Αρµονική Ανάλυση ( ) Φυλλάδιο Ασκήσεων 3

Σχετικά έγγραφα
Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Το ϑεώρηµα παρεµβολής του Riesz και η ανισότητα Hausdorff-Young. Απόστολος Γιαννόπουλος.

L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier

Συναρτησιακή Ανάλυση, μεταπτυχιακό μάθημα

Θεωρία Τελεστών. Ενότητα: Χώροι µε νόρµα - Χώροι Hilbert. Αριστείδης Κατάβολος. Τµήµα Μαθηµατικών

Η ϐέλτιστη σταθερά στην ανισότητα Hausdorff-Young

Παράρτηµα Β. Στοιχεία Θεωρίας Τελεστών και Συναρτησιακής Ανάλυσης [ ) ( )

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Συναρτησιακή Ανάλυση, μεταπτυχιακό μάθημα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2009 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

π B = B και άρα η π είναι ανοικτή απεικόνιση.

n a n = 2. Θεωρούµε τα σύνολα a n = n2 n n 2 + n 1. n a n = a > 0, δείξτε ότι a n > 0 τελικά.

n = r J n,r J n,s = J

ι3.4 Παραδείγματα T ) έχει την ιδιότητα Heine-Borel, αν κάθε κλειστό και φραγμένο υποσύνολό του είναι συμπαγές.

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

4 Ασθενείς τοπολογίες σε χώρους με νόρμα. 4.1 θεωρήματα Mazur, Alaoglou, Goldstine.

Ασκήσεις για το µάθηµα «Ανάλυση Ι και Εφαρµογές» (ε) Κάθε συγκλίνουσα ακολουθία άρρητων αριθµών συγκλίνει σε άρρητο αριθµό.

Παράρτηµα Α. Στοιχεία θεωρίας µέτρου και ολοκλήρωσης.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ. Εισαγωγικές εξετάσεις για το Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα - Μέρος 2ο

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Riemann και ολοκλήρωµα Lebesgue - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

(s n (f)) g = s n (f g) = f (s n (g)). s n (f) g = (f D n ) g = f (D n g) = f (g D n ) = f s n (g). K n (x)g δ (x) dx. K n (x) dx.

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Μετασχηµατισµός Fourier. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

= f(x) για κάθε x R.

Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα

Πραγµατική Ανάλυση ( ) Ασκήσεις - Κεφάλαιο 3

Σηµειώσεις. Eφαρµοσµένα Μαθηµατικά Ι. Nικόλαος Aτρέας


Χώροι L p. Κεφάλαιο Χώροι L p. L p (E) όλων των µετρήσιµων συναρτήσεων f : E [, ] για τις οποίες

B = F i. (X \ F i ) = i I

4.2 Αυτοπάθεια και ασθενής συμπάγεια * * X, x X, είναι επί του. X. Σημειώνουμε ότι υπάρχουν παραδείγματα μη

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Lebesgue - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Λύσεις Θεμάτων Εξέτασης Ιούνη 2019

Λύσεις στην Συναρτησιακή Ανάλυση Κανονική εξεταστική 2009 (μπορεί να περιέχουν λάθη)

1 Το ϑεώρηµα του Rademacher

1 1 + nx. f n (x) = nx 1 + n 2 x 2. x2n 1 + x 2n

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

convk. c i c i t i. c i u i c < c i φ i (F (ω)) c < ( ) c i m i < i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2008 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

2. d(x, y) = 0 x = y. 3. d(x, y) = d(y, x)

( ) = inf { (, Ρ) : Ρ διαµέριση του [, ]}

Λύσεις μερικών ασκήσεων του τρίτου φυλλαδίου.

Θεωρία μέτρου και ολοκλήρωσης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

sup(a + B) = sup A + sup B inf(a + B) = inf A + inf B.

1 + t + s t. 1 + t + s

f(f 1 (B)) f(f 1 (B)) B. X \ (f 1 (C)) = X \ f 1 (C) = f 1 (Y \ C) X \ (f 1 (C)) f 1 (Y \ C). f 1 (Y \ C) = f 1 (Y \ C ) = X \ f 1 (C ).

Θεωρία μέτρου και ολοκλήρωσης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Θεωρία Τελεστών. Ενότητα: Το ϕασµατικό ϑεώρηµα για αυτοσυζυγείς τελεστές. Αριστείδης Κατάβολος. Τµήµα Μαθηµατικών

Εισαγωγή στην Τοπολογία

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Αρμονική Ανάλυση. Τμήμα Μαθηματικών. Πανεπιστήμιο Κρήτης

Λύσεις μερικών ασκήσεων του τέταρτου φυλλαδίου.

Υπόδειξη. (α) Άµεσο αφού κάθε υποσύνολο µηδενικού συνόλου είναι µετρήσιµο.

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Χώροι L p. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Ασκήσεις. και. για κάποιο k n. ( ) BdΚ και επί πλέον το BdΚ είναι ακραίο. [Υπόδειξη Πρβλ. την άσκηση 11 της παραγράφου 3.1 για το (α)].

ΜΕΓΙΣΤΙΚΟΣ ΤΕΛΕΣΤΗΣ 18 Σεπτεμβρίου 2014

Σύγκλιση σειρών Fourier σε χώρους L p

Σημειώσεις Θεωρίας Μέτρου. Θέμης Μήτσης. Τμήμα Μαθηματικών Πανεπιστήμιο Κρήτης Ηράκλειο

Κεφάλαιο 2 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ. 2.1 Συνάρτηση

Θέματα Αρμονικής Ανάλυσης

(i) f(x, y) = xy + iy (iii) f(x, y) = e y e ix. f(z) = U(r, θ) + iv (r, θ) ; z = re iθ

Μέτρο και ολοκλήρωμα Lebesgue: Εγχειρίδιο χρήσης.

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 2: Ορισμός του ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Όταν δεν υπάρχει κίνδυνος σύγχυσης γράφουμε συνήθως ο τοπολογικός χώρος X και χρησιμοποιούμε την σύντμηση τ.χ. (= τοπολογικός χώρος).

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Ευκλείδειοι Χώροι. Ορίζουµε ως R n, όπου n N, το σύνολο όλων διατεταµένων n -άδων πραγµατικών αριθµών ( x

< 1 για κάθε k N, τότε η σειρά a k συγκλίνει. +, τότε η η σειρά a k αποκλίνει.

3.5 Το θεώρημα Hahn-Banach σε τοπολογικούς διανυσματικούς χώρους.

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L p Σύγκλιση. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

R ισούται με το μήκος του. ( πρβλ. την ιστορική σημείωση 3.27 στο τέλος

Κεφάλαιο 3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ. 3.1 Η έννοια της παραγώγου. y = f(x) f(x 0 ), = f(x 0 + x) f(x 0 )

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Ι ( )

f(x) = lim f n (t) = d(t, x n ) d(t, x) = f(t)

Απειροσ τικός Λογισμός ΙΙ Πρόχειρες Σημειώσεις Τμήμα Μαθηματικών Πανεπιστήμιο Αθηνών

Αναπαραστάσεις οµάδων και Αλγεβρες Τελεστών

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Φυλλάδιο 8

Σύγκλιση των μερικών αθροισμάτων της σειράς Fourier

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Θέματα Αρμονικής Ανάλυσης


= lim. (P QP ) n x, x. E(Ex) = lim. (P QP ) m P x = Ex, EP x = lim

Θεωρία Μέτρου και ολοκλήρωσης Ασκήσεις

ΑΠΕΙΡΟΣΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΙΙ Χειμερινό εξάμηνο Ασκήσεις 1.

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Λογισμός 3 Ασκήσεις. Μιχάλης Μαριάς Τμήμα Α.Π.Θ.

Λύσεις Εξετάσεων Φεβρουαρίου Ακ. Έτους

sup B, τότε υπάρχουν στοιχεία α A και β B µε α < β.

D 1 D, D n+1 D n, D n G n, diam(d n ) < 1 n. B := ρ(x n, x m ) diam(d m ) < 1 m.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 5 Ιουλίου 2009

Το φασματικό Θεώρημα

Δώδεκα Αποδείξεις του. Θεμελιώδους Θεωρήματος της Άλγεβρας

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ , Β= 1 y, όπου y 0. , όπου y 0.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Στοιχειώδεις τελεστές στην άλγεβρα των adjointable τελεστών σε Hilbert πρότυπα

V x, y W x, y, y συνιστούν προφανώς ένα ανοικτό

4.2 Αυτοπάθεια και ασθενής συμπάγεια * * X, x X, είναι επί του. X. Σημειώνουμε ότι υπάρχουν παραδείγματα μη

ΣΥΝΤΟΜΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΘΕΜΗΣ ΜΗΤΣΗΣ TΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΗΡΑΚΛΕΙΟ

Το ϑεώρηµα του Muntz

f (x) = l R, τότε f (x 0 ) = l. = lim (0) = lim f(x) = f(x) f(0) = xf (ξ x ). = l. Εστω ε > 0. Αφού lim f (x) = l R, υπάρχει δ > 0

Ανοικτά και κλειστά σύνολα

f (x) = l R, τότε f (x 0 ) = l.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Mεγιστικές συναρτήσεις/τελεστές

Transcript:

Αρµονική Ανάλυση (2017 2018) Φυλλάδιο Ασκήσεων 3 0. (α) Εστω f L (T). είξτε ότι σ n ( f ) f n N. (ϐ) Εστω f L (T). είξτε ότι (γ) είξτε ότι S n ( f ) f + n k=1 sin(kt) k n k= n [Υπόδειξη: Για το (γ) ϑεωρήστε την f (t) = t π για t [0,2π).] k n + 1 f (k) n N. 1 2π + 1 n N t T. 1. (α) (Κριτήριο Dirichlet) Εστω (b n ) n N ακολουθία πραγµατικών αριθµών τέτοια ώστε (i) b n 0 n N, (ii) b n b n+1 n N, και (iii) b n 0. Εστω επίσης και a n : X C, n N, ακολουθία συναρτήσεων τέτοια ώστε τα µερικά αθροίσµατα s n := n k=1 a k, n N, είναι οµοιόµορφα ϕραγµένα : υπάρχει C < + τέτοιο ώστε n k=1 a k(x) C για κάθε x X και n N. Τότε η σειρά k=1 b ka k συγκλίνει οµοιόµορφα στο X. (ϐ) είξτε ότι η σειρά k=2 sin(kt)/logk συγκλίνει για κάθε t T, αλλά δεν είναι σειρά Fourier συνάρτησης στον L 1 (T). (γ) είξτε ότι η σειρά k=2 sin(kt)/(k logk) συγκλίνει οµοιόµορφα στον T, είναι σειρά Fourier κάποιας f C(T), αλλά f / A(T). 2. Στην άσκηση αυτή ϑεωρούµε τον A(T) σαν υπόχωρο του C(T): { } A(T) = f C(T): f (n) < +. (α) είξτε ότι αν f n A(T) µε f n A(T) 1 για κάθε n N, και αν f n f οµοιόµορφα στον T (δηλαδή f n f στον C(T)), τότε f A(T). (ϐ) είξτε ότι οι υποθέσεις του (α) δεν εξασφαλίζουν ότι f n f A(T) 0. (γ) είξτε ότι υπό τις υποθέσεις του (α), αν επιπλέον υποτεθεί ότι f n A(T) f A(T), τότε f n f A(T) 0. [Υπόδειξη: Για το (ϐ) ϑεωρήστε µία f C(T) A(T).] 3. είξτε ότι για την n Z όπου 0 < b < π, έχει κανείς ότι f b A(T) και f b A(T) = 1. ( f b (t) = 1 t ) + t ( π,π], b 4. (α) Εστω f,g L 2 (T). είξτε ότι f g A(T). (Εποµένως, ειδικότερα, η f g ισούται, Lebesgueσχεδόν παντού, µε µία συνεχή συνάρτηση στον T.) (ϐ) Επαναλάβετε την άσκηση 3 υπό το πρίσµα της παρούσας άσκησης. [Υπόδειξη: Τι σχέση έχουν οι συναρτήσεις των (ii) και (iii) της άσκησης 9 του 2ου ϕυλλαδίου ;] (γ) είξτε ότι κάθε h A(T) γράφεται ως f g για κάποιες f,g L 2 (T). 1

5. είξτε ότι αν µ είναι ένα ϑετικό µέτρο Borel στον T µε µ(t) = 1, τότε µ(k) < 1 για κάθε k Z {0}, εκτός αν υπάρχουν θ T και m N τέτοια ώστε ({ 2πk + θ µ : k Z [ θ2π m, θ2π )}) + m = 1, στην οποία περίπτωση, µ(m j) = e iθ j για κάθε j Z. ηλαδή µ(k) < 1 για κάθε k Z {0}, εκτός αν το µ είναι κυρτός συνδυασµός σηµειακών µαζών µ = p k δ {(2πk+θ)/m}, k Z [ θ/2π, θ/2π+m) για κάποιο m N και θ T, µε τα p k 0 για όλα τα k Z [ θ/2π, θ/2π + m) και k p k = 1, όπου, για t T, το µέτρο δ {t} είναι το µέτρο µε δ {t} (B) = 1 αν t B και δ {t} (B) = 0 αλλιώς, για κάθε Borel σύνολο B T. 6. Το Θεώρηµα του Riesz ταυτοποιεί τον δυϊκό του χώρου Banach C(T) µε τον χώρο M(T) των µιγαδικών µέτρων Borel στον T. Κατά συνέπεια, µία ακολουθία µέτρων Borel µ n M(T), n N, συγκλίνει σε ένα µέτρο Borel µ M(T) ως προς την ασθενή τοπολογία ανν T f dµ n T f dµ για κάθε συνεχή συνάρτηση f C(T). είξτε ότι µ n µ ως προς την ασθενή τοπολογία ανν µ n (k) µ(k) για κάθε k Z και sup n N µ n < +, όπου, για ν M(T), ν είναι η νόρµα ο- λικής κύµανσης του ν, δηλαδή η νόρµα του ως ϕραγµένου γραµµικού συναρτησοειδούς του C(T): ν = inf{c > 0: T f dν C f f C(T)}, και όπου f = sup t T f (t), για f C(T), η συνήθης νόρµα του C(T). 7. Μία ακολουθία (t n ) n N στον T λέγεται οµοιόµορφα κατανεµηµένη αν, για κάθε διάστηµα I T, n 1 n j=1 1 I(t j ) λ T (I) (καθώς n ), όπου λ T (I) είναι το µήκος του I. (α) είξτε ότι µία ακολουθία (t n ) n N στον T είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένη ανν τα µέτρα µ n := n 1 n j=1 δ {t j}, n N, συγκλίνουν ασθενώς στο µέτρο (2π) 1 λ T, όπου λ T το µέτρο Lebesgue στον T. (ϐ) είξτε ότι, ισοδύναµα, η (t n ) n N είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένη στον T ανν n 1 n j=1 eit jk 0 k Z {0}. (γ) Αν α είναι άρρητος, δείξτε ότι η ακολουθία 2πnα, n N, είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένη mod 2π, δηλαδή η ακολουθία t n := 2πnα 2π nα, n N, όπου x συµβολίζει το ακέραιο µέρος του x R, είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένη στον T. [Υπόδειξη: Για το (α), αν a, b τα άκρα του διαστήµατος I, προσεγγίστε την χαρακτηριστική συνάρτηση 1 I του I από συναρτήσεις f n 1 I g n, όπου η f n = 1 στο διάστηµα µε το ίδιο κέντρο µε το I και µήκος (b a)(1 1/n), f n = 0 έξω από το I και η f n είναι της µορφής f n (x) = Ax + B σε κάθε ένα από τα δύο εναποµείναντα διαστήµατα µήκους (b a)/(2n), µε τα A,B επιλεγµένα έτσι ώστε η f n να είναι συνεχής και όµοια g n = 1 στο I, g n = 0 έξω από το διάστηµα µε το ίδιο κέντρο µε το I και µήκος b a + (2π b + a)/n, g n πάλι της µορφής g n (x) = Ax + B σε κάθε ένα από τα δύο εναποµείναντα διαστήµατα και συνεχής.] 8. Ο ϕορέας ενός πεπερασµένου ϑετικού µέτρου Borel µ στον T είναι το µικρότερο κλειστό σύνολο 1 C T για το οποίο µ(t C) = 0, και συµβολίζεται µε supp(µ). είξτε ότι αν µ πεπερασµένο ϑετικό 1 Αν µ είναι ένα ϑετικό κανονικό µέτρο Borel σε έναν τοπικά συµπαγή χώρο X, τότε η ένωση όλων των ανοικτών συνόλων που έχουν µ-µέτρο µηδέν είναι ανοικτό σύνολο και έχει µ-µέτρο µηδέν. Ο ϕορέας supp(µ) του µ είναι το συµπλήρωµα αυτού του ανοικτού συνόλου. Αν µ αυθαίρετο προσεσηµασµένο ή µιγαδικό κανονικό µέτρο Borel σε έναν τέτοιο χώρο X, ως ϕορέας του µ ορίζεται ο ϕορέας της ολικής κύµανσης µ του µ. Το αποτέλεσµα της άσκησης ισχύει για αυθαίρετα (µιγαδικά εν γένει) µέτρα µ M(T). 2

µέτρο Borel στον T, τότε ( 1 j ) + µ( j)e i jt (N ) 0 j Z N + 1 και η σύγκλιση είναι οµοιόµορφη σε κάθε κλειστό υποσύνολο του T supp(µ). t / supp(µ), 9. Ως ϕορέας µιας συνάρτησης f στο R ορίζεται το µικρότερο κλειστό σύνολο έξω από το οποίο η f είναι ταυτοτικά µηδέν, δηλαδή η κλειστή ϑήκη του συνόλου {x R: f (x) 0}. είξτε ότι αν f,g L 1 (R n ) έχουν συµπαγή ϕορέα, τότε η f g έχει συµπαγή ϕορέα. Ειδικότερα δείξτε ότι, αν f (x) = 0 για Lebesgue-σχεδόν κάθε x έξω από ένα ϕραγµένο σύνολο A και g(x) = 0 για Lebesgue-σχεδόν κάθε x έξω από ένα ϕραγµένο σύνολο B, τότε f g(x) = 0 για κάθε x έξω από ένα ϕραγµένο σύνολο. 10. Εστω 1 p,q,r που ικανοποιούν την p 1 + q 1 r 1 = 1. Αν f L p (R n ) και g L q (R n ), δείξτε ότι f g L r (R n ) και ειδικότερα ότι ισχύει η εξής ανισότητα του Young: f g r f p g q. [Υπόδειξη: Γράψτε f (y)g(x y) = f (y) a g(x y) b ( f (y) 1 a g(x y) 1 b) για κατάλληλα a,b, που ϑα υπολογίσετε, και χρησιµοποιήστε την γενικευµένη ανισότητα Hölder της άσκησης 5 του 1ου ϕυλλαδίου, για κατάλληλα p j που επίσης ϑα υπολογίσετε.] 11. Εστω G(x) := (2π) 1/2 e x2 /2, για x R. είξτε ότι Ĝ(ξ ) = e ξ 2 /2 για κάθε ξ R. Συµπεράνατε ότι Ĝ λ (ξ ) = e ξ 2 /(2λ 2), ξ R, λ > 0, για τον πυρήνα του Gauss G λ (x) := λg(λx), x R, λ > 0. [Σηµείωση: Αυτό δείχνει ότι η G, που είναι η πυκνότητα της γκαουσσιανής κατανοµής (τυπική κανονική κατανοµή), ή µέτρου του Gauss, είναι ιδιοσυνάρτηση του µετασχηµατισµού Fourier.] [Υπόδειξη: 1ος τρόπος : χρησιµοποιήστε το ϑεώρηµα του Cauchy στο ορθογώνιο µε κορυφές R, R, R+ iξ, R + iξ για την αναλυτική συνάρτηση z e z2 /2. 2ος τρόπος : χρησιµοποιώντας τον τύπο που δίνει την παράγωγο της f για µία f L 1 (R) για την οποία η x x f (x) ανήκει επίσης στον L 1 (R), και κατόπιν ολοκλήρωση κατά µέρη, γράψτε κατάλληλη διαφορική εξίσωση για την Ĝ.] 12. Εστω P(x) := π 1 (1+x 2 ) 1, x R. είξτε ότι P(ξ ) = e ξ, ξ R. Συµπεράνατε ότι P λ (ξ ) = e ξ /λ, ξ R, λ > 0, για τον πυρήνα του Poisson P λ (x) := λp(λx), x R, λ > 0. 13. είξτε ότι, για κάθε συµπαγές C R και ξ R C, υπάρχει f L 1 (R) τέτοια ώστε f C = 0 (δηλαδή f (ζ ) = 0 ζ C) και f (ξ ) 0. 14. είξτε ότι, για f C 0 (R) L 1 (R), ( lim 1 ξ ) + f (ξ )e iξ x dξ = f (x), λ R λ οµοιόµορφα στον R. [Σηµείωση: Ως συνήθως, C 0 (R) είναι ο χώρος των συνεχών συναρτήσεων επί του R για τις οποίες lim x f (x) = 0.] 15. Εστω f ϕραγµένη συνεχής συνάρτηση επί του R και {k λ : λ (0, )} πυρήνας αθροισιµότητας. είξτε ότι f k λ f καθώς λ, οµοιόµορφα πάνω στα συµπαγή υποσύνολα του R. 3

16. Εστω {k λ : λ (0, )} πυρήνας αθροισιµότητας στο R και f : R C ϕραγµένη συνεχής συνάρτηση. είξτε ότι f k λ f ασθενώς στον L (R), καθώς λ (R), δηλαδή R (k λ f )(x)h(x)dx R f (x)h(x)dx καθώς λ, για κάθε h L1 (R). 17. (Θεώρηµα Fejér στον R) Εστω f L 1 (R). (α) Αν το όριο lim h 0 [ f (x + h) + f (x h)] υπάρχει για κάποιο x R, τότε ( lim 1 ξ ) + f (ξ )e iξ x dξ = 1 λ R λ 2 lim [ f (x + h) + f (x h)]. h 0 Ειδικότερα, αν το x είναι σηµείο συνέχειας της f, τότε R (1 ξ /λ) + f (ξ )e iξ x dξ f (x), καθώς λ. (ϐ) Αν κάθε σηµείο σε ένα συµπαγές διάστηµα I = [a,b] είναι σηµείο συνέχειας της f, τότε η σύγκλιση R (1 ξ /λ)+ f (ξ )e iξ x dξ f (x), x I, καθώς λ, είναι οµοιόµορφη στο I. 18. (Θεώρηµα Lebesgue στον R) Εστω f L 1 (R) που ικανοποιεί την 1 lim h 0 h h 0 [ f (x + h) + f (x h) 2c]dh = 0 για κάποια x R και c C. Τότε ( lim 1 ξ ) + f (ξ )e iξ x dξ = c. λ R λ Συµπεράνατε ότι R (1 ξ /λ) + f (ξ )e iξ x dξ f (x), καθώς λ, Lebesgue-σχεδόν παντού. 19. Εστω f L 1 (R) η οποία είναι συνεχής στο 0 και µε f (ξ ) 0 για κάθε ξ R. είξτε ότι f L 1 ( R) και ότι f (0) = (2π) 1 R f (ξ )dξ. 20. (α) Εξετάστε αν υπάρχει f L 1 (R) τέτοια ώστε f f = f στον L 1 (R) (δηλαδή η ισότητα ισχύει Lebesgue-σχεδόν παντού στο R) και αν ναι ϐρείτε την. (ϐ) Εξετάστε αν υπάρχει f L 1 (R) τέτοια ώστε f g = g στον L 1 (R) (δηλαδή η ισότητα ισχύει Lebesgueσχεδόν παντού στο R), για κάθε g L 1 (R). [Υπόδειξη: Χρησιµοποιήστε τον µετασχηµατισµό Fourier.] 21. Υπενθυµίζεται ότι, για y R και f L 1 (R), f y συµβολίζει την συνάρτηση f y (x) := f (x y), x R, δηλαδή την µεταφορά της f κατά y. Εστω y R και f L 1 (R) και έστω g := f y f. είξτε ότι ο µετασχηµατισµός Fourier ĝ της g έχει άπειρες ϱίζες. 22. Υπολογίστε το ολοκλήρωµα + ( ) sinx 4 dx. 0 x 23. είξτε ότι υπάρχει συνάρτηση g L 1 (R), τέτοια ώστε ĝ(ξ ) > 0 για κάθε ξ > 0 και ĝ(ξ ) = 0 για ξ 0. [Υπόδειξη: Αν f (ξ ) = e ξ 1 (0, ) (ξ ), ξ R, υπολογίστε τον µετασχηµατισµό Fourier f (x) της f και κατόπιν τον µετασχηµατισµό Fourier f f (x) της f f.] 4

24. (α) είξτε ότι υπάρχει σταθερά C < +, τέτοια ώστε R sinξ dξ ξ C, ε για κάθε 0 < ε R < +. (ϐ) είξτε ότι, αν f L 1 (R) είναι περιττή συνάρτηση, και πιο συγκεκριµένα αν f (x) = f ( x) για Lebesgue-σχεδόν κάθε x R, τότε R ε f (ξ ) ξ dξ C f 1, για κάθε 0 < ε R < +. (γ) Εστω g: R R µία συνεχής περιττή συνάρτηση τέτοια ώστε g(ξ ) = lnξ για ξ 2. είξτε ότι δεν υπάρχει f L 1 (R) τέτοια ώστε f = g. Αυτό δείχνει ότι ο µετασχηµατισµός Fourier F : L 1 (R) C 0 ( R), F ( f ) = f, δεν είναι επί. 25. Για A L 1 (R), συµβολίζουµε µε A την κλειστή του ϑήκη : g A ανν, για κάθε ε > 0, υπάρχει f A τέτοια ώστε f g 1 < ε. Για f L 1 (R), έστω T f το σύνολο των (κλάσεων ισοδυναµίας) συναρτήσεων που είναι πεπερασµένοι γραµµικοί συνδυασµοί µεταφορών της f, δηλαδή (κλάσεων ισοδυναµίας) συναρτήσεων της µορφής g = c 1 f y1 + + c k f yk, όπου c 1,...,c k C και y 1,...,y k R. (α) είξτε ότι, αν f L 1 (R) και f (ξ ) = 0 για κάποιο ξ R, τότε ĝ(ξ ) = 0 για κάθε g T f. (ϐ) είξτε ότι, αν f L 1 (R) και T f = L 1 (R), τότε f (ξ ) 0 ξ R. [Σηµείωση: Ως συνήθως, f y (x) = f (x y) για x,y R και f : R C.] 26. Εστω µ M(R) κανονικό µέτρο Borel στον R. είξτε ότι 1 T µ(ξ )e iξ x (T ) dξ µ ( {x} ) x R. 2T T Ο µετασχηµατισµός Fourier ενός µέτρου µ M(R) ορίζεται ως µ(ξ ) := R e iξ x dµ(x) για ξ R και είναι καλά ορισµένος αφού ο M(R) αποτελείται από τα κανονικά µιγαδικά, και άρα πεπερασµένα, µέτρα Borel στον R. 27. (Το ανάλογο του Θεωρήµατος του Wiener για το R) Για µ M(R), δείξτε ότι 1 T µ(ξ ) 2 (T ) ( ) dξ 2T µ {x} 2. T x R { } 28. Εστω A( R) := f : f L 1 (R). Για n N, έστω επίσης Cc n ( R) ο χώρος των συναρτήσεων ϕ : R C που έχουν n συνεχείς παραγώγους και συµπαγή ϕορέα. (α) είξτε ότι κάθε ϕ C n c ( R) είναι µετασχηµατισµός Fourier ϕ = f κάποιας f L 1 (R) που ικανοποιεί την ανισότητα f (x) C x n για κάθε x R {0} και κάποια σταθερά C < + (εξαρτώµενη από την ϕ), εφόσον n > 1. Συµπεράνατε ότι η f ικανοποιεί επίσης την f (x) C (1 + x ) n για κάθε x R και κάποια σταθερά C < +. 5

(ϐ) Από το (α), κάθε δις συνεχώς διαφορίσιµη συνάρτηση µε συµπαγή ϕορέα ανήκει στην A( R). Συµπεράνατε ότι η A( R) είναι οµοιόµορφα πυκνή στην C 0 ( R), αλλά A( R) C 0 ( R). 29. (α) είξτε ότι, αν ϕ,ψ L 2 ( R), τότε ϕ ψ A( R). (ϐ) είξτε ότι A( R) = L 2 ( R) L 2 ( R), όπου L 2 ( R) L 2 ( R) := { } ϕ ψ : ϕ,ψ L 2 ( R) δηλαδή δείξτε ότι κάθε στοιχείο ϕ = f της A( R) ( f L 1 (R)) γράφεται ως f = ϕ ψ για κάποιες ϕ,ψ L 2 ( R). [Υπόδειξη: Plancherel και Parseval.] 6