T.C. SÜLEYMAN DEMI·REL ÜNI·VERSI·TESI· FEN BI·LI·MLERI· ENSTI·TÜSÜ DUHAMEL ÇARPIMLI I·NTEGRO-DI·FERENSI·YEL DENKLEMLERI·N ÇÖZÜMLERI·NI·N VARLIK VE TEKLI·K PROBLEMLERI· Sevim ACAR Dan¬şman: Yrd. Doç. Dr. Suna SALTAN YÜKSEK LI·SANS TEZI· MATEMATI·K ANABI·LI·M DALI ISPARTA, 2010 I·ÇI·NDEKI·LER Sayfa I·ÇI·NDEKI·LER.................................................................................................... i ÖZET................................................................................................................... ii ABSTRACT........................................................................................................ iv TEŞEKKÜR........................................................................................................ vi SI·MGELER DI·ZI·NI·............................................................................................ vii 1: GI·RI·Ş.............................................................................................................. 1 1:1: Temel Kavramlar.......................................................................................... 4 2: ANALI·TI·K FONKSI·YONLARIN DUHAMEL ÇARPIMI............................. 7 2:1: Banach Cebiri Örne¼ gi................................................................................... 14 3: ANALI·TI·K UZAYLARDA I·NTEGRAL OPERATÖRÜNÜN KOMUTANTI 17 3:1: J Operatörünün Komutantlar¬.................................................................... 19 3:2: A(D) Uzay¬n¬n I·zomor…zmleri...................................................................... 25 4: I·NTEGRO-DI·FERENSI·YEL DENKLEM SI·STEMI·NI·N ÇÖZÜMÜ.............. 28 5: KAYNAKLAR................................................................................................. 35 ÖZGEÇMI·Ş.......................................................................................................... 37 i ÖZET Yüksek Lisans Tezi DUHAMEL ÇARPIMLI I·NTEGRO-DI·FERENSI·YEL DENKLEMLERI·N ÇÖZÜMLERI·NI·N VARLIK VE TEKLI·K PROBLEMLERI· Sevim ACAR Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Matematik Anabilim Dal¬ Dan¬şman: Yrd. Doç. Dr. Suna SALTAN Bu çal¬şma dört bölümden oluşmaktad¬r. I·lk bölümde, Duhamel çarp¬m¬ ile ilgili bilgi verilmiş ve konunun tarihi gelişimine de¼ ginilmiştir. Lineer operatör, kompakt operatör, Banach uzay¬, Banach cebiri ve analitik fonksiyon gibi temel kavramlar tan¬mlanm¬şt¬r. I·kinci bölümde, Duhamel çarp¬m¬tan¬mlanm¬ş ve analitik fonksiyonlar uzay¬n¬n Duhamel çarp¬m¬na göre bir cebir oldu¼ gu gösterilmiştir. Analitik fonksiyonlar uzay¬ndaki bir f fonksiyonunun Duhamel anlam¬nda tersinin olmas¬için gerekli ve yeterli koşulun f (0) 6= 0 oldu¼ gu ispatlanm¬şt¬r. Daha sonra bir Banach cebiri örne¼ gi verilmiştir. Üçüncü bölümde, J integral operatörü ele al¬nm¬ş ve bu operatörün komutant¬belirlenmiştir. Bu komutant¬n hangi koşul alt¬nda terse sahip oldu¼ gu incelenerek '( )x(z) + Zz 0 ' (z + t)x(t)dt = g(z) denkleminin çözülebilir ve bu çözümün tek oldu¼ gu gösterilmiştir. Dördüncü bölümde ise, Zz n X d fij (z + dz t) xj (t) dt = gi (z) ; j=1 ii i = 1; 2; :::; n integro-diferensiyel denklem sisteminin çözülebilir olmas¬için gerek ve yeter şart verilmiştir. Ard¬ndan bu sistemin çözümünün tekli¼ gi ispatlanm¬şt¬r. Anahtar Kelimeler: Duhamel çarp¬m¬, - Duhamel çarp¬m¬, integro diferensiyel denklem sistemi, komutant, integral operatörü. 2010, 37 sayfa iii ABSTRACT M.Sc. Thesis EXISTENCE AND UNIQUENESS PROBLEMS OF SOLUTIONS OF INTEGRO-DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH DUHAMEL PRODUCT Sevim ACAR Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences Mathematics Department Supervisor: Asst. Prof. Dr. Suna SALTAN This thesis is composed of four chapters. In the …rst chapter, Duhamel product is mentioned and also historical development of the topic is noticed. Basic consepts such as linear operator, compact operator, Banach space, Banach algebra and analytic function are de…ned. In the second chapter, Duhamel product is de…ned and it is shown that the space of analytic functions is an algebra with respect to Duhamel product. It is proved that any f function in the space of analytic functions has inverse with respect to Duhamel product if and only if f (0) 6= 0. In the third chapter, the integral operator J is treated and the commutant of the operator is established. It is examined under which condition the commutant has an inverse. Thus, it is shown that the equation Zz 0 '( )x(z) + ' (z + t)x(t)dt = g(z) is solvable and the solution is unique. In the …nal chapter, necessary and su¢ cient condition is given for the integro-di¤erential equation system Zz n X d fij (z + dz t) xj (t) dt = gi (z) ; j=1 iv i = 1; 2; :::; n is solvable. Then, the uniqueness of the equation system is proved. Key Words: Duhamel product, -Duhamel product, integro-di¤erential equation system, commutant, integral operator. 2010, 37 pages v TEŞEKKÜR Bu çal¬şman¬n belirlenmesi ve yürütülmesi esnas¬nda ilgi ve alakas¬n¬esirgemeyen, dan¬şman hocam Yrd. Doç. Dr. Suna SALTAN’a teşekkürlerimi sunar¬m. Ayr¬ca bu çal¬şma 1915-YL-09 nolu proje kapsam¬nda Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araşt¬rma Projeleri Koordinasyon Birimi taraf¬ndan desteklenmiştir. Bu desteklerinden dolay¬SDÜBAP’a teşekkür ederiz. Sevim ACAR ISPARTA, 2010 vi SI·MGELER DI·ZI·NI· C Kompleks say¬lar kümesi KerA A n¬n çekirde¼ gi D(z0 ; r) z0 merkezli r yar¬çapl¬aç¬k disk Hol(D) Analitik fonksiyonlar uzay¬ Konvolüsyon çarp¬m¬ ~ Duhamel çarp¬m¬ D'; -Duhamel operatörü J Integral operatör 0 fJ g J operatörünün komutant¬ p(x) X üzerindeki yar¬norm vii 1: GI·RI·Ş Operatör kalkülüsünün temeli 19: yüzy¬l¬n başlar¬na kadar uzan¬r. Pekçok bilimadam¬(Leibniz, Lagrange, Cauchy, Laplace, Boole vd.) operatör kalkülüsün yöntemlerini uygulamac¬lar¬n kullan¬m¬na sunmuş olsa da, bunun …zikteki ve teknik problemlerdeki sistematik kullan¬m¬ ilk olarak Oliver Heaviside’¬n çal¬şmalar¬ ile ortaya konulmuştur. Heaviside, operatör kalkülüsü elektrodinamik ve elektrik mühendisli¼ ginin önemli problemlerine başar¬l¬şekilde uygulam¬şt¬r. Operatör kalkülüse farkl¬bir yaklaş¬m¬, 1930 da cebirsel mant¬g¼¬kullanarak Polonyal¬ matematikçi Jan Mikusinski geliştirmiştir (Mikusinski, 1956; Krabbe, 1970). Mikusinski taraf¬ndan ifade edilen, (f g)(z) = Zz f (z t)g(t)dt 0 konvolüsyon çarp¬m¬pek çok analiz problemi ve bunlar¬n uygulamalar¬nda kayda de¼ ger bir öneme sahiptir (Mikusinski, 1956). Konvolüsyon çarp¬m¬Heaviside’¬n operatör kalkülüsüne direkt bir yaklaş¬m olarak ortaya konulmuştur. Bu yaklaş¬m, V f (z) = Zz f (t)dt 0 Volterra integral operatörü ile konvolüsyon çarp¬m¬aras¬ndaki ba¼ glant¬ya dayan¬r. Bu ba¼ glant¬, V nin f1g in konvolüsyon operatörü oldu¼ gu ile ifade edilebilir. Yani, Vf =1 f dir. Böylece, elde edilen ilişki, farkl¬fonksiyon uzaylar¬nda, Volterra integral operatörünün komutantlar¬n¬n ifade edilmesini sa¼ glar. Duhamel çarp¬m¬, Mikusinski’nin konvolüsyon çarp¬m¬n¬n türevi olarak tan¬m- 1 lan¬r ve d (f ~ g)(z) = dz Zz f (z t)g(t)dt = 0 Zz 0 f (z t)g(t)dt + f (0)g(z) 0 şeklinde ifade edilir. Konvolüsyon çarp¬m¬ gibi, Duhamel çarp¬m¬ da analizin çeşitli problemlerinde birçok uygulamaya sahiptir. Örne¼ gin, adi diferensiyel denklemler teorisinde, matematiksel …zi¼ gin s¬n¬r de¼ ger problemlerinde (Wigley, 1974), Mikusinski’nin operatör hesab¬nda önemli rol oynar (Mikusinski, 1956). I·lk olarak Wigley, Hol(D) birim diskdeki analitik fonksiyonlar uzay¬olmak üzere, Duhamel çarp¬m¬ile birlikte bu uzay¬n cebir oldu¼ gunu incelemiştir (Wigley, 1974). Daha sonra, (Hol(D); ~) cebirinin kapal¬ideallerinin tan¬mlanmas¬nda Duhamel çarp¬m¬n¬kullanm¬şt¬r. Wigley ayn¬çal¬şmada matematiksel …zi¼ gin bir s¬n¬r de¼ ger probleminin tüm çözümlerinin Duhamel çarp¬m¬ taraf¬ndan üretildi¼ gini göstermiştir. Bir başka çal¬şmas¬nda Wigley, p 1 olmak üzere H p (D) Hardy uzay¬n¬n, Duhamel çarp¬m¬alt¬nda bir Banach cebiri yap¬s¬belirtti¼ gini ifade etmiştir (Wigley, 1975). Buradan yola ç¬karak Merry…eld ve Watson, Duhamel çarp¬m¬n¬ kullanarak H p (D D) Banach uzay¬n¬n baz¬özelliklerini incelemişlerdir (Merry…eld and Wat- son, 1991). Nagnibida (1981), taraf¬ndan yap¬lan çal¬şmada, z0 = noktas¬na göre y¬ld¬z şekilli basit ba¼ glant¬l¬ D bölgesindeki analitik fonksiyonlar¬n uzay¬ A(D) olmak üzere, A(D) uzay¬nda J operatörünün komutantlar¬tan¬mlanm¬şt¬r. Burada J ; A(D) uzay¬nda tan¬ml¬integral operatörüdür ve aşa¼ g¬daki biçimde ifade edilmektedir: J f (z) = Zz 2 f (t)dt Böylece, A(D) uzay¬ndaki Duhamel çarp¬m¬, f; g 2 A(D) olmak üzere, d (f ~ g)(z) = dz Zz f (z + t)g(t)dt şeklinde ifade edilmiş ve -Duhamel çarp¬m¬olarak isimlendirilmiştir. Bu tan¬m gözönüne al¬narak, J operatörünün T komutant¬, T = D'; olmak üzere, ' 2 A(D) için, D'; f = f ~ ' = Zz 0 ' (z + t)f (t)dt + '( )f (z) şeklindedir. Yani, J operatörünün A(D) uzay¬ndaki komutant¬D'; " -Duhamel operatörü" dür. Nagnibida (1984) ve Tkachenko’nun (1979), yapt¬klar¬ çal¬şmalarda = 0 için Duha-mel çarp¬m¬n¬n uygulamalar¬na örneklerdir. Son y¬llardaki, Duhamel çarp¬m¬ uygulamalar¬ Karaev ve Tuna (2004), Karaev (2005), Karaev ve Saltan (2005), Gürdal (2009) ¬n çal¬şmalar¬nda yer almaktad¬r. 3 1:1: Temel Kavramlar Tan¬m 1.1.1. X ve Y iki vektör uzay olmak üzere T : X ! Y şeklinde tan¬ml¬ T operatörü verilsin. Her ; 2 C için ve her f; g 2 X için T ( f + g) = T (f ) + T (g) eşitli¼ gi sa¼ glan¬yorsa T operatörüne lineer operatör denir (Dunford and Schwartz, 1966). Tan¬m 1.1.2. X ve Y normlu uzaylar, D(T ) X olmak üzere T : D(T ) ! Y bir operatör olsun. Verilen " > 0 say¬s¬na karş¬l¬k kx x0 k < koşulunu gerçekleyen her bir x 2 D(T ) için kT x olacak şekilde bir T x0 k < " > 0 say¬s¬ var ise T operatörüne x0 2 D(T ) noktas¬nda süreklidir denir. Her x 2 D(T ) noktas¬nda T sürekli ise, T operatörü süreklidir denir (Kreyszig, 1989). Tan¬m 1.1.3. T : X ! Y lineer operatör olsun. T alt¬nda Y nin s¬f¬r eleman¬na dönüşen elemanlar¬n kümesine T nin çekirde¼gi denir ve KerT ile gösterilir. Yani, KerT = fx 2 T : T (x) = 0g dir (Kreyszig, 1989). Tan¬m 1.1.4. X ve Y iki topolojik uzay olsun. X den Y ye sürekli, birebir, örten ve tersi de sürekli bir T operatörü mevcut ise T ye izomor…zm denir (Kreyszig, 1989). Tan¬m 1.1.5. X bir metrik uzay olsun. E¼ ger bir M X kümesinin her dizisinin yak¬nsak bir alt dizisi varsa ve M ye ait ise M kümesine kompakt küme denir (Kreyszig, 1989). 4 Tan¬m 1.1.6. X ve Y normlu lineer uzaylar ve T : X ! Y olsun. Her s¬n¬rl¬M lineer operatör X kümesi için T (M ) kompakt ise T operatörüne kompakt lineer operatör denir (Kreyszig, 1989). Tan¬m 1.1.7. X normlu vektör uzay¬olsun. X tam ise (yani X deki her Cauchy dizisi yak¬nsak ise) X uzay¬na Banach uzay¬ denir (Kreyszig, 1989). Tan¬m 1.1.8. A kompleks (veya reel) vektör uzay¬ olsun. Her x; y; z 2 A ve her kompleks (veya reel) say¬s¬için A üzerinde aşa¼ g¬daki özellikleri sa¼ glayan bir çarp¬m işlemi varsa bu uzaya kompleks (reel) cebir denir. i) (x:y) = ( x):y = x:( y) ii) x:(y + z) = x:y + x:z ve (x + y):z = x:z + y:z ii) x:(y:z) = (x:y):z E¼ ger A bir cebir ve her x; y 2 A için x:y = y:x oluyorsa A ya de¼gişmeli veya komütatif cebir denir. A n¬n çarpma işlemine göre etkisiz eleman¬varsa yani her x 2 A için x:e = e:x = x olacak şekilde e 2 A varsa A ya birim elemanl¬cebir ve e ye A n¬n birim eleman¬ (etkisiz eleman¬) denir (Rudin, 1991). Tan¬m 1.1.9. A cebiri üzerinde tan¬mlanan norm her x; y 2 A için kxyk kxk kyk şart¬n¬sa¼ gl¬yorsa ve A n¬n birim elemana sahip olmas¬halinde kek = 1 ise A ya normlu cebir denir. (A; k:k) normlu cebiri tam ise bu normlu cebire Banach cebiri denir. Burada kxyk kxk kyk özelli¼ gine normun altçarp¬msal özelli¼gi ad¬verilir (Rudin, 1991). 5 Tan¬m 1.1.10. S C olmak üzere f : S ! C kompleks fonksiyonu ve z0 2 S verilsin. O halde f kompleks fonksiyonu z0 noktas¬n¬n bir D(z0 ; r) = fz 2 C : jz z0 j < rg komşulu¼ gunun bütün noktalar¬nda türevlenebilir ise f , z0 noktas¬nda analitiktir denir. Başka bir deyişle, f fonksiyonu z0 noktas¬n¬n her D(z0 ; r) komşulu¼ gunda yak¬nsak 1 P an (z z0 )n Taylor serisine sahip ise f , z0 noktas¬nda analitiktir denir. n=0 E¼ ger f kompleks fonksiyonu bir S bölgesinin bütün noktalar¬nda analitik ise f ye S kümesi üzerinde analitiktir denir. f kompleks fonksiyonu C nin tüm noktalar¬nda analitik ise f ye tam fonksiyon denir (Rudin, 1987). Teorem 1.1.11. S C aç¬k bir küme ve f , g S üzerinde analitik fonksiyonlar olsunlar. Bu durumda i) f + g fonksiyonu S kümesinde analitiktir. ii) f:g fonksiyonu S kümesinde analitiktir. f iii) g 6= 0 olmak üzere, fonksiyonu S kümesinde analitiktir (Rudin, 1987). g Teorem 1.1.12. f fonksiyonu bir z0 noktas¬nda analitik ise, fonksiyonun her mertebeden türevi de o noktada analitiktir (Rudin, 1987). Teorem 1.1.13. f fonksiyonu bir z0 noktas¬nda analitik olsun. z0 noktas¬n¬n komşulu¼ gundaki z ler için, f fonksiyonu f (z) = 1 X an (z z0 )n = n=0 1 X f (n) (z0 ) n=0 n! (z z0 )n Taylor aç¬l¬m¬na sahiptir. Bu kuvvet serisi bir D(z0 ; r) diski üzerinde mutlak yak¬nsak ve bu diskin kompakt alt kümeleri üzerinde düzgün yak¬nsakt¬r (Rudin, 1987). 6 2: ANALI·TI·K FONKSI·YONLARIN DUHAMEL ÇARPIMI Bu bölümde, birim disk üzerindeki analitik fonksiyonlar uzay¬n¬n baz¬özellikleri incelenmiş ve Duhamel çarp¬m¬tan¬mlanarak, bu uzay¬n Duhamel çarp¬m¬na göre bir cebir oldu¼ gu gösterilmiştir. Daha sonra, analitik fonksiyonlar uzay¬ndaki bir f fonksiyonunun Duhamel anlam¬nda tersinin olmas¬için gerekli ve yeterli koşulun f (0) 6= 0 oldu¼ gu ispatlanm¬şt¬r. Tan¬m 2.1. D = fz 2 C : jzj < 1g birim disk olmak üzere, ( Hol(D)= f (z) : f (z) = 1 X n=0 fb(n)z n ) kümesine birim disk üzerinde tek de¼gerli analitik fonksiyonlar¬n uzay¬ denir. Burada fb(n), f fonksiyonunun n: Taylor katsay¬s¬d¬r. fb(n) = f (n) (0) n! şeklinde ifade edilir (Karaev ve Saltan, 2005). Tan¬m 2.2. ffn gn>0 2 Hol(D) dizisi verilsin. E¼ ger her K için fn D kompakt kümesi f (n ! 1), yani sup kfn (z) z2K f (z)k ! 0; n ! 1 ise, ffn g dizisi f de¼ gerine Hol(D) de düzgün yak¬nsakt¬r veya kompakt yak¬nsakt¬r denir (Karaev ve Saltan, 2005). Tan¬m 2.3. Hol(D) birim disk üzerinde tek de¼ gerli analitik fonksiyonlar¬n uzay¬ olmak üzere, f; g 2 Hol(D) için, (f g)(z) = Zz f (z t)g(t)dt 0 ifadesine f ve g fonksiyonlar¬n¬n konvolüsyon çarp¬m¬ denir (Krabbe, 1970; Dimovski, 1990). 7 Duhamel çarp¬m¬konvolüsyon çarp¬m¬n¬n türevi olarak ifade edilir. Tan¬m 2.4. f; g 2 Hol(D) için, d (f ~ g)(z) = dz Zz f (z Zz t)g(t)dt = 0 0 f (z t)g(t)dt + f (0)g(z) (2.1) 0 ifadesine f ve g fonksiyonlar¬n¬n Duhamel çarp¬m¬ denir (Wigley, 1974). f ve g analitik fonksiyonlard¬r. f (z t) analitik fonksiyon olup, türevi de analitik fonksiyondur. Analitik fonksiyonun belirsiz integrali de analitik oldu¼ gundan f ve g nin Duhamel çarp¬m¬analitik fonksiyondur. Tan¬m 2.5. f 2 Hol(D) olmak üzere, Hol(D) uzay¬üzerindeki integral operatörü Zz f (t)dt f (t)dt = Zz X 1 J : f (z) ! 0 ile tan¬mlan¬r (Wigley, 1974). f 2 Hol(D) için Jf (z) = Zz 0 = 1 X n=0 = 1 X 0 fb(n) Zz n=0 fb(n)tn dt tn dt 0 fb(n) n+1 z n + 1 n=0 şeklinde olup integral operatörü Hol(D) uzay¬nda analitiktir. Şimdi Hol(D) uzay¬n¬n Duhamel çarp¬m¬na göre birimli cebir oldu¼ gunu gösterelim. f; g; h 2 Hol(D) ve skaler olmak üzere, 8 i) (f ~ g) = ( f ) ~ g = f ~ ( g) oldu¼ gunu gösterelim. 0 z Z @ f 0 (z (f ~ g)(z) = 0 = Zz 0 f (z 1 t)g(t)dt + f (0)g(z)A t)g(t)dt + f (0)g(z) 0 = (( f ) ~ g) (z) 0 (f ~ g)(z) = @ Zz 0 f (z 0 = Zz f (z = Zz f (z 0 1 t)g(t)dt + f (0)g(z)A t)g(t)dt + f (0)g(z) 0 0 t) g(t)dt + f (0) g(z) 0 = (f ~ ( g)) (z). Her z 2 C için sa¼ gland¬g¼¬ndan (f ~ g) = ( f ) ~ g = f ~ ( g) dir. ii) f ~ (g + h) = (f ~ g) + (f ~ h) oldu¼ gunu gösterelim. d (f ~ (g + h)) (z) = dz Zz d = dz Zz f (z t) (g(t) + h(t)) dt f (z d t)g(t)dt + dz 0 0 Zz f (z t)h(t)dt 0 = (f ~ g)(z) + (f ~ h)(z): Her z 2 C için sa¼ gland¬g¼¬ndan f ~ (g + h) = (f ~ g) + (f ~ h) d¬r. iii) f ~ (g ~ h) = (f ~ g) ~ h oldu¼ gunu gösterelim. Bunun için f ~g = a ve g ~h = b olmak üzere a~h = f ~b oldu¼ gunu göstermemiz 9 yeterlidir. Bu sebeple, d dz Zz d t)g(t)dt = a(t) ve dz f (z 0 olur. Zz a(z t)h(t)dt = 0 Zz 0 t dönüşümü yap¬l¬rsa Zz a(z g(z t)h(t)dt = b(t) 0 0 olup k = w Zz t)h(t)dt = 0 = @ Zz Zz k)g(k)dk A h(t)dt t 0 0 @ Z0 Z f (z 1 Zz f (z w)g(w 0 f (z w)g(w 1 t)dwA h(t)dt t)h(t)dwdt T dir. Burada T , 0 t w z ile belirlenmiş bir üçgendir. I·ntegral alma s¬ras¬n¬n de¼ giştirilmesiyle, Zz a(z t)h(t)dt = Zz f (z = Zz f (z 0 0 0 w) @ Zw g(w 0 1 t)h(t)dtA dw w)b(w)dw 0 elde edilir. Her iki taraf¬n türevi al¬n¬rsa, d dz Zz a(z d t)h(t)dt = dz 0 Zz 0 yani, f ~ (g ~ h) = (f ~ g) ~ h olur. Böylece (Hol(D); ~) cebirdir. 10 f (z t)b(t)dt Ayr¬ca f (z) = 1, (Hol(D); ~) için birim elemand¬r. g 2 Hol(D) olmak üzere, Zz d (1 ~ g)(z) = dz 1:g(t)dt = g(z) 0 ve d (g ~ 1)(z) = dz Zz g(z t)1dt = 0 = Zz Zz 0 g (z t)dt + g(0)1 0 z dg(z t) + g(0)1 = g(z t) j +g(0) = g(z) 0 0 dir. Buradan 1 ~ g = g ~ 1 = g oldu¼ gu görülür. Yani f (z) = 1 birim elemand¬r. O halde (Hol(D); ~) birimli cebirdir. Bu son özellik konvolüsyon çarp¬m¬n¬n de¼ gişme özelli¼ ginden direkt olarak da elde edilebilir. Uyar¬: Hol(D) uzay¬ Duhamel çarp¬m¬na göre birim elemana sahip olmas¬na ra¼ gmen konvolüsyon çarp¬m¬na göre birim elemana sahip de¼ gildir. Gerçekten, (f g)(z) = Zz f (z t)g(t)dt 0 eşitli¼ ginde z = 0 için integral s¬f¬r olur. Dolay¬s¬yla F f =f F = 1 olacak şekilde bir F bulunamaz. Duhamel çarp¬m¬nda ise, (f ~ g)(z) = Zz 0 f (z t)g(t)dt + f (0)g(z) 0 eşitli¼ ginde z = 0 için f (0) 6= 0 koşulunu sa¼ glayan her fonksiyon ~-tersinebilir olup, f ~ 1 = 1 ~ f = f dir. Teorem 2.6. f 2 Hol(D) olsun. f in ~-tersinebilir olmas¬için gerek ve yeter koşul f (0) 6= 0 olmas¬d¬r (Wigley, 1974). 11 I·spat: f nin ~-tersinebilir oldu¼ gunu kabul edelim. Bu durumda f (0) 6= 0 oldu¼ gunu göstermeliyiz. f , Hol(D) de ~-tersinebilir ise z 2 D olmak üzere, (f ~ g)(z) = (g ~ f )(z) = 1 olacak şekilde bir g 2 Hol(D) fonksiyonu vard¬r. z = 0 oldu¼ gunda, (f ~ g)(0) = Z0 0 f (0 t)g(t)dt + f (0)g(0) = f (0)g(0) = 1 0 olup, buradan f (0) 6= 0 oldu¼ gu görülür. Şimdi teoremin di¼ ger taraf¬n¬ispatlayal¬m. f (0) 6= 0 oldu¼ gunu kabul edelim. Bu durumda f in ~ tersinebilir oldu¼ gunu gösterelim. h 2 Hol(D) olmak üzere h(z) = f (0) bozmadan f (0) = 1 (6= 0) ald¬g¼¬m¬zda, f (z) = 1 fDr = z 2 D : jzj f (z) olsun. h(z) olarak ifade edilebilir. rg (0 < r < 1) bölgesini göz önüne alal¬m. Dr 0 z 2 Dr için, h (z) Genelli¼ gi D olup M olacak şekilde en az bir M > 0 say¬s¬vard¬r. z 2 Dr ve jzj = r olmak üzere, jh(z)j = jh(z) ~ 1j = Zz 0 olup, jh(z)j n 0 h (t)dt Zz 0 h (t) jdtj 0 M Zz jdtj 0 M r dir. 0 için h[n] = h | ~h~ {z ::: ~ h} olsun. n tane h[0] = 1 ve h[1] (z) Mr 1! dir. h[n] (z) M n rn d [n] ve h (z) n! dz 12 M n rn 1 (n 1)! M jzj = M r oldu¼ gunu kabul edelim. Bu durumda, M n+1 rn+1 (n + 1)! h[n+1] (z) oldu¼ gunu gösterelim. h[n+1] (z) = h ~ h[n] = Zz = Zz d = dz Zz t)h[n] (t)dt h(z 0 0 t)h[n] (t)dt + h(0)h[n] (z) h (z 0 h (z 0 Zz Zr Zz n 0 [n] h (z t)h (t)dt 0 t) h[n] (t) dt 0 M 1M n n r dt n! M n+1 n! 0 n+1 olur. Şimdi h[n+1] in türevini yani n+1 0 n+1 M M r M n+1 rn+1 j= = n! n + 1 0 n! n + 1 (n + 1)! = n+1 r d d [n+1] h dz ifadesini hesaplayal¬m. 0 1 Zz d [n+1] d d @d h (z) = (h ~ h[n] )(z) = h(z t)h[n] (t)dtA dz dz dz dz 0 z 10 0 z 1 Z Z d @ d @ 0 0 h (z t)h[n] (t)dtA = h[n] (z t)h (t)dtA = dz dz 0 0 Her iki taraf¬n mutlak de¼ gerini ald¬g¼¬m¬zda, d [n+1] h (z) dz = = 0 d @ dz Zz Zz h[n] (z 0 0 h (z t) 0 d [n] h (t)dt dt Zz 0 Zr n 1 Zz t)h (t)dtA = 0 M nM (n 1)! 1 d = 0 13 M n+1 rn n! d [n] h (z dz 0 t)h (t)dt 0 0 h (z t) d [n] h (t) dt dt elde edilir. Böylece 1 P M n rn n=0 n! serisi ile ifade edilebilen g 2 Dr fonksiyonu bulabiliriz. X M 2 r2 M n rn g(z) = 1 + M r + + ::: + + ::: = h[n] (z) 2! n! n=0 1 şeklinde olup, h[n] (z) g(z) M n rn n! oldu¼ gundan, 1 X M n rn n=0 n! 1 X (M r)n = n=0 n! = eM r eM bulunur. Sonuç olarak g fonksiyonunun Dr de analitik oldu¼ gunu söyleyebiliriz. Dr bölgesi key… oldu¼ gundan g, D de analitiktir. O halde, f ~ g = (1 h) ~ 1 X h[n] (z) n=0 = (1 h) ~ (1 + h + (h ~ h) + (h ~ h ~ h) + :::) = [(1 h) ~ 1] + [(1 h) ~ h] + [(1 h) ~ (h ~ h)] + ::: = 1 olur ki bu da g fonksiyonunun f in tersi oldu¼ gunu gösterir. Yani, f ~ tersinebilirdir. Sonuç 2.7. f ve g 2 Hol(D) olsun. f orjinde p: mertebeden s¬f¬ra sahip, ayn¬ şekilde g de orjinde q: mertebeden s¬f¬ra sahip ve p O halde f ~ h = g olacak şekilde (q q oldu¼ gunu kabul edelim. p): mertebeden s¬f¬ra sahip bir h 2 Hol(D) vard¬r (Wigley, 1974). 14 2:1: Banach Cebiri Örne¼ gi Bu k¬s¬mda, D y¬ld¬z şekilli bir bölge olmak üzere, bu bölgedeki analitik fonksiyonlar¬n alt uzay¬ olan B nin Duhamel çarp¬m¬na göre Banach cebiri oldu¼ gunu gösterece¼ giz. Önce gerekli tan¬mlar¬verelim. Tan¬m 2.1.1. D C olsun. E¼ ger D1 = D \ A1 6= ?, D2 = D \ A2 6= ? ve D = D1 [ D2 olacak şekilde C içinde ayr¬k ve aç¬k A1 ve A2 kümeleri bulunam¬yorsa D kümesine ba¼glant¬l¬küme denir (Rudin, 1987). Tan¬m 2.1.2. Ba¼ glant¬l¬aç¬k kümeye bölge denir (Rudin, 1987). Tan¬m 2.1.3. D C aç¬k bir küme olsun. Bir z0 2 D noktas¬için, her z 2 D noktas¬n¬z0 a birleştiren do¼ gru parças¬D de bulunuyor ise, yani her z 2 D ve her 2 (0; 1) için z + (1 ) z0 2 D ise, D ye z0 noktas¬na göre y¬ld¬z şekilli bölge denir (Wigley, 1974). gerli fonksiD orjine göre y¬ld¬z şekilli s¬n¬rl¬ bir bölge ve C (1) (D) kompleks de¼ yonlar¬n vektör uzay¬olsun. Bu durumda C (1) (D) = f : f 2 C(D) sürekli, f 0 2 C(D) mevcut ve sürekli dir. ve ; pozitif sabit say¬lar ve F 2 C (1) (D) olmak üzere C (1) (D) daki norm, 1 kF k = sup jF (x; y)j + 2 (x;y)2D ! sup jFx (x; y)j + sup jFy (x; y)j (x;y)2D (x;y)2D şeklinde tan¬mlan¬r. B C (1) (D) olmak üzere, B, D de analitik fonksiyonlar¬n alt uzay¬olsun. C (1) (D) Banach uzay¬ve B kapal¬alt uzay oldu¼ gundan B de bir Banach uzay¬d¬r. f 2 B olmak üzere, Cauchy-Riemann denklemleri ile yukar¬daki norm ifadesi, 0 kf k = sup jf (z)j + sup f (z) z2D z2D şeklinde yaz¬l¬r. 15 f; g 2 B iken f ~ g 2 B oldu¼ gundan (B; ~) cebirdir. Dolay¬s¬yla, (f ~ g)(z) = Zz f (z t)g(t)dt + f (0)g(z) = Zz f (z t)g (t)dt + f (z)g(0) 0 0 0 0 ve (f ~ g) (z) = 0 Zz 0 f (z 0 0 0 t)g (t)dt + f (0)g (z) + f (z)g(0) 0 d¬r. Buradan, j(f ~ g)(z)j 0 d sup jf j sup g + sup jf j sup jgj ve (f ~ g) (z) 0 0 0 0 0 d sup f sup g + sup jf j sup g + sup f sup jgj bulunur. Burada supremumlar D üzerinden al¬nm¬ş ve D nin orjinden s¬n¬ra maksimum uzakl¬g¼¬d olarak ifade edilmiştir. Şimdi B nin Banach cebiri oldu¼ gunu gösterece¼ giz. Bunun için kf ~ gk kf k kgk oldu¼ gunu göstermek yeterlidir. kf ~ gk = j(f ~ g)(z)j + (f ~ g) (z) 0 0 d sup jf j sup g + sup jf j sup jgj + = 0 0 0 0 d sup f sup g + sup jf j sup g + sup f sup jgj sup jf j sup jgj + ( d + ) sup jf j sup g 0 0 + sup f sup jgj + d sup f sup g 16 0 0 2 olur. , d+ , kf ~ gk , d 2 ve = 2d al¬n¬rsa, = 2, 2 sup jf j sup jgj + 4d sup jf j sup g 0 0 0 +2d sup f sup jgj + 2d2 sup f sup g 4 sup jf j sup jgj + 4d sup jf j sup g 0 0 0 +4d sup f sup jgj + 4d2 sup f sup g = 2 sup jf j + 2d sup f 0 0 0 2 sup jgj + 2d sup g 0 kf k kgk elde edilir. Böylece, B nin Duhamel çarp¬m¬na göre bir Banach cebiri oldu¼ gunu göstermiş olduk. Bu cebir, de¼ gişmeli, birleşmeli ve birimlidir. Teorem 2.6 y¬(B; ~) Banach cebiri için aşa¼ g¬daki biçimde ifade edebiliriz. Teorem 2.1.4. f 2 B nin ~ tersinebilir olmas¬için gerek ve yeter koşul f (0) 6= 0 olmas¬d¬r (Wigley, 1974). I·spat: Teorem 2.6 n¬n ispat¬na benzer olarak verilebilir. 17 3: ANALI·TI·K UZAYLARDA I·NTEGRAL OPERATÖRÜNÜN KOMUTANTI Bu bölümde, y¬ld¬z şekilli D bölgesindeki analitik fonksiyonlar uzay¬ üzerinde tan¬mlanan integral operatörü ele al¬nm¬ş ve bu operatörün komutant¬belirlenmiştir. Komutant operatörünün sürekli, tersinin mevcut ve tersinin de sürekli oldu¼ gu ispatlanm¬ş, böylece her g için '( )x(z) + Zz 0 ' (z + t)x(t)dt = g(z) denkleminin çözümünün var ve tek oldu¼ gu araşt¬r¬lm¬şt¬r. Bunun için '( ) 6= 0 şart¬n¬n sa¼ gland¬g¼¬gösterilmiştir. Önce bu bölümde, kullanaca¼ g¬m¬z baz¬tan¬m ve teoremleri verelim. Tan¬m 3.1. X, K cismi (K=R veya C) üzerinde bir vektör uzay olsun. p:X!R dönüşümü her x; y 2 X ve i) p(x) 2 K için, 0 ii) p( x) = j j p(x) iii) p(x + y) p(x) + p(y) koşullar¬n¬sa¼ glarsa p dönüşümüne X üzerinde yar¬norm denir ve bu yar¬norma göre X uzay¬na yar¬normlu uzay denir (Yosida, 1980). Tan¬m 3.2. Yar¬normlu X uzay¬ndaki her (xn ) Cauchy dizisi X de bir noktaya yak¬ns¬yor ise, yani X tam uzay ise, X yar¬normlu uzay¬na Frechet uzay¬ denir (Yosida, 1980). Teorem 3.3. X lokal konveks uzay olsun. Bu uzay üzerindeki topoloji fpg yar¬ norm sistemi (ailesi) ile belirlenir (Freese and Cho, 2001). Teorem 3.4. X ve Y lokal konveks uzaylar olmak üzere, fpg ve fqg, X ve Y 18 nin topolojilerini üreten yar¬norm sistemleri olsun. T : D (T ) X ! Y lineer operatörünün sürekli olmas¬için gerek ve yeter koşul her x 2 D (T ) ve her q 2 fqg yar¬ normu için, q (T x) p (x) olacak şekilde bir p 2 fpg yar¬ normu ve pozitif bir say¬s¬n¬n var olmas¬d¬r (Yosida, 1980). Tan¬m 3.5. X normlu uzay ve T , X üzerinde bir operatör olsun. A : X ! X sürekli, lineer operatör olmak üzere, 0 fT g = fA : AT = T Ag 0 kümesine T operatörünün komutant¬ denir ve fT g ile gösterilir (Conway, 2000). Teorem 3.6. (Runge Teoremi) D, C kompleks uzay¬nda s¬n¬rl¬ve basit ba¼ glant¬l¬bir bölge ve K, D nin kompakt bir altkümesi olsun. D deki her analitik f (z) fonksiyonuna K üzerinde düzgün yak¬nsayan bir Pn (z) polinomlar dizisi vard¬r (Lax, 2002). 19 3:1: J Operatörünün Komutantlar¬ sabit kompleks bir say¬ olmak üzere, D basit ba¼ glant¬l¬ bölgesi C kompleks uzay¬nda z0 = noktas¬na göre y¬ld¬z şekilli bir bölge olsun. D deki tek de¼ gerli analitik fonksi-yonlar¬n uzay¬A(D) olsun. Bu uzay, kompakt yak¬nsakl¬g¼a sahip topolojik bir uzayd¬r. A(D) uzay¬üzerindeki J integral operatörü her f 2 A(D) için, (J f )(z) = Zz f (t)dt şeklinde tan¬mlan¬r. Şimdi A(D) uzay¬nda, J operatörünün komutantlar¬n¬ifade edelim. J opera0 törünün komutant¬T olmak üzere, fJ g = fT : T J = J T g şeklinde tan¬mlan¬r. Her f 2 A(D) için bu eşitlik sa¼ glan¬r. O halde k 0 olmak üzere f = z k için, T J zk = J T zk olur. Böylece, Zz tk+1 z z k+1 T J z k = T ( tk dt) = T ( j) = T ( k+1 k+1 k+1 k+1 )= T z k+1 k+1 k+1 T1 k+1 elde edilir. k+1 T z k+1 k+1 T1 = J T zk k+1 eşitli¼ ginde her iki taraf¬k + 1 ile çarparsak, T z k+1 bulunur. Yani her k k+1 T 1 = (k + 1)J T z k 0 için, T z k+1 = k+1 T 1 + (k + 1)J T z k 20 (3.1) elde edilir. Buradan tümevar¬m metodu ile, T zk = k X k! s s! s=0 Jk s ! (3.2) T1 eşitli¼ gi elde edilir. Bu ifadenin do¼ gru oldu¼ gunu gösterelim. k = 1 için Tz = T1 + J T1 eşitli¼ ginin do¼ gru oldu¼ gu (3:1) denkleminden görülür. k = n için, T zn = n X n! s! s=0 s Jn ! s (3.3) T1 eşitli¼ ginin do¼ gru oldu¼ gunu kabul edelim. k = n + 1 için, n+1 X (n + 1)! T z n+1 = s s! s=0 J n+1 s ! (3.4) T1 eşitli¼ ginin do¼ gru oldu¼ gunu göstermeye çal¬şal¬m. (3:1) eşitli¼ ginden, T z n+1 = n+1 T 1 + (n + 1)J T z n oldu¼ gunu biliyoruz. Burada T z n ifadesi yerine (3:3) eşitli¼ gini yazarsak, T z n+1 = = n+1 n+1 T 1 + (n + 1)J T1 + n+1 X (n + 1)! s=0 s! s=0 n X (n + 1)! s=0 = n X n! s s! s! J n+1 s ! s s Jn J n+1 s s ! ! T1 T1 T1 bulunur. Böylece (3:4) eşitli¼ ginin do¼ grulu¼ gu gösterilmiş olur. (3:2) eşitli¼ gindeki J k s T 1 ifadesini hesaplamak amac¬yla (J f ) operatörünün m: 21 kuvvetini bulal¬m. (J f )(z) = dir. Zz f (t)dt Zz Zz Zt (J f )(z) = J (J f (z)) = J ( f (t)dt) = ( f ( )d )dt 2 Rt u = f ( )d ve dv = dt olmak üzere k¬smi integrasyon metodu ile, Zt 2 (J f )(z) = = z Zz z f ( )d t j Zz Zz f (t)dt tf (t)dt = z tf (t)dt = Zz Zt Zz f ( )d (z tf (t)dt t)f (t)dt elde edilir. Benzer şekilde, k¬smi integrasyon metodunun tekrarlanmas¬yla, Zz Zt (J 3 f )(z) = [ (t t2 = 2 Zt z2 = 2 = Zz Zz )f ( )d ]dt = Zz z f ( )d j f (t)dt z2 ( 2 t2 2 Zz Zz Zt (t f ( )d )dt Zt z [t f ( )d j t2 f (t)dt 2 t2 f (t)dt 2 2 z Zz 2t + t )f (t)dt = Zz Zt ( f ( )d )dt Zz tf (t)dt + Zz Zz f (t)dt t)2 (z 2! t2 f (t)dt] t2 f (t)dt şeklinde olur. Tümevar¬m metodunun uygulanmas¬yla, (J f ) operatörünün m: kuvveti, m (J f )(z) = Zz (z t)m 1 f (t)dt (m 1)! (3.5) şeklinde hesaplan¬r. Böylece (3:2) eşitli¼ gindeki J k s T 1 operatörünü (3:5) for- 22 mülünü kullanarak ifade edersek, J k sT 1 = Zz t)k s 1 T 1dt s 1)! (z (k olur ve (3:2) formülü, T zk = k X k! s=0 s s! Zz t)k s 1 T 1dt s 1)! (z (k olarak elde edilir. Eşitlik s = k için aç¬k yaz¬ld¬g¼¬nda, k Tz = k T1 + k 1 X k! s s! s=0 Zz (z (k t)k s 1 T 1dt s 1)! (3.6) bulunur. Binom aç¬l¬m¬ndan, k 1 X k(k 1)! s!(k s 1)! s=0 s t)k (z s 1 = (z + t)k 1 oldu¼ gu gözönünde bulundurulursa, her (k = 0; 1; :::) için, k Tz = k T1 + k Zz (z + t)k 1 T 1dt (3.7) elde edilir. (n) (n) (n) c0 ; c1 ; :::; cn ; ::: kompleks say¬lar olmak üzere, (3:7) eşitli¼ gini k = 0; 1; 2; :::; n; ::: 23 (n) (n) (n) için aç¬k yaz¬p ve s¬ras¬yla c0 ; c1 ; :::; cn ; ::: say¬lar¬yla çarpal¬m. (n) (n) k = 0 için c0 T 1 = c0 T 1 + 0 k = 1 için (n) c1 T z k = 2 için (n) c2 T z 2 = (n) c1 = T1 + (n) c2 (n) 2 (n) k = 3 için c3 T z 3 = c3 3 (n) c1 T1 + Zz t)0 T 1dt (z + (n) 2c2 (n) T 1 + 3c3 Zz (z + t)T 1dt Zz (z + t)2 T 1dt .. . Bu ifadeler taraf tarafa topland¬g¼¬nda, (n) (n) (n) (n) (n) T c0 1 + c1 z + ::: + cn z n + ::: = c0 1 + c1 z (n) R (n) + c1 + 2c2 (n) z (n) R (z + t)dt + ::: + ncn n + ::: + cn (z + + ::: T 1 t)n 1 dt T 1 elde edilir. Runge Teoreminden, (n) (n) (n) n c0 1 + c1 z + c2 z 2 + ::: + c(n) n z + ::: polinom dizisi D nin herhangi bir kompakt alt kümesinde f de¼ gerine düzgün yak¬nsar. Böylece, (n) (n) (n) n lim (c0 1 + c1 z + c2 z 2 + ::: + c(n) n z + :::) = f (z) n!1 olarak ifade edilir. Benzer şekilde, (n) (n) lim (c0 1 + c1 n!1 (n) + c2 2 + ::: + c(n) n n + :::) = f ( ) d¬r. Türev operatörünün A(D) üzerinde sürekli oldu¼ gu gözönünde bulundurul- 24 du¼ gunda, (3:7) ifadesi, T f (z) = f ( )T 1 + Zz 0 f (z + t)T 1dt şeklinde yaz¬labilir. '(z) 2 A(D) olmak üzere ' = T 1 denilirse, (T f )(z) = f ( )'(z) + Zz 0 '(z)f (z + t)dt olur. Konvolüsyon çarp¬m¬n¬n de¼ gişme özelli¼ ginden, (T f )(z) = '( )f (z) + Zz 0 ' (z + (3.8) t)f (t)dt yaz¬labilir. Dolay¬s¬yla, J operatörünün (3:8) eşitli¼ gi ile ifade edilebilen T komutant¬için bir ' 2 A(D) fonksiyonu vard¬r. Tersine, ' 2 A(D) herhangi bir fonksiyon olmak üzere, A(D) uzay¬nda J integral operatörünün T komutant¬(3:8) formülü ile tan¬mlan¬r ve T operatörü süreklidir. f 2 A(D) olmak üzere, A(D) topolojik uzay¬üzerindeki yar¬norm, p(f ) = max jf (z)j z2K D şeklinde ifade edilir. T komutant operatörünün süreklili¼ gini göstermek için bu yar¬norm tan¬m¬kullan¬l¬r. p(T f ) = max j(T f )(z)j = max '( )f (z) + z2K D z2K j'( )j max jf (z)j + z2K Zz 0 ' (z + Zz 0 ' (z + t)f (t)dt t) jf (t)j jdtj 0 j'( )j + max ' (t) d(K) max jf (z)j t2K bulunur. Burada K, D bölgesinde z2K noktas¬n¬içeren kompakt bir küme ve d(K) 25 da bu kümenin çap¬d¬r. c > 0 bir sabit olmak üzere, p(T f ) c p(f ) eşitsizli¼ gi sa¼ glan¬r. Bu da T nin süreklili¼ gini gösterir. Dolay¬s¬yla aşa¼ g¬daki teorem ispatlanm¬ş olur. Teorem 3.1.1. A(D) uzay¬nda J operatörünün komutant¬n¬n T olmas¬ için gerek ve yeter koşul ' 2 A(D) bir fonksiyon olmak üzere her f 2 A(D) için, (T f )(z) = '( )f (z) + Zz 0 ' (z + t)f (t)dt olmas¬d¬r. Sonuç 3.1.2. ' 2 A(D) olmak üzere, J operatörünün T 1 = '(z) olacak şekilde bir tek T komutant¬mevcuttur. I·spat: Kabul edelim ki J operatörünün T1 ve T2 gibi iki tane komutant¬mevcut 0 olsun. Yani T1 , T2 2 fJ g olmak üzere, T1 1 = '(z) ve T2 1 = '(z) olsun. Bu ifadeleri taraf tarafa ç¬kard¬g¼¬m¬zda, T1 (T1 T2 )1 = 0 bulunur. (3:8) eşitli¼ ginde, f 2 A(D) olmak üzere T yerine T1 (T1 bulunur. Böylece, T1 0 T2 2 fJ g olur ve T2 )f (z) = Zz T2 al¬n¬rsa, 0 0 =0 T2 = 0 olup, T1 = T2 dir. Yani J operatörünün bir tek T komutant¬vard¬r. Sonuç 3.1.3. J operatörünün komutant¬n¬n s¬f¬r olmas¬(T = 0) için gerek ve yeter koşul T 1 in s¬f¬r olmas¬d¬r. 26 3:2: A(D) Uzay¬n¬n I·zomor…zmleri Bu k¬s¬mda, J integral operatörünün komutant¬ olan T operatörünün hangi koşulda terse sahip oldu¼ gu bulunup, bu koşul alt¬nda, '( )x(z) + Zz 0 ' (z + t)x(t)dt = g(z) denkleminin tek bir çözümü oldu¼ gu gösterildi. Şimdi T operatörünü iki operatörün toplam¬şeklinde yaz¬p tersini araşt¬ral¬m. 0 (3:8) eşitli¼ gini, '( ) = 1 ve ' = 2 A(D) seçerek, her f 2 A(D) için, (T f )(z) = f (z) + Zz (z + t)f (t)dt = (E + L)f (z) şeklinde yazabiliriz. Burada E; A(D) uzay¬nda birim operatör ve (Lf )(z) = Zz (z + t)f (t)dt dir. Amac¬m¬z E + L operatörünün terse sahip oldu¼ gunu göstermektir. Yani, (E + L) 1 = 1 X ( 1)n Ln n=0 oldu¼ gunu gösterece¼ giz. Önce, noktas¬n¬ içeren D bölgesindeki K kompakt kümesi için, her z 2 K olmak üzere, n j(Ln f )(z)j max j (t)j t2K max jf (t)j t2K )n (z n! (3.9) eşitsizli¼ ginin sa¼ gland¬g¼¬n¬gösterelim. Bunun için tümevar¬m metodunu kullanaca¼ g¬z. 27 n = 1 için, tan¬mdan Zz j(Lf )(z)j = Zz (z + t)f (t)dt j (z + t)j jf (t)j jdtj max j (t)j max jf (t)j t2K t2K Zz jdtj = max j (t)j max jf (t)j jz t2K j t2K oldu¼ gu görülür. n=m 1 için do¼ gru oldu¼ gunu kabul edelim. m 1 (Lm 1 f )(z) max jf (t)j max j (t)j t2K t2K jz jm 1 (m 1)! (3.10) n = m için do¼ gru oldu¼ gunu gösterelim. Bunun için (3:10) ifadesini kullanal¬m. j(Lm f )(z)j = Zz (z + t)(Lm 1 f )(t)dt m max j (t)j max jf (t)j t2K t2K m = elde edilir. Burada t 1 (m 1)! Zz max j (t)j max jf (t)j t2K t2K 1 (m 1)! jz jm m! Zz jm jt 1 dt 2 [ ; z] oldu¼ gundan, jt m 1 j dt = 1 (m 1 1)! m Zz d jt jm = jz m! jm dir. Dolay¬s¬yla (3:9) eşitsizli¼ gi ispatlanm¬ş oldu. Böylece A(D) üzerindeki yar¬ norm p olmak üzere, p(Ln f ) Ck p(f ) 28 (3.11) şeklinde ifade edilir. Ln operatörü süreklidir. Ln sürekli operatörü ( 1)n sabiti ile çarp¬ld¬g¼¬nda yine sürekli olacakt¬r. (3:9) eşitsizli¼ gini n = 0; 1; 2; ::: için yazarak, 1 X ( 1)n ile çarp¬p taraf tarafa toplad¬g¼¬m¬zda ( 1)n Ln serisi elde edilir. Bun=0 radan, (3:11) eşitsizli¼ gini kullanarak, " 1 X p( ( 1)n Ln f ) n=0 Ck 1 X n ( 1)n n=0 n! # p(f ) (Ck e )p(f ) şeklinde hesaplan¬r. Burada 1 X n n ( 1) n=0 1 X n ( 1)n n=0 dir. Dolay¬s¬yla 1 X serisi yak¬nsak bir seridir ve n! n! =e ( 1)n Ln f serisi yak¬nsak olup, sürekli lineer bir operatör n=0 belirler. 1 1 X X n n ( 1)n Ln (E + L) = I (E + L) ( 1) L = n=0 n=0 eşitli¼ ginin sa¼ glanmas¬E+L nin terse sahip bir operatör oldu¼ gunu gösterir. Dolay¬s¬yla T operatörü de terse sahiptir. Teorem 3.2.1. J operatörünün komutant¬ olan T nin, A(D) de izomor…zm olmas¬için gerek ve yeter koşul '( ) = (T 1) jz= 6= 0 iken, T nin (3:8) eşitli¼ gini sa¼ glamas¬d¬r. Sonuç 3.2.2. ' 2 A(D), '( ) 6= 0 için, A(D) uzay¬nda, T 1 = '(z) olacak şekilde bir tek T izomor…zmi vard¬r. Sonuç 3.2.3. '; g 2 A(D) olsun. '( ) 6= 0 ise, '( )x(z) + Zz 0 ' (z + 29 t)x(t)dt = g(z) (3.12) denkleminin A(D) de çözümü var ve tekdir (Nagnibida, 1981). I·spat: '( ) 6= 0 olmak üzere, (3:12) denkleminin sol taraf¬E + L biçiminde ifade edilirse ('( )E + L' )x = g olur. ('( )E + L' ) terse sahip oldu¼ gundan her iki taraf¬bu operatörün tersi ile çarparsak, x(z) = ('( )E + L' ) 1 g elde edilir. Böylece çözüm x(z) = 1 X ( 1)n Ln' n=0 şeklinde ifade edilir ve bu tekdir. 30 ! g 4: I·NTEGRO DI·FERENSI·YEL DENKLEM SI·STEMI·NI·N ÇÖZÜMÜ Bu bölümde, -Duhamel çarp¬m¬n¬n tan¬m¬verilmiş ve bu tan¬m¬n kullan¬lmas¬ ile ifade edilen Zz n X d fij (z + dz j=1 t) xj (t) dt = gi (z) (i = 1; 2; :::; n) integro-diferensiyel denklem sisteminin çözülebilirli¼ gi incelenmiştir. D basit ba¼ glant¬l¬ bölgesi C kompleks uzay¬nda z0 = noktas¬na göre y¬ld¬z şekilli bir bölge olsun. D deki tek de¼ gerli analitik fonksiyonlar¬n uzay¬olan A(D), kompakt yak¬nsakl¬g¼a sahip topolojik bir uzayd¬r. Tan¬m 4.1. f; g 2 A(D) için, d (f ~ g)(z) = dz = Zz ifadesine f ve g fonksiyonlar¬n¬n Zz f (z + f 0 (z + t)g(t)dt (4.1) t)g(t)dt + f ( )g(z) -Duhamel çarp¬m¬ denir ve ~ ile gösterilir (Nagnibida, 1981). Burada integralin de¼ gişkeni olan t, z ve üze-rindedir ve (z + noktalar¬n¬ birleştiren do¼ gru parças¬ t) 2 D noktas¬da ayn¬do¼ gru parças¬üzerinde yer al¬r. f; g 2 A(D) oldu¼ gunda f ~ g 2 A(D) olup, A(D) uzay¬, -Duhamel çarp¬m¬na göre bir cebirdir. A(D) uzay¬ üzerindeki üzere, g 2 A(D) için, -Duhamel çarp¬m¬ kavram¬n¬ Df; bir operatör olmak Df; g = f ~ g olarak ifade edebiliriz. 31 Ayr¬ca A(D) uzay¬ndaki integral operatörünün f 2 A(D) olmak üzere, (J f ) (z) = Zz f (t)dt şeklinde ifade edildi¼ gini biliyoruz. Bu kavramlar ¬ş¬g¼¬nda Nagnibida’n¬n çal¬şmas¬ndaki Teorem 3:1:1 ve Sonuç 3:2:3 ün ifadesini tekrar ele alal¬m. Her '; f 2 A(D) olmak üzere, T nin J operatörünün komutant¬ olmas¬ için aşa¼ g¬daki eşitli¼ gi sa¼ glamas¬gerekti¼ ginden söz etmiştik. (T f )(z) = '( )f (z) + Bu eşitlik, Zz 0 ' (z + t)f (t)dt -Duhamel çarp¬m¬ tan¬m¬ gözönüne al¬nd¬g¼¬nda T = D'; olmak üzere, D'; f = ' ~ f d = dz Zz '(z + = '( )f (z) + şeklinde yaz¬labilir. Böylece, J t)f (t)dt Zz 0 ' (z + t)f (t)dt operatörünün komutant¬ D'; Duhamel operatörü ile ifade edilebilir. O zaman, Sonuç 3:2:3 aşa¼ g¬daki şekli ile ele al¬n¬r. '; g 2 A(D) olmak üzere '( ) 6= 0 oldu¼ gunda, '~x=g denkleminin çözümü vard¬r ve tekdir. 32 biçiminde - Biz burada, Nagnibida’n¬n bu sonucunu aşa¼ g¬da verilen integro-diferensiyel denklem sistemi için benzer sonuçlar¬ispatlayarak genelleştirece¼ giz. fi;j 2 A(D), (i; j = 1; 2; :::; n) ve gi 2 A(D) olmak üzere, f11 (z) ~ x1 (z) + f12 (z) ~ x2 (z) + : : : + f1n (z) ~ xn (z) = g1 (z) f21 (z) ~ x1 (z) + f22 (z) ~ x2 (z) + : : : + f2n (z) ~ xn (z) = g2 (z) .. .. .. .. . . . . fn1 (z) ~ x1 (z) + fn2 (z) ~ x2 (z) + : : : + fnn (z) ~ xn (z) = gn (z) integro-diferensiyel denklem sistemini gözönünde bulundural¬m. Uygun şart- lar alt¬nda bu sistemin çözümünün varl¬g¼¬n¬ve tekli¼ gini ispatlamaya çal¬şaca¼ g¬z. Bu sistem -Duhamel çarp¬m¬n¬n tan¬m¬kullan¬larak, i = 1; 2; :::; n olmak üzere, Zz n X d fij (z + dz j=1 t) xj (t) dt = gi (z) şeklinde de ifade edilebilir. Önce baz¬temel tan¬mlar¬hat¬rlayal¬m. Tan¬m 4.2. A = (aij )n n kare matrisinde, bir aij eleman¬n¬n bulundu¼ gu i: sat¬r ile j: sütunun ç¬kar¬lmas¬yla elde edilen (n 1): mertebeden alt kare matrisin determinant¬na, A matrisinin aij eleman¬n¬n minörü denir ve genellikle Mij ile gösterilir. A = (aij )n n matrisinde bir aij eleman¬n¬n minörü olan Mij nin ( 1)i+j ile çarp¬l- mas¬yla elde edilen say¬ya, aij eleman¬n¬n işaretli minörü ya da kofaktörü denir ve Aij = ( 1)i+j Mij şeklinde ifade edilir (Kuiper, 1962). Tan¬m 4.3. A, n n tipinde bir kare matris olsun. A matrisinin aij elemanlar¬ yerine bu elemanlar¬n Aij kofaktörleri yaz¬larak elde edilen matrisin transpozesine A mat-risinin ek matrisi ya da adjoint matrisi denir. EkA veya Adj(A) ile gösterilir (Kuiper, 1962). Tan¬m 4.4. A, n n tipinde bir matris olsun. Adj(A)A = AAdj(A) = det(A)I 33 olmak üzere, det(A) 6= 0 ise A matrisinin tersi A 1 = 1 Adj(A) det(A) d¬r (Kuiper, 1962). Tan¬m 4.5. a11 x1 + a12 x2 + ::: + a1n xn = b1 a21 x1 + a22 x2 + ::: + a2n xn = b2 .. .. . . an1 x1 + an2 x2 + ::: + ann xn = bn sistemi verilsin. Sistemin katsay¬lar matrisi A olmak üzere det(A) 6= 0 ise sistemin bir tek çözümü vard¬r ve bu çözüm, jAi j, A matrisinin i: sütunu yerine b = (b1 ; b2 ; :::; bn )> vektörünün yaz¬lmas¬yla elde edilen matrisin determinant¬olmak üzere, xi = jAi j ; jAj i = 1; 2; :::; n şeklindedir (Kuiper, 1962). Teorem 4.6. F (z) = (fij (z))ni;j=1 ve G(z) = (gi )ni=1 2 A(D) olmak üzere, f11 (z) ~ x1 (z) + f12 (z) ~ x2 (z) + : : : + f1n (z) ~ xn (z) = g1 (z) f21 (z) ~ x1 (z) + f22 (z) ~ x2 (z) + : : : + f2n (z) ~ xn (z) = g2 (z) .. .. .. .. . . . . fn1 (z) ~ x1 (z) + fn2 (z) ~ x2 (z) + : : : + fnn (z) ~ xn (z) = gn (z) (4.2) sisteminin A(D) de çözümünün var ve tek olmas¬için gerek ve yeter koşul 0 1 f (z) f12 (z) ::: f1n (z) B 11 C B C B f21 (z) f22 (z) ::: f2n (z) C C ~- det B B C .. .. .. .. B C . . . . A @ fn1 (z) fn2 (z) : : : fnn (z) olmas¬d¬r. 34 6= 0 z= Burada F (z) nin -Duhamel çarp¬m¬na göre hesaplanan determinant¬"F (z) nin ~-determinant¬" olarak ifade edilmiş ve ~-det(F (z)) ile gösterilmiştir. 0 f11 (z) f12 (z) ::: f1n (z) 1 C B C B B f21 (z) f22 (z) ::: f2n (z) C C katsay¬lar matrisi olmak üzere, I·spat: F (z) = B C B .. .. .. .. C B . . . . A @ fn1 (z) fn2 (z) : : : fnn (z) (4:2) sistemi 0 1 0 1 x (z) g (z) B 1 C B 1 C B C B C B x2 (z) C B g2 (z) C C B C F (z) ~ B (4.3) B .. C = B .. C B . C B . C @ A @ A xn (z) gn (z) şeklinde yaz¬labilir. (4:3) sisteminin A(D) uzay¬nda çözülebilir olmas¬için, F (z) matrisinin -Duhamel çarp¬m¬anlam¬nda tersinebilir olmas¬gerekir. Böylece aşa¼ g¬daki iddiay¬ispatlamak yeterlidir. F (z) nin ~-tersinebilir olmas¬için gerekli ve yeterli koşul ~- det(F (z)) jz= 6= 0 olmas¬d¬r. Kabul edelim ki F (z), ~-tersinebilir olsun. Bu takdirde, H(z) = (hij (z))ni;j=1 , n n tipinde bir matris olmak üzere, F (z) ~ H(z) = H(z) ~ F (z) = I 35 olacak şekilde bir H(z) matrisi mevcuttur. 0 B B B F (z) ~ H(z) = I = B B B @ 1 0 0 0 .. . 0 .. . 1 .. . .. . 0 0 1 C C C C C C A 1 ifadesinde her iki taraf¬n ~-determinant¬n¬alal¬m. 0 B B B ~- det(F (z) ~ H(z)) = ~- det B B B @ 1 0 0 .. . 0 1 .. . 0 .. . .. . 0 0 1 1 C C C C C C A (4.4) Klasik teoride, A ve B gibi iki matrisin çarp¬mlar¬n¬n determinant¬n¬n, determinantlar¬n¬n çarp¬m¬na eşit oldu¼ gunu biliyoruz. det(AB) = det(A) det(B) dir. Bu ifadenin ~-çarp¬m¬için de do¼ gru oldu¼ gu kolayca gösterilebilir. Yani, ~- det(F (z) ~ H(z)) = (~- det F (z) )~ (~- det H(z)) dir. Bu eşitli¼ gi (4:4) ifadesinde yerine yazarsak, 0 B B B (~- det F (z)) ~ (~- det H(z)) = ~- det B B B @ 1 0 0 .. . 1 .. . 0 0 = 1 ~ 1 ~ 1::: ~ 1 = 1 36 0 .. . 0 .. . 1 1 C C C C C C A bulunur. Buradan (~ det F (z)) jz= 6= 0 oldu¼ gu görülür. Tersine, kabul edelim ki (~-det F (z)) jz= 6= 0 olsun. -Duhamel çarp¬m¬na göre, F (z) katsay¬lar matrisinin adjoint (ek) matrisi, 0 F11 (z) F12 (z) ::: F1n (z) B B B F21 (z) F22 (z) ::: F2n (z) c Adj(F (z)) = F (z) = B B .. .. .. .. B . . . . @ Fn1 (z) Fn2 (z) ::: Fnn (z) 1 C C C C C C A şeklinde ifade edilir. Fij (z), fij eleman¬n¬n kofaktörü olup, Fij = ( 1)i+j Mij eşitli¼ gi ile ifade edilir. Mij ise fij eleman¬n¬n ~-minörüdür. ~-det F (z) 2 A(D) ve (~-det F (z)) jz= 6= 0 oldu¼ gundan, Nagnibida’n¬n üçüncü bölüm-de söz etti¼ gimiz sonucunu kullanarak (Nagnibida, 1981), ~-det F (z) fonksiyonunun (A(D); ~) cebirinde, ~-tersinebilir oldu¼ gunu söyleyebiliriz. ~-det F (z) 1~ fonksiyonunun tersini ~- det F (z) ile gösterelim. O zaman, F (z) matrisi ~-tersinebilirdir ve bu ters matris 1~ ~- det F (z) F c (z) şeklinde ifade edilebilir. Böylece, homogen olmayan lineer denklem sistemlerinin çözümünde kullan¬lan Cramer metodunun uygulanmas¬ile, (4:2) sisteminin bir tek çözümü vard¬r ve bu 37 çözüm, 0 x1 (z) B B B x2 (z) B B .. B . @ xn (z) 1 C C C C= C C A 1~ ~- det F (z) şeklinde ifade edilebilir. (4:2) sistemini 0 g1 (z) B B B g2 (z) c F (z) ~ B B .. B . @ gn (z) 1 C C C C C C A = 0 olmas¬ durumunda düşünelim. Bu durumda Duhamel çarp¬m¬n¬n, d (f ~ g)(z) = dz Zz f (z t)g(t)dt 0 şeklinde ifade edildi¼ gini biliyoruz. = 0 olsun ve bu nokta D bölgesinin s¬n¬r noktas¬ olsun. Yani 0 2 @D dir. Böylece aşa¼ g¬daki lemma verilebilir. Lemma 4.7. f 2 A(D) ve lim f (z) 6= 0 olmak üzere, f ~ g = 1 olacak şekilde z!0 z2D g 2 A(D) mevcuttur. Lemman¬n ispat¬, Wigley (1974) in çal¬şmas¬n¬n bir sonucu oldu¼ gundan verilmemiştir. Teorem 4.6 gözönüne al¬narak, Lemma 4.7 nin bir sonucu aşa¼ g¬daki şekilde ifade edilmiştir. Teorem 4.8. = 0 ve 0 2 @D olsun. D orjine göre y¬ld¬z şekilli bir bölge olmak üzere, Teorem 4.6 n¬n bütün şartlar¬n¬n sa¼ gland¬g¼¬n¬kabul edelim. d (f ~ g)(z) = dz Zz f (z t)g(t)dt 0 Duhamel çarp¬ml¬ (4:2) sisteminin çözümünün var ve tek olmas¬ için gerekli ve yeterli koşul 0 B B lim ~ - det B z!0 @ z2D olmas¬d¬r. f11 (z) .. . f1n (z) C .. C 6 0 C= . A fn1 (z) : : : fnn (z) 38 ::: .. . 1 5. KAYNAKLAR Conway, J.B., 2000. A Course in Operator American Mathematical Society, 372p. U.S.A. Dimovski, I., 1990. Convolutional Calculus. Kluwer Academic Publishers, 184p. Dordrecht. Dunford, N., Schwartz, J.T., 1966. Linear Operators. Part I. Interscience, 858p. New York. Freese, R.W., Cho, Y.J., 2001. Geometry of Linear 2-Normed Spaces. Nova Science Publishers, 299p. New York. Gürdal, M., 2009. Description of Extended Eigenvalues and Extended Eigenvec tors of Integration Operator on the Wiener Algebra. Expositiones Mathematicae, 27, 2, 153-160. Karaev, M.T., Tuna, H., 2004. Description of Maximal Ideal Space of Some Ba nach Algebra with Multiplication as Duhamel Product. Complex Variab les, 49, 6, 449-457. Karaev, M.T., Saltan, S., 2005. A Banach Algebra Structure for the Wiener Algeb ra W (D) of the Disc. Complex Variables: Theory and Applications, 50, 299-305. Karaev, M.T., 2005. Some Applications of the Duhamel Product. Journal of Mathematical Sciences, 129, 4, 4009-4017. Krabbe, G., 1970. Operational Calculus. Springer-Verlag, 349p. New York. Kreyszig, E., 1989. Introductory Functional Analysis with Applications. Wiley Classics Library Edition, 688p. New York. Kuiper, N.H., 1962. Linear Algebra and Geometry. North-Holland Publishing Company, 285p. Amsterdam. 39 Lax, P.D., 2002. Functional Analysis. Wiley-Interscience, 578p. Canada. Merry…eld, K.G., Watson, S., 1991. A Local Algebra Structure for H p of the Poly disc. Colloqium Mathematicum, 62, 73-79. Mikusinski, J., 1956. Operational Calculus. Pergemon Press, 495p. Oxford Warszawa. Nagnibida, N.I., 1981. Description of Commutants of Integration Operator in Analytic Spaces. Sibirskii Matematicheskii Zhurnal, 22, 5, 125-131. Nagnibida, N.I., 1984. Operators Commuting with the Multiple Integration in the Space of Analytic Functions. Sibirskii Matematicheskii Zhurnal, 27, 2, 255-262. Rudin, W., 1987. Real and Complex Analysis. McGraw-Hill, 412p. New York. Rudin, W., 1991. Functional Analysis. McGraw-Hill, 423p. New York. Tkachenko, V.A., 1979. Operators that Commute with Generalized Integration in Spaces of Analytic Functionals. Mathematical Zametki, 25, 2, 271-282. Yosida, K., 1980. Functional Analysis. Springer-Verlag, 501p. New York. Wigley, N.M., 1974. The Duhamel Product of Analytic Functions. Duke Mathematical Journal, 41, 211-217. Wigley, N.M., 1975. A Banach Algebra Structure for H p . Canadian Mathematical Bulletin., 18, 597-603. 40 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Sevim Acar Doğum Yeri ve Yılı : ANTALYA 1985 Medeni Hali : Bekar Yabancı Dili : İngilizce Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lise : Kumluca Anadolu Lisesi 1999-2002 Lisans : Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Matematik Bölümü 2003-2007 Yüksek Lisans : Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Matematik Bölümü 2007-… Yayınları (SCI ve diğer makaleler) Saltan, S. and Acar, S., “On the Solvability of Some System of Integro-Differential Equations” XXII. Ulusal Matematik Sempozyumu, 31 Ağustos-3 Eylül 2009, İzmir. 41