;2t) elde edilir. Bu durumda C; x, t den ba¼ g¬ms¬z bir sabit olmak üzere (4:2:4) den Z1 C s M f2 (z) C 2t Z1 s n p 1 kf kLp (B(x;s)) ds n p 1 kf kLp (B(x;s)) ds t dir. Böylece, sabit x ve t için M f2 (z) fonksiyonu z ye ba¼ gl¬olmayan bir ifadeyle s¬n¬rlan¬r. Bu durumda 0 k1kLp (B(x;t)) = @ Z Zt Sn = Ct 1 n 1 x n p 1 p1 d dx0 A oldu¼ gu için kM f2 kLP (B(x;t)) Z1 C s n p 1 kf kLp (B(x;s)) k1kLp (B(x;t)) ds (4.2.5) t dir. Sonuç olarak (4:2:3) ve (4:2:5) den (4:2:1) elde edilir. Bu da ispat¬tamamlar. Teorem 4.2.2. 1 < p < 1 ve 0 < < n olmak üzere kM f kp; C kf kp; d¬r. I·spat: Teorem 4.2.1. den 36 kM f kp; = sup t kM f kLP (B(x;t)) p r>o x2Rn Z1 C sup t p t r n p r>o x2Rn n p 1 kf kL P (B(x;r)) dr t n C sup t Z1 r kf kp; p r>o x2Rn n p 1 r p dr t n C sup t kf kp; lim p a!1 r>o x2Rn n C sup t kf kp; t p p r>o x2Rn 1 n q p n q n rp n q jat o C kf kp; elde edilir. Böylece ispat tamamlanm¬ş olur. Bu ispat, bölüm sonunda da de¼ gindi¼ gimiz gibi Chiarenza ve Frasca (1987) taraf¬ndan M maksimal operatörü için verilmiş olan Teorem 4.4.1. in alternatif bir ispat¬d¬r. 4.3 Lp; (Rn ) Uzaylar¬nda Riesz Potansiyelinin S¬n¬rl¬l¬g ¼¬ 4.3.1 Spanne tipi s¬n¬rl¬l¬k Bu kesimde Lp; (Rn ) uzaylar¬nda I Riesz potansiyeli için Guliyev (2009) taraf¬ndan verilen s¬n¬rl¬l¬k koşuluyla ilgili iki farkl¬teoremi ispatlayaca¼ g¬z. Bu teoremler yard¬m¬yla I n¬n Spanne tipi ve Adams tipi s¬n¬rl¬l¬g¼¬n¬ayr¬ayr¬ispatlayaca¼ g¬z. < np , Teorem 4.3.1.1. 1 < p < 1 , 0 < durumda kI f kLq (B(x;t)) Z1 Ct r n q 1 q = n q 1 1 p n n ve f 2 Lloc p (R ) olsun. Bu kf kLp (B(x;r)) dr (4.3.1.1) t eşitsizli¼ gi gerçeklenir (Guliyev 2009). I·spat: 1 < p < 1 alal¬m. f fonksiyonu f = f1 + f2 , f1 (y) = f (y) B(x;2t) (y), f2 (y) = f (y) tan¬mlan¬rsa I f (x) = I f1 (x) + I f2 (x) 37 B c (x;2t) (y), t > 0 olarak elde edilir. < np , 1 < p < 1, 0 < 1 q = 1 p n olmak üzere Teorem 3.2.1. deki (ii) özelli¼ ginden kI f1 kLq (B(x;t)) kI f1 kLq (Rn ) C kf1 kLp (Rn ) = C kf kLp (B(x;2t)) elde edilir. Burada C, f den ba¼ g¬ms¬z bir sabittir. Ayr¬ca, kf kLp (B(x;2t)) Z1 Ct r n q n q 1 kf kLp (B(x;r)) dr 2t oldu¼ gu göz önüne al¬n¬rsa kI f1 kLq (B(x;t)) Z1 r Ct n q n q 1 kf kLp (B(x;r)) dr 2t elde edilir. jx zj t, jz yj 2t oldu¼ gunda jx jx zj yj = jx jx t jz yj 2 z+z zj + jz dir. Dolay¬s¬yla yj yj t + jz yj 3 jz yj 2 ve jz yj = jz jz x+x xj + jx t + jx yj jz yj + jx 2 jz yj ) jx 2 dir. Sonuç olarak, 38 yj yj yj yj (4.3.1.2) 1 jz 2 jx yj 3 jz 2 yj yj elde edilir. Böylece kI f2 kLq (B(x;t)) Z f (y) jz yjn Z jf (y)j dy jx yjn B c (x;2t) C B c (x;2t) elde edilir. Z B c (x;2t) n q > jf (y)j jx yjn Lq (B(x;t)) (B(x;t)) Lq (Rn ) seçilerek, Hölder eşitsizli¼ ginden dy Z = jx B c (x;2t) = dy Z1 s 1 Z1 C s 1 n+ yj B jf (y)j @ 1 2t Z B @ jx kf kLp (B(x;s)) jx yj 0 B kf kLp (B(x;s)) @ 1 kf kLp (B(x;s)) sn 1 s s n+ kf kLp (B(x;s)) @ Z Zs Sn n p s + ds 1 p (n kf kLp (B(x;s)) ds 39 A ds 0 d dx )p 0 1 10 p 0 2t )p C ds 0 dy A p yjn jx n 1 (n 2t 1 10 1 2t jx yj s 0 1 C jf (y)j dy A ds n+ yj Z C = C C dsA dy 0 p (B(x;s)) 1 2t Z1 1 L Z1 = C s s 1 s jx yj 0 2t 2t Z1 Z1 fy2Rn :2t jx yj sg 2t Z1 = C s 0 1 0 p ds Z1 =C s n p 1 kf kLp (B(x;s)) ds (4.3.1.3) 2t elde edilir. Di¼ ger yandan 1 q = 1 p n ise n q = n p d¬r. Bu de¼ ger (4:3:1:3) de yerine yaz¬l¬rsa, Z1 C s kI f2 kLq (B(x;t)) = C ( nq + ) 2t Z1 n q s 1 1 kf kLp (B(x;s)) ds kf kLp (B(x;s)) ds 2t Z1 s Ct n q n q 1 kf kLp (B(x;s)) ds (4.3.1.4) 2t elde edilir. Sonuç olarak, (4:3:1:2) ve (4:3:1:4) den (4:3:1:1) ispatlan¬r. Teorem 4.3.1.2. (Spanne) 0 < = n (n ) , 1 q = 1 p n ve p = q < n, 0 < < n p, 1 < p < diyelim. Bu durumda kI f kq; C kf kp; eşitsizli¼ gi gerçeklenir. I·spat. Teorem 4.3.1.1. den ve kI f kq; p = q = sup t eşitli¼ gi kullan¬larak q r>0 x2Rn kI f kLq (B(x;t)) Z1 C sup t q t r n q r>0 x2Rn C sup t r>0 x2Rn n q 1 kf kLp (B(x;r)) dr t n q kf kp; Z1 r t 40 n q 1 r p dr n olsun. C sup t n q a!1 r>0 x2Rn C sup t n q kf kp; t p q kf kp; t q r>0 x2Rn = C sup t 1 kf kp; lim n r>0 x2Rn n q p n rp n q jat o n q n q = C kf kp; elde edilir. Böylece ispat tamamlanm¬ş olur. 4.3.2 Adams tipi s¬n¬rl¬l¬k Teorem 4.3.2.1. 1 < p < 1, 0 < < n p f , x ve t den ba¼ g¬ms¬z olmak üzere jI f j n ve f 2 Lloc p (R ) olsun. Bu durumda C; Z1 Ct M f (x) + C r n p 1 kf kLp (B(x;r)) dr (4.3.2.1) t eşitsizli¼ gi gerçeklenir (Guliyev 2009). I·spat: 1 < p < 1 alal¬m. f fonksiyonu f = f1 + f2 , f1 (y) = f (y) B(x;2t) (y), f2 (y) = f (y) B c (x;2t) (y), t > 0 olarak tan¬mlan¬rsa I f (x) = I f1 (x) + I f2 (x) elde edilir. jI f1 (x)j Ct M f (x) eşitsizli¼ gi Hedberg (1972) taraf¬ndan gösterilmiştir (Bak¬n¬z Teorem 4.4.2.). I f2 için ise Hölder eşitsizli¼ ginden, 41 Z jI f2 (x)j jx yj n jf (y)j dy B c (x;2t) Z C jf (y)j dy B c (x;2t) C Z1 2t C Z1 t = C C Z1 t Z1 Z1 n 1 r jx yj 0 Z B @ 2t<jx yj<r dr 1 C jf (y)j dy A r 0 B kf kLp (B(x;r)) @ Z kf kLp (B(x;r)) @ Z Zr Sn kf kLp (B(x;r)) rn(1 1 1 p dr 1 10 p C 1dxA r t<jx yj<r 0 n 1 n 1 t )r 0 n 1 dr 1 10 p d dx A r n 1 n 1 dr dr t Z1 = C r n p 1 kf kLp (B(x;r)) dr t dir. Böylece (4:3:2:1) ispatlan¬r. Teorem 4.3.2.2. (Adams) 0 < < n, 1 < p < n ,0< <n p olsun. Bu durumda kI f kq; gerçeklenir, burada 1 q dir ve C sadece n, , p, I·spat: r r n p C r 1 p n ya ba¼ gl¬d¬r. n p = C kf kp; p q den, r > 0 olmak üzere r x merkezli t yar¬çapl¬aç¬k yuvar olmak üzere 42 n p = M f (x) kf kp; seçilirse ve B (x; t) kI f kq; 0 B1 = sup @ t t>0 n x2R = sup t q t>0 x2Rn 1 1q Z C jI f (y)jq dy A B(x;t) 0 B @ 1 1q Z B(x;t) sup t q t>0 x2Rn 0 B @ sup t q t>0 x2Rn B @ sup t q t>0 x2Rn B @ Z1 @Cr M f (x) + C t n p Z 1 r 0 Z B(x;t) 0 Teorem 4.3.2.1. den 0 Z B(x;t) 0 C jI f (y)jq dy A @Cr M f (x) + C kf k p; C r n p p q C kf kLp (B(x;r)) dtA dxA Z1 t t n p r 1 M f (x) + C r n p 1q 1 1q dt A C dxA t p q q kf kp; B(x;t) = sup t q t>0 x2Rn 0 B @ 0 Z B(x;t) = sup t q t>0 x2Rn 0 B @ Z @C M f (x) kf kp; ! pq p B(x;t) 1 = C kf kp; p q p q 1 p q C kf kp; p sup t q t>0 x2Rn 1 = C kf kp; 1 M f (x) + C 1 C (M f (x)) q kf kp; kM f kLq p (B(x;t)) p q q 1 1q 1q 1 1q M f (x) kf kp; ! pq 1 1q C dxA 1q C kf kp; A dxA C dxA p kM f kp;q Teorem 4.2.2. den p q kf kp; = C kf kp; elde edilir. Böylece ispat tamamlan¬r. 4.4 Lp; (Rn ) Morrey Uzaylar¬nda M Maksimal Operatörünün ve I Riesz Potansiyelinin S¬n¬rl¬g ¼¬ I·çin Alternatif I·spatlar Bu kesimde Lp; (Rn ) Morrey uzaylar¬nda M maksimal operatör ve I Riesz Potansiyeli için kesim 4.2. ve 4.3. de verilen s¬n¬rl¬l¬k teoremlerinin ispatlar¬na alternatif 43 1 1q olarak Chiarenza ve Frasca (1987) taraf¬ndan verilen s¬n¬rl¬l¬k teoremlerini ispatlayaca¼ g¬z . Teorem 4.4.1. 1 < p < 1 , 0 < < n olsun. Bu durumda kM f kp; c kf kp; (4.4.1) gerçeklenir, burada c, f den ba¼ g¬ms¬z bir sabittir. p = 1 olsun. Bu durumda t jfM f > tg \ Br (x)j cr kf k1; (4.4.2) gerçeklenir, burada c sabiti x, r, t ve f den ba¼ g¬ms¬zd¬r. 1 p < n için M f , Rn de h.h.y. sonludur 1, f 2 Lp; , 0 < (Chiarenza ve Frasca 1987). I·spat: I·spat¬yapabilmek için öncelikle bir lemma verelim. Lemma 4.4.1. f ve ; Rn üzerinde pozitif reel de¼ gerli fonksiyonlar olsun. r > 1 için, Z r (f (x)) (x) dx Br Rn Z Rn jf (x)jr (x) dx eşitsizli¼ gi gerçeklenir. Uyar¬4.4.1. f = (f1 ; f2 ; :::) Rn üzerinde bir fonksiyon dizisi olsun. f ¬n k: terimi, yani fk ; fk n¬n maksimal fonksiyonudur. fk maksimal fonksiyonu 1 fk (x) = sup jQj Z jfk (y)j dy; Q ile verilir; burada supremum, merkezi x olan tüm küpler üzerinden al¬n¬r. 44 Lemma 4.4.1. deki eşitsizlik kullan¬larak, yonlar¬için Z p (M f ) dx c Z Rn Rn 0 olmak üzere herhangi f ve fonksi- jf jp (M ) dx (4.4.3) elde edilir (Fe¤ermann ve Stein 1971). Bu durumda Br = B (x0 ; r) yuvar¬n¬n karakteristik fonksiyonu ve f 2 Lp; alarak (4:4:3) den aşa¼ g¬daki eşitsizlik elde edilir. Z (M f )p Br dx = Rn Z (M f )p dx c RnB2r fx : jx : jf jp (M ) dx + > : B2r Br B2r 8 > <Z x0 j x0 j ) (jx r x0 j ) B2k+1 r nB2k r r r)n rn (jx rn x0 j = sup r>0 1 r)n dir. Ayr¬ca B(x;r) jf jp (M ) dx 2rg olur. M k=1 Z x0 j < 2rg = fx : jx ) jx 1 X Z 1 jB(x;r)j B( x0 ;r) (y) dy Br B(x0 ;r) 8 > > > > > < B( x0 ;r) => > > > > : = 1 sup jB(x;r)j r>0 1 ; x0 2 Br 0 ; x0 2 = Br Z dy = c B(x;r)\B(x0 ;r) dir. Dolay¬s¬yla M Z Br (M f )p dx B(x;r) c 8 > <Z > : B2r (jx rn xo j jf jp dx + 1 dir. Buradan, r)n 1 X k=1 Z B2k+1 nB2k r 45 jf jp (jx rn x0 j r)n dx 9 > = > ; 9 > = > ; dir. Di¼ ger taraftan jx x0 j 2k 1 r oldu¼ gundan r rn x0 j (jx rn r)n 1 (2k 1 r)n dir. Son olarak Z (M f )p dx c 8 > <Z > : jf jp dx + B2r Br 1 X k=1 Z rn (2k 1 r)n jf jp dx B2k+1 r elde edilir. Buradan norma geçilirse r kM f kpp; ( 1 X 2k+1 p c (2r) kf kp; + kf kpp; k 1 r)n (2 k=1 ( ) 1 k+1 X 2 = c kf kpp; (2r) + (2k 1 r)n k=1 9 > = > ; ) olur. Parantezdeki toplam¬aç¬larak, 1 X 2k+1 = r (2r) + (2k 1 r)n k=1 = r 2 +4 1 X k=1 0 1 (2k 1 )n 2 +4 2n 2n 0< ! k ( 2n 1 1 k!1 ; 1 1 = r @2 + 4 lim = r ! 1 X 2k 1 4 2 + (2k 1 )n k=1 1 2n ; ; 1 ) A ; 0< <n 0< <n 0< <n <n cr elde edilir. Dolay¬s¬yla, r kM f kpp; c kf kpp; r dir. Böylece kM f kpp; c kf kpp; ) kM f kp; c kf kp; bulunur. p = 1 için ispat, zay¬f tahmine karş¬l¬k gelen (4:4:3) ile ayn¬d¬r. Gerçekten (4:4:3) 46 de p = 1 için Z (M f ) dx c Z Rn Rn jf j (M ) dx dir. Benzer şekilde Z (M f ) Br dx = Rn Z (M f ) dx c c c > : B2r 8 > <Z > : > : jf j (M ) dx + B2r Br 8 > <Z 8 > <Z jf j dx + jf j dx + B2r Z 1 X k=1 jf j B2k+1 nB2k r 1 X k=1 rn (2k 1 r)n Z B2k+1 r elde edilir. Burdan norma geçersek, r kM f k1; (jx Z 1 X k=1 jf j (M ) dx B2k+1 r nB2k r rn x0 j jf j dx r)n dx 9 > = 9 > = 9 > = > ; > ; > ; ( 1 X 2k+1 c (2r) kf k1; + kf k1; (2k 1 r)n k=1 ( ) 1 X 2k+1 = c kf k1; (2r) + (2k 1 r)n k=1 ) c kf k1; r elde edilir. kM f k1; c kf k1; ) kM f k1; c kf k1; ) t jfM f > tg \ Br (x)j olup buradan M f nin Rn de h.h.y. de sonlu oldu¼ gu görülür. Teorem 4.4.2. 0 < < n, 1 < p < nq , 0 < kI f kq; <n c kf kp; cr kf k1; p alal¬m. Bu durumda (4.4.4) gerçeklenir, burada 1 1 = q p n dir. 47 (4.4.5) p = 1 için t jfjI f j > tg \ Br j cr kf k1; (4.4.6) elde edilir. (26) ve (28) de c sadece n, , p, ya ba¼ gl¬d¬r (Adams 1975 ). I·spat: I·spat¬ Hedberg (1972) de Riesz potansiyelleri için kullan¬lan yöntemden hareketle yapaca¼ g¬z: p > 1, f 2 Lp; olsun. Bu durumda f 6= 0 için, I f kümesi > 0 olmak üzere I f (x) = Z f (y) jx yjn jx yj dy + şeklinde yaz¬labilir. k 2 Z ve ak (x) = y : 2 k 1 O zaman I1 = jx yj f (y) jx yjn dy = 1 X k=o f (y) jx yjn jx yj> I1 + I2 Z Z 2 k 1 < jx yj Z k <jx yj 2 2 dy k f (y) jx yjn dir. Buradan 1 X jI1 j k=0 2 1 X Z jx k 1 <jx yj 2 k k 2 2 1 X n Z jx yj 2 2 k jf (y)j dy k k=0 = n yj M f (x); jf (y)j dy k 0< <n k=0 = cn M f (x); 0< <n ) jI1 j cn M f (x) eşitsizli¼ gi elde edilir (Hedberg 1972). (n p+ ) I·kinci integral için, = ; p > 1 ve p1 + p10 = 1 olsun. 2 I2 = Z jx yj> f (y) jx yjn 48 dy olsun. dy olmak üzere Hölder eşitsizli¼ ginden 0 B @ jI2 j Z p 1 p1 0 Z jf (y)j C B dy A @ jx yj p jx (p+ yj I3 I4 0 n)p jx yj> jx yj> 1 10 C dy A elde edilir. I3 için I3 0 1 BX = @ k=0 0 Z 2k <jx yj 2k+1 Z BX @ 1 k=0 0 B = @ k=0 1 (2k ) jf (y)j C dy A jx yj 1 p1 jx yj 2k+1 1 X jf (y)jp C dy A j2k j Z jx yj 2k+1 0 1 k+1 1 BX 2 = @ (2k ) (2k+1 ) k=0 1 X = k=0 = c elde edilir. = n p p+ 2 2k+1 (2k ) kf kp; 1 p1 p ! p1 p 1 p1 C jf (y)jp dy A Z jx yj 2k+1 0 B @ 1 (2k+1 ) 1 p1 C jf (y)jp dy A Z jx yj 2k+1 C jf (y)jp dy A için parantez içindeki toplam aç¬l¬rsa 0 < üzere 49 1 p1 <n p olmak ! p1 1 X 2k+1 (2k ) k=0 1 X = k=0 0 = @ (2k ) n 1 X 2k k=0 p+ 2 1 p1 2 2 (2k ) 1 X = 2p ! p1 2k+1 n p 2 1 (2k ) k=0 A n ! p1 p 2 = c<1 elde edilir. 0 B Son olarak I4 ü hesaplan¬rsa, I4 = @ Z p 0 n)p (p+ jx yj jx yj> eşitli¼ ginde kutupsal koordinatlara geçilerek 0 Z1 = @ r( p + I4 0 n)p elde edilir. Buradan p + n+ = r 0 = 1 c n p+ 2 n 1 p+ p = + n+ C dy A 1 10 p r lim 0 0 b!1 p + p p p p 1 10 0 drA 0 np +n ! 10 p b np0 + n j n 0 p için n n n (p 1) = + + n+ 0 p 2p 2 2p p + p n = , 0< <n p) 2p + p oldu¼ gundan ) I4 = 1 c + p n 2p elde edilir. Dolay¬s¬yla jI2 j I3 I4 c00 + p n p kf kp; = c00 50 ( n) p kf kp; n<0 elde edilir. Buradan hareketle + p n p c0 M f + c00 jI f j ( kf kp; = c0 M f + c00 n) kf kp; p elde edilir. p = Mf kf kp; ( n) jI f j için c0 !( Mf kf kp; ( = c 0 (M f ) ( +c p n) kf kp;( = c (M f ) M f + c00 n+ p) n) ( = c000 (M f ) p n) ( ( p) ) kf kp;( p n) 1+ p kf kp;(n Mf kf kp; n+ p) n) kf kp; kf kp;( n+ p) ( n) (n (n (M f ) 00 ! Mf kf kp; !( p n) p n) 1 kf kp; ! ) elde edilir. Sonuç olarak kI f kq; 0 B1 = sup @ r r>0 n x2R = sup r q r>0 x2Rn sup r 1 1q Z B(x;r) 0 B @ Z C jI f jq dy A 1 1q B(x;r) q r>0 x2Rn 0 B @ Z (M f )1 r>0 x2Rn 1 p p (n q p ) kf kp;(n ) B(x;r) p = sup r C jI f jq dy A q kf kp;n 0 B @ Z (M f )q B(x;r) pq n 1 1q C dxA C dxA 1 q p (n = ) = ) pq = q n pq n 0 1 1q Z p B C = sup r q kf kp;(n ) @ (M f )q (q p) dxA r>0 x2Rn B(x;r) 51 1 1q ) (q p) 0 p = sup r kf kp;n q r>0 x2Rn 0 @ B @ 1 1q Z B(x;r) 1 p 1 q = 1 q ) n ) q = = n p = sup r p r (n ) r>0 x2Rn kf kp;(n ) kf kp;(n ) ) n Z B @ 0 B kM f kp; @ kM f kp; sup r (n r>0 x2Rn (n p= 1 = kf k ) (n ) ; ) 1 kM f k (n 0 C (M f )p dxA Z B @ B(x;r) seçilirse r ) p (n ) n 1 n C (M f )p dxA elde edilir. Buradan = rn kM f k ; 1 p1 C (M f )p dxA Z p ) A p 0 B(x;r) kf kp;(n 1 1 p B(x;r) p = r (n C (M f )p dxA (n ) , ; (4:4:1) den = c kf kp; elde edilir ki bu da ispat¬tamamlar. Teorem 4.4.3. (Spanne) 0 < 1 q = 1 p n ve p = q < n, 0 < <n p, 1 < p < n olsun. = n (n ) diyelim. Bu durumda kI f kq; c kf kp; eşitsizli¼ gi gerçeklenir. I·spat: E¼ ger p1 = (n (n )p ) seçilerek Teorem 4.4.2. uygulan¬rsa sadece Lp; oldu¼ gunu göstermek yeterli olacakt¬r. Di¼ ger yandan e¼ ger p ise Lp; p1 ; ( n) p = ( n) 1 p1 Lp1 ; gerçeklenir (Peetre 1969). Dolay¬s¬yla Lp; Lp1 ; , kf kp1 ; 52 kf kp; Lp1 ; , dir. Buradan kI f kq; c kf kp1 ; elde edilir. Böylece ispat tamamlan¬r. 53 c kf kp; KAYNAKLAR Adams, D.R. 1975. A note on Riesz potentials, Duke Math. J. 42, 765-778. Bennett, C., Devore, R.A. and Sharpley, R. 1981. Weak-L1 and BM O, Annals of Math. 113, 601-611. Chiarenza, F. and Frasca, M. 1987. Morrey spaces and Hardy-Littlewood maximal function, Rend. Math., 7, 273-279. Coifman, R.C. and Fe¤ermann, C. 1974. Weighted norm inequalities for maximal functions and singular integrals, Studia Mathematica, 51, 241-250. Coifman, R. and Rochberg, R. 1980. Another characterization of BMO, Proc. Amer. Math. Soc. 79, 249-254. Fazio, G.D. and Ragusa, M.A. 1993. Interior estimates in Morrey spaces for strong solutions to nondivergence form equations with discontinuous coe¢ cients, J. Funct. Anal. 112, 241-256. Fe¤ermann, C. and Stein, E.M. 1971. Some maximal inequalities, Amer . J. Math. 93, 107-115. Garcia- Cuerva, J. and Rubio de Francia, J. L. 1985. Weighted norm inequalities and related topics, North-Holland Mathem. Studies 116 Amsterdam. Guliyev, V.S. 2009. Boundedness of the maximal, potential and singular operators in generalized Morrey spaces.J. Inequal. Appl., Art. ID 503948, 20 pp. Hedberg, L.I. 1972. On certain convolution inequalies, Proc. Amer. Math. Soc. 36, 505-510. Mizuhara, T. 1991. Boundedness of some classical operators on generalized Morrey spaces,} Harmonic Analysis (S. Igari, Editor), ICM 90 Satellite Proceedings, Springer - Verlag, Tokyo, 183-189. Morrey, C.B. 1938. On the solutions of quasi-linear elliptic partial di¤erential equations, Trans. Amer. Math. Soc., 43, 126-166. Muckenhoupt, Benjamin 1972. "Weighted norm inequalities for the Hardy maximal function". Transactions of the American Mathematical Society, 54 vol. 165: 207–26. Neri, U. 1971. Singular Integrals, Springer Verlag, New York. Peetre, J. 1969. On the theory of Lp; spaces, Jour. Funct. Anal. 4, 71-87. Peetre, J. 1966. On convolution operators leaving Lp; spaces invariant, Ann. Mat. Pura e Appl. (IV) 72, 295-304. Sadosky, C. 1979. Interpolation of operators and singular integrals. Marcel Dekker Inc., 375 p., New York. Stein, E.M. and Weiss, G. 1971. Introduction to Fourier Analysis on Euclidean Spaces, Princeton Univ. Press. Stein, E.M. 1970. Singular Integrals and Di¤erentiability Properties of Functions, Princeton University press Princeton, New Jersey. Stein, E.M. 1993. Harmonic Analysis. Princeton University Press. Torchinsky, A. 1986. Real-Variable Methods in Harmonic Analysis, Academic Press, Orlando. 55 ÖZGEÇMI·Ş Ad¬Soyad¬: Ferit GÜRBÜZ Do¼ gum Yeri: Ayval¬k Do¼ gum Tarihi: 02.04.1984 Medeni Hali: Bekar Yabanc¬Dili: I·ngilizce E¼ gitim Durumu (Kurum ve Y¬l) Lise : Ankara Başkent Anadolu Lisesi (2002) Lisans : Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Matematik Bölümü (2008) Yüksek Lisans : Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Matematik Anabilim Dal¬(Şubat 2008-Ocak2011)