2003年, 盛宝怀, 周颂平在文献[1]中研究了正系数代数多项式倒数对非负连续函数在Lp空间内的逼近问题, 得到了以下结果:
定理A 设$ f\left(x \right) \in C\left(S \right), f\left(x \right) \ge 0, f\left(x \right) \ne 0, p > 1, $则存在
使得
其中$S$为$ R^d $中的单纯性, $ d \ge 1 $, $ C\left(S \right) $为$S$上的连续函数类. $C$是与$n$无关的常数, 并且在不同处可以表示不同的值(以下同).
本文在Orlicz空间内研究了类似的问题, 考虑到Orlicz空间是Lp空间的扩充, 本文的研究工作具有一定的拓展意义.
对于$ f\left(x \right) \in C\left[{0, 1} \right] $, 其Bernstein-Durrmeyer算子为
其中$ P_{n, k} \left(x \right) = \left({\begin{array}{*{20}c} n \\ k \\ \end{array}} \right)x^k \left({1 -x} \right)^{n -k}. $
本文将其作为一种逼近工具, 再利用$K$-泛函、光滑模讨论了正系数代数多项式倒数对非负连续函数在Orlicz空间内的逼近问题.
文中用$ M\left(u \right) $和$ N\left(v \right) $表示互余的$N$函数, 关于$N$函数的定义及其性质见文献[2].
由$N$函数$ M\left(u \right) $生成的Orlicz空间$ L_M^* \left[{0, 1} \right] $指具有有限Orlicz范数
的可测函数全体$ \left\{ {u\left(x \right)} \right\} $, 其中$ \rho \left({v, N} \right) = \int_0^1 {N\left({v\left(x \right)} \right)} dx $是$ v\left(x \right) $关于$ N\left(v \right) $的模.
又由文献[2]知, Orlicz范数的等价形式为
对于$ f\left(x \right) \in L_M^* \left[{0, 1} \right], $ $t \ge 0, $定义$K$-泛函, 连续模和二阶光滑模为
由文献[3]可知$ \omega _2 \left({f, t} \right)_M \to 0 $$ \left({t \to 0} \right) $当且仅当$ M\left(u \right) $满足$ \Delta _2$-条件.
定理 设$ f\left(x \right) \in L_M^*, $$ f\left(x \right) \ge 0 $且$ f\left(x \right) $不恒等于0, 则存在$ P_n \left(x \right) \in \prod _n \left(+ \right) $使得
$\prod _n \left(+ \right) $表示次数不超过$n$的正系数多项式全体.
引理1[4] 存在两个常数$ C_1 $和$C_2$, 使得$ C_1 \omega \left({f, t} \right)_M \le K\left({f, t} \right)_M \le C_2 \omega \left({f, t} \right)_M. $
引理2[5] $ M_n \left({1, x} \right) = 1, $ $ M_n \left({\left({t -x} \right)^i, x} \right) \le \frac{C}{n}, $ $ i = 1, 2. $
引理3[5] $ \left\| {M_n \left({f} \right)} \right\|{}_M \le \left\| f \right\|_M. $
引理4 $ \left\| {f^2 } \right\|_M \le C\left\| f \right\|_M ^2.$
证 由Orlicz范数的定义知
利用Orlicz空间内的Hölder不等式(见文献[2])得
由$\displaystyle \rho (v, N) = \int_{\; 0}^{\; 1} {N(v(x))dx \le 1}, \rho (u, M) = \int_{\; 0}^{\; 1} {M(u(x))dx \le 1} $及$N$函数的性质(见文献[2])容易看出, $ u(x) $和$ v(x) $在区间$[0,1]$上一定是几乎处处有界的, 故
从而$ \left\| {f^2 } \right\|_M \le C\left\| f \right\|_M^2. $
引理5 对于$ f\left(x \right) \in L_M^*, $记
则
证 对于$ g\left(x \right) $满足$ g^{\left({r -1} \right)} \left(x \right) \in AC\left[{0, 1} \right] $且$ g^{\left(r \right)} \left(x \right) \in L_M^* \left[{0, 1} \right], $
其中$ I_1 = M_n \left({f -g, x} \right). $由引理3知$ \left\| {I_1 } \right\|_M \le \left\| {f -g} \right\|_M, $ $ I_3 = \left({f -g} \right)M_n \left({1, x} \right), $由引理2知$ \left\| {I_3 } \right\|_M = \left\| {f -g} \right\|_M.$由于
故
其中$ \theta _{g''} \left(x \right) $是$ g''\left(x \right) $的Hardy-Littlewood极大函数.由文献[6]知$ \left\| {\theta _{g'} \left(x \right)} \right\|_M \le C\left\| {g'} \right\|_M. $故$ \left\| {I_2 } \right\|_M \le \frac{C}{n}\left\| {g'} \right\|_M + \frac{C}{n}\left\| {g''} \right\|_M. $因此
其中$ I'_1 = M_n \left({\left({f -g} \right)^2, x} \right). $由引理2和引理4知$ \left\| {I'_1 } \right\|_M \le \left\| {\left({f -g} \right)^2 } \right\|_M \le C\left\| {f -g} \right\|^2 _M, $ $ I'_3 = \left({f -g} \right)^2 M_n \left({1, x} \right), $由引理1和引理4知$ \left\| {I'_3 } \right\|_M = \left\| {\left({f -g} \right)^2 } \right\|_M \le C\left\| {f -g} \right\|^2 _M. $利用
可得出
从而
此处用了$ t -x \le 1. $故$ \left\| {I'_2 } \right\|_M \le \frac{C}{n}\left\| {g'} \right\|_M^2 + \frac{C}{n}\left\| {g''} \right\|_M^2. $从而
由此可得
定理的证明 对于给定的$ \varepsilon > 0, $对任意的$ f\left(x \right) \in L_M^*, f\left(x \right) \ge 0 $且不恒为0.令$ f_\varepsilon \left(x \right) = f\left(x \right) + \varepsilon, $则$ f_\varepsilon \left(x \right) \ge \varepsilon. $取$ P_n \left(x \right) = M_n \left({\frac{1}{{f_\varepsilon }}, x} \right), $显然$ P_n \left(x \right) \in \prod _n \left(+ \right). $由Cauchy-Schwarz不等式知$ \frac{1}{{P_n \left(x \right)}} \le M_n \left({f_\varepsilon, x} \right). $令$ T_1 = \{ {x \in [{0, 1}], \frac{1}{{P_n (x)}} \ge f_\varepsilon (x)} \}, T_2 = [{0, 1}]\backslash T_1. $对任意的$ x \in T_1 $, 有
对于$ x \in T_2 $, 有
取$ \varepsilon = \left({\omega _1 \left({f_\varepsilon, \frac{1}{n}} \right)_M + \omega _2 \left({f_\varepsilon, \frac{1}{{\sqrt n }}} \right)_M } \right). $则
因此