Jump to content

Множитель (анализ Фурье)

(Перенаправлено из теоремы множителя Marcinkiewicz )

В анализе Фурье оператор множителя является типом линейного оператора или преобразования функций . Эти операторы действуют на функцию, изменяя его преобразование Фурье . В частности, они умножают преобразование Фурье функции на указанную функцию, известную как множитель или символ . Иногда сам оператор множителя термина сокращается просто для множителя . [ 1 ] Проще говоря, множитель изменяет частоты, связанные с любой функцией. Этот класс операторов оказывается широким: общая теория показывает, что оператор-инвариант перевода в группе , который подчиняется некоторым (очень мягким) условиям регулярности, может быть выражен в качестве оператора множителя, и, наоборот. [ 2 ] Многие знакомые операторы, такие как переводы и дифференциация , являются операторами множителя, хотя есть много более сложных примеров, таких как преобразование Гильберта .

При обработке сигнала оператор множителя называется « фильтром фильтра », а множитель является частотной характеристикой (или передаточной функции ).

В более широком контексте операторы множителя являются специальными случаями операторов спектрального множителя, которые возникают в результате функционального исчисления оператора (или семейства операторов коммутирующих). Они также являются особыми случаями псевдодифференциальных операторов , а в более общем смысле операторы Фурье . В этой области есть естественные вопросы, которые все еще открыты, такие как характеристика L п Ограниченные операторы множителя (см. Ниже).

Операторы множителя не связаны с множителями Lagrange , за исключением того, что они оба включают операцию умножения.

Необходимый фон для преобразования Фурье , см. Страницу. Дополнительный важный фон можно найти на норме оператора страниц и L п космос .

В настройке периодических функций, определенных на единичном круге , преобразование Фурье функции - это просто последовательность его коэффициентов Фурье . Чтобы увидеть, что дифференциация может быть реализована как множитель, рассмотрим серию Фурье для производной периодической функции После использования интеграции по частям в определении коэффициента Фурье у нас есть

.

Таким образом, формально из этого следует, что серия Фурье для производной - это просто серия Фурье для умножен на фактор Полем Это то же самое, что сказать, что дифференциация является оператором множителя с множителем .

Примером оператора множителя, действующего на функции на реальной линии, является преобразование Гильберта . Можно показать, что преобразование Гильберта является оператором множителя, чей множитель определяется , где SGN является функцией Signum .

Наконец, еще одним важным примером множителя является характерная функция единичного куба в который возникает при изучении «частичных сумм» для преобразования Фурье (см. Сходимость серии Фурье ).

Определение

[ редактировать ]

Операторы мультипликатора могут быть определены в любой группе G, для которой также определено преобразование Фурье (в частности, на любой локально компактной группе Абелевой ). Общее определение заключается в следующем. Если достаточно регулярная функция , пусть обозначайте его преобразование Фурье (где это Pontryagin двойник G ). Позволять Обознайте другую функцию, которую мы будем называть множителем . Тогда оператор множителя Связан с этим символом M определяется через формулу

Другими словами, преобразование Фурье TF на частоте ξ определяется преобразованием Фурье на этой частоте , умноженное на значение множителя на этой частоте. Это объясняет терминологию «множитель».

Обратите внимание, что вышеуказанное определение только определяет TF неявно; Чтобы явно восстановить TF, необходимо инвертировать преобразование Фурье. Это можно легко сделать, если и F , и M достаточно гладкие и интегрируемые. Одна из основных задач у субъекта-определить, для любого указанного множителя M , независимо от того, остается ли соответствующий оператор множителя Фурье, остается четко определенным, когда F имеет очень низкую регулярность, например, если он предполагается, что он лежит в L п космос. См. Обсуждение «Проблема ограниченности» ниже. Как минимум, обычно требуется, чтобы множитель M был ограничен и измеримым ; Этого достаточно, чтобы установить ограниченность на но в целом недостаточно силен, чтобы придать ограничению на других местах.

Можно рассматривать оператор множителя T как композицию трех операторов, а именно преобразование Фурье, операция точечного умножения на M , а затем обратное преобразование Фурье. Эквивалентно, t - сопряжение оператора точкового умножения с помощью преобразования Фурье. Таким образом, можно придумать операторов множителя как операторов, которые диагонализируются преобразованием Фурье.

Операторы множителя в общих группах

[ редактировать ]

Теперь мы специализируем вышеупомянутое общее определение для конкретных групп g . Сначала рассмотрим круг единицы Таким образом, функции на G можно рассматривать как 2π -периодические функции на реальной линии. В этой группе двойник Pontryagin - это группа целых чисел, Преобразование Фурье (для достаточно регулярных функций f ) определяется

и обратное преобразование Фурье дается

Мультипликатор в этом настройке - просто последовательность чисел и оператора Связан с этим множителем затем определяется формулой

по крайней мере для достаточного благополучия выбора множителя и функция f .

Теперь пусть G будет евклидовым пространством Полем Здесь двойная группа также евклидова, и преобразования Фурье и обратные Фурье даются формулами

Мультипликатор в этом настройке является функцией и связанный оператор множителя определяется

Опять же, предполагая достаточно сильную регулярность и предположения о ограничении на множитель и функцию.

В смысле распределений нет никакой разницы между операторами множителя и операторами свертки ; Каждый множитель также может быть выражен в форме TF = F k для некоторого распределения k известного как ядра свертки T. T , В этой точке, перевод на сумму x 0 является сверткой с дельта -функцией Dirac Δ (· - x 0 ), дифференциация - это свертка с Δ '. Дальнейшие примеры приведены в таблице ниже .

Диаграммы

[ редактировать ]

Дальнейшие примеры

[ редактировать ]

На круге подразделения

[ редактировать ]

В следующей таблице показаны некоторые общие примеры операторов множителя на круге устройства

Имя Множитель, Оператор, Ядро,
Оператор личности 1 f ( t ) Dirac Delta Function
Умножение на постоянное C в cf ( t )
Перевод по с f ( t - s )
Дифференциация в
K -Fold Difsioniation
дифференциала коэффициента Оператор дифференциала
Дробная производная порядка
Среднее значение 1
Средний компонент
Интеграция (без среднего компонента) Функция пилобата
Периодическое трансформация Гильберта h
Суммирование Дирихле Дирихлет ядра
Фехер суммирование Голова -Кернел
Общий множитель
Общий свертки оператор

На евклидовом пространстве

[ редактировать ]

В следующей таблице показаны некоторые общие примеры операторов множителя на эвклидовом пространстве .

Имя Множитель, Оператор, Ядро,
Оператор личности 1 f ( x )
Умножение на постоянное C в CF ( x )
Перевод по y
Производное (только одно измерение)
Частичная производная
Лапласиан
Оператор дифференциала дифференциала коэффициента
Дробная производная порядка
Потенциал порядка Риза
Потенциал Бесселя порядка
Оператор теплового потока Нагреть ядро
уравнения Schrödinger Оператор эволюции Ядра Schrödinger
Гильберт преобразование H (только одно измерение)
Riesz Transfors R J
Частичный интеграл Фурье (только одно измерение)
Мультипликатор диска ( J - функция Бесселя )
Операторы Бохнера -Риз
Общий множитель
Общий оператор свертки

Общие соображения

[ редактировать ]

Карта это гомоморфизм C *-Algebras . Это следует, потому что сумма двух операторов множителя и операторы множителя с множителем , композиция этих двух операторов множителя является оператором множителя с множителем и приспособление оператора множителя еще один оператор множителя с множителем .

В частности, мы видим, что любые два оператора множителя ездят друг на друга. Известно, что операторы множителя являются инвариантными переводами. И наоборот, можно показать, что любой инвариантный линейный оператор перевода, который ограничен на L 2 ( G ) является оператором множителя.

L. п проблема ограниченности

[ редактировать ]

L. п Проблема ограниченности (для любого конкретного p ) для данной группы G , просто заявлена, просто идентифицировать множители M , так что соответствующий оператор множителя ограничен из L п ( G ) к L п ( G ). Такие множители обычно просто называют « L п множители ». Обратите внимание, что по мере того, как операторы множителя всегда являются линейными, такие операторы ограничены тогда и только в том случае, если они непрерывны . Эта проблема считается чрезвычайно сложной в целом, но многие особые случаи можно рассматривать. Проблема во многом зависит от P , P, Хотя есть отношения с двойственностью : если и 1 ≤ p , q ≤ ∞, затем оператор множителя ограничен на L п Если и только если он ограничен на l Q. .

Теорема риса-тарорина показывает, что если оператор множителя ограничен двумя разными l п Пространства, тогда это также ограничено во всех промежуточных пространствах. Следовательно, мы понимаем, что пространство множителей наименьшее для L для L 1 и L. приближения и растет по мере 2 , который имеет самое большое пространство множителя.

Ограниченность на л 2

[ редактировать ]

Это самый простой случай. Теорема Парсеваля позволяет полностью решить эту проблему и получить, что функция m является L 2 ( G ) Мультипликатор тогда и только тогда, когда он ограничен и измеримы.

Ограниченность на л 1 или L.

[ редактировать ]

Этот случай сложнее, чем гильбертиан ( L 2 ) случай, но полностью разрешен. Следующее верно:

Теорема : в евклидовом пространстве функция это L. 1 множитель (эквивалентно L множитель), если и только в том случае, если существует конечная мера бореля μ, такое, что M является преобразованием Фурье μ.

(Часть «если» - это простой расчет. Часть «только если» здесь более сложная.)

Ограниченность на л п для 1 < p <∞

[ редактировать ]

В этом общем случае необходимые и достаточные условия для ограничения не были установлены, даже для евклидового пространства или круга единицы. Однако известно несколько необходимых условий и нескольких достаточных условий. Например, известно, что для того, чтобы оператор множителя был ограничен даже одним L п Пространство, множитель должен быть ограничен и измеримым (это следует из характеристики L 2 множители выше и свойство включения). Однако этого недостаточно, за исключением случаев, когда p = 2.

Результаты, которые дают достаточные условия для ограничения, известны как теоремы множителя . Три таких результата приведены ниже.

Marcinkiewicz Multiplier Теор

[ редактировать ]

Позволять быть ограниченной функцией, которая непрерывно дифференцируется на каждом наборе формы [ нужно разъяснения ] для и имеет производную такую, что

Тогда м - l п Множитель для всех 1 < p <∞.

Михлин мультипликатор теорема

[ редактировать ]

Пусть M будет ограниченной функцией на что гладко, за исключением, возможно, в начале координат, и так, чтобы функция ограничен для всех целых чисел : Тогда м - l п Множитель для всех 1 < p <∞ .

Это особый случай теоремы мультипликатора Hörmander-Mikhlin.

Доказательства этих двух теоремы довольно сложные, включающие методы теории Кальдерона -Бигмунда и теоремы интерполяции Марцинкьюсека : для первоначального доказательства см. Михлин (1956) или Михлин (1965 , с. 225–240).

Радиальные множители

[ редактировать ]

Для радиальных множителей необходимое и достаточное условие для ограниченность известна некоторым частичным диапазоном Полем Позволять и Полем Предположим, это является радиальным мультипликатором, компактно поддерживаемым вдали от происхождения. Затем является множитель тогда и только тогда, когда преобразование Фурье принадлежит .

Это теорема Хео, Назаров и Сигер . [ 3 ] Они также предоставили необходимое и достаточное условие, которое является действительным без допущений от компактной поддержки на .

Переводы являются ограниченными операторами на любом l п Полем Дифференциация не ограничена ни на одном L п Полем ограничено Преобразование Гильберта только для P строго между 1 и ∞. Тот факт, что он не ограничен L легко, так как хорошо известно, что преобразование Гильберта пошаговой функции неограничено. Двойственность дает то же самое для p = 1 . Тем не менее, теоремы множества множества Marcinkiewicz и Mikhlin показывают, что преобразование Гильберта ограничено в L п Для всех 1 < p <∞ .

Еще один интересный случай на круге устройства - это когда последовательность который предлагается в качестве множителя, постоянна для N в каждом из наборов и Из теоремы множителя MarcInkiewicz (адаптирована к контексту круга единицы), мы видим, что любая такая последовательность (также предполагается, что, конечно, ограничена) [ нужно разъяснения ] является множителем на каждую 1 < p <∞ .

В одном измерении оператор мультипликатора диска (См. Таблицу выше) ограничена L п на каждый 1 < p <∞ . Однако в 1972 году Чарльз Фефферман показал удивительный результат, что в двух и более высоких измерениях оператор множителя диска Неограничен на L п Для каждого P ♠ 2 . Соответствующая проблема для множителей Бохнера -Ризе только частично решается; См. Также Гипотезу Бохнера -Риз .

Смотрите также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Duolandikoetxea 2001 , раздел 3.5.
  2. ^ Stein 1970 , глава II.
  3. ^ Хео, Ярейонг; Назаров, Федор; Сигер, Андреас. Радиальные мультипликаторы Фурье в высоких измерениях. Acta Math. 206 (2011), нет. 1, 55--92. doi: 10.1007/s11511-011-0059-x. https://projecteuclid.org/euclid.acta/1485892528

Работы цитируются

[ редактировать ]
  • Duoandikoetxea, Javier (2001), Анализ Фурье , Американское математическое общество, ISBN  0-8218-2172-5
  • Stein, Elias M. (1970), единственные интегралы и свойства дифференциации функций , Princeton University Press

Общие ссылки

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 62108f48b3a6677c85f9279a0b5fa2e8__1631693040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/62/e8/62108f48b3a6677c85f9279a0b5fa2e8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Multiplier (Fourier analysis) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)