关于Dirichlet级数及随机Dirichlet级数的增长性, 国内已作过许多重要研究[3-8], 对于全平面上的零级Dirichlet级数的增长性和正规增长性, 文[3]作过专门研究并得到了很好的结果, 但对于半平面, 由于其特殊性至今尚未见很好的结果, 本文对半平面零级Dirichlet级数的增长性和正规增长性进行研究, 得到了两个充要条件.并且还证明了零级随机Dirichlet级数, 几乎必然与其在每条水平直线上的增长性相同.
考虑Dirichlet级数
其中$s=\sigma+it, \{b_n\}$为复常数列, $0=\lambda_0 < \lambda_1 < \lambda_2\cdots < \lambda_n\uparrow+\infty$.若
则级数$(2.1)$在半平面上是收敛与绝对收敛的, 它表示的函数$f(s)$为一半平面解析函数.令
由文[1]知$m(\sigma, f)\leq M(\sigma, f)$.
定义2.1 $f(s)$在半平面上的增长级$\rho$定义为$\rho=\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow0^{+}}} \frac{\ln^+\ln^+ M(\sigma, f)}{\frac{1}{\sigma}}$.若$\rho=0$则称级数(2.1) 为零级Dirichlet级数.
定义2.2[2] 对于零级Dirichlet级数(2.1), 由文献[2]引进型函数$U(r)=r^{\rho(r)}(r=\frac{1}{\sigma})$, 单调上升且满足:
1)$\rho(r)$单调趋于$0$, $\lim\limits_{r\rightarrow0^{+}}r\rho^{'}(r)\ln r=0;$
2)$U(kr)=(1+o(1))U(r); $
3)$U(r^k)=U^{k+o(1)}(r)$.
称$U(r)$为零级型函数.
定理2.1 设Dirichlet级数$(2.1)$满足条件$(2.2)$及
则有
证 设$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}}\frac{\ln\ln m(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}=A$, 则$\forall\varepsilon>0, $当$\sigma$充分接近$0$时
由$(2.4)$式, 对任意$\varepsilon_1\in (0, 1-d)$, 存在自然数$N>3$当$n\geq N$时,
所以
其中$\Delta=\frac{\sigma\ln U(\frac{1}{\sigma})}{1+\ln U(\frac{1}{\sigma})}, \delta=\frac{\sigma}{1+\ln U(\frac{1}{\sigma})} $.令$T=\exp\{({\frac{2}{\delta}})^{\frac{1-\varepsilon_1}{\varepsilon_1}}\}.$
当$n>T$时, $\delta({\ln n})^{\frac{\varepsilon_1}{1-\varepsilon_1}}>2$, 从而
故有
从而易得$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}\leq A.$
另一方面, 由$ m(\sigma, f)\leq M(\sigma, f)$可得
因此$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}} \frac{\ln\ln m(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})} =\overline{\lim\limits_{n\to\infty}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}.$>
定理2.2 设Dirichlet级数$(2.1)$满足条件(2.2), (2.3), (2.4), 则
(a)$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}=1 \Leftrightarrow \overline{\lim\limits_{n\to\infty}}\frac{\ln\ln |b_n|}{\ln U(\frac{\lambda_n}{\ln |b_n|})}=1;$
(b)$\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}=1\Leftrightarrow \overline{\lim\limits_{n\to\infty}}\frac{\ln\ln |b_n|}{\ln U(\frac{\lambda_n}{\ln |b_n|})}=1, $并且存在$\{\lambda_n\}$的子列$\{\lambda_{n(p)}\}$使
证 (a)设$\overline{\lim\limits_{n\to\infty}}\frac{\ln\ln |b_n|}{\ln U(\frac{\lambda_n}{\ln |b_n|})}=1, $则对任意$\varepsilon >0$和充分大的$n$, 有$\lambda_n < \frac{\lambda_n}{\ln |b_n|}U^{1+\varepsilon}(\frac{\lambda_n}{\ln |b_n|}).$令$v=uU^{1+\varepsilon}(u), u=h(v)$互为反函数, 则有$h(\lambda_n) < \frac{\lambda_n}{\ln |b_n|}, \ln |b_n|e^{-\lambda_n\sigma} < \frac{\lambda_n}{h(\lambda_n)}-\lambda_n\sigma, $当$\sigma>0$充分小时, 令$H=\frac{1}{\sigma}U^{1+\varepsilon}(\frac{1}{\sigma})$.
下面我们将分两种情形讨论
情形(ⅰ)当$\lambda_n>H$时, 有$\ln |b_n|e^{-\lambda_n\sigma}\leq\lambda_n(\frac{1}{h(H)}-\sigma)=0.$
情形(ⅱ)当$\lambda_n\leq H$时, 存在$k\in N$使
从而$\frac{1}{k\sigma}\geq h(\lambda_n)\geq\frac{1}{(k+1)\sigma}, $则
由情形(ⅰ)和(ⅱ)及定理$1$, 有$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}\leq1.$
若$\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}=L < 1, $取$0 < \varepsilon < 1$使$L+3\varepsilon < 1$, 存在$\sigma_0$, 当$\sigma>\sigma_0$时
从而有对任意充分小的$\sigma$, 对任意的$n$有$\ln |b_n|e^{-\lambda_n\sigma}\leq U^{L+\varepsilon}(\frac{1}{\sigma}).$
由假设前提知, 存在子序列$\{\lambda_{n(p)}\}$使$\ln |b_{n(p)}|>U^{L+2\varepsilon}(\frac{\lambda_{n(p)}}{\ln |b_{n(p)}|}), $对任意充分大的$p$取$\{\sigma_p\}$使
从而$\frac{1}{2}\ln |b_{n(p)}|\leq\lambda_{n(p)}\sigma_p, $则
这与$\ln |b_{n(p)}|\geq U^{1+\varepsilon}(\frac{\lambda_{n(p)}}{\ln |b_{n(p)}|})$矛盾.
于是充分性得证, 必要性可由充分性的证明过程看出.
(b)$\Leftarrow$设对任意充分小的$\varepsilon\in(0, 1)$, 存在子序列$\{\lambda_{n(p)}\}$满足
即$\lambda_{n(p)}>\frac{\lambda_{n(p)}}{\ln |b_{n(p)}|}U^{1-\varepsilon}(\frac{\lambda_n{(p)}}{\ln |b_{n(p)}|}), $并且$\lambda_{n(p+1)}^{1-\varepsilon} < \lambda_{n(p)} < \lambda_{n(p+1)}, $则有
其中$u=h(v), v=uU^{1-\varepsilon}(u)$互为反函数, 取单调上升的序列$\{\lambda_{n(p)}\}$, 使$\lambda_{n(p)}=\frac{1}{2\sigma_p}U^{1-\varepsilon} (\frac{1}{2\sigma_p})$, 则有$h(\lambda_{n(p)})=\frac{1}{2\sigma_p}$, 任取$\sigma>0$, 则存在正整数$p$使$\sigma_{p+1} < \sigma < \sigma_p$, 对所有的$p$, 有
结合(a)的结论即得$\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}= 1.$
$\Rightarrow$第一条件的必要性从(a)部分得出.假设第二条件不成立, 即存在$\varepsilon, \delta>0$及自然数列$\{n_j\}, \{m_j\}$使
且对任意充分大的$n(n_j\leq n < m_j)$有
其中$h$是$v=uU^{1-\delta}(u)$的反函数, 取序列$\{\sigma_p\}$使
$(1)$当$n_j\leq n < m_j$对任意的$\sigma_p$有
令$H=\frac{1}{\sigma_p}U^{1-\delta}(\frac{1}{\sigma_p}), h(H)=\frac{1}{\sigma_p}.$
i)若$\lambda_n\geq H$, 则$\ln |b_n|e^{-\lambda_n\sigma_p}\leq\lambda_n(\frac{1}{h(H)}-\sigma_p)=0.$
ii)若$\lambda_n < H$, 则存在$m\in N$使
从而
$(2)$当$n>m_j$, 结合$(2.10)$, $(2.11)$式, 有
(3) 当$n < n_j$, 结合$(2.8), (2.10), $ $(2.11)$式对充分大的$p$及$\ln |b_n|\geq1$有
对$\ln |b_n| < 1$上面不等式显然成立, 从而有$\overline{\lim\limits_{p\rightarrow \infty}}\frac{\ln\ln m(\sigma_p, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma_p})} < 1.$
结合定理$2.1$有$\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^{+}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})} < 1$矛盾.
引理3.1[5] 设$X_n(\omega)$是概率空间$(\Omega, A, P)$上的独立随机变量序列, 它们的数学期望为零$(E(X_n)=0)$, 且方差为$E(|X_n|^2)=\sigma_n^2$.如果$E(\frac{|X_n|}{\sigma_n})=d_n$一致有下界$d>0$, 即对任意$n\in N$, 有$d_n\geq d>0$, 则对任意$H\in A$, 存在$B=B(d, H), K=K(H, X_n)\in N, $使得对任何复数列$b_n\in C$及任何$p>q\geq K$, 恒有
引理3.2[7] 设$\{X_n(\omega)\}$是概率空间$(\Omega, A, P)$上有有限方差$\int_\Omega|X_n(\omega)|^2d\omega=\delta_n^2 < \infty$的随机变量序列, 则对几乎必然a.s.的$\omega\in\Omega$,
1) 存在$N=N(\omega)$, 当$n\geq N$时, 有$|X_n(\omega)| < n\delta_n$;
2)$\overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}\frac{ |X_n(w)|}{\delta_n}\geq \overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}\frac{ E(|X_n|)}{\delta_n}$.
考虑与级数$(2.1)$相对应的随机Dirichlet级数$f_\omega(s)=\sum\limits_{n=0}^{\infty}b_nX_n(\omega)e^{-\lambda_ns}, $其中$s=\sigma+it, \{X_n(\omega)\}$是随机变量序列, 它们不一定是同分布的, 且上式满足
则$f_\omega(s)$是一个半平面上的随机函数, 令
定理$3.1$ 设随机变量序列$\{X_n(\omega)\}$满足引理$3.1$的条件, 若随机Dirichlet级数$(3.1)$满足(3.2), (2.4) 式, 则
证 令$Z_n(\omega)=\frac{X_n(\omega)}{\delta_n}$, 则$E(|Z_n|^2=1), E(|Z_n|)\geq d, X_n=\delta_nZ_n.$不妨记
我们首先证明$\overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}t_n\geq 1\Rightarrow\overline{\lim\limits_{\sigma\rightarrow 0^+}}\frac{\ln\ln M(\sigma, f_\omega)}{\ln U(\frac{1}{\sigma})}\geq $1 a.s..设$\overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}t_n=\overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}t_{n_k}\geq 1$, 其中$t_{n_k}>0$, 则由引理3.2可得
对几乎必然的$\omega\in\Omega, \{Z_{n_k}(\omega)\}$有子序列$\{Z_{n_{k_l}}(\omega)\}, |Z_{n_{k_l}}|\geq\frac{d}{2}, \{n_{k_l}\}$为$\{n_k\}$的子序列.
令$t_n(\omega)=\frac{\ln\ln |b_nX_n(\omega)|}{\ln U(\frac{\lambda_n}{\ln |b_nX_n(\omega)|})}, $对于
结合定理$2.2$可知
下面将证
令$g(s)=\sum\limits_{n=0}^{+\infty}b_n\delta_ne^{-\lambda_ns}, \Delta=\frac{\sigma\ln U(\frac{1}{\sigma})}{1+\ln U(\frac{1}{\sigma})}, \delta=\frac{\sigma}{1+\ln U(\frac{1}{\sigma})}$, 由引理$3.2$可得
其中$C, C(\omega)$是与$\omega$有关的常数.类似定理$1$证明过程, 结合定理$2.2$可得当$\overline{\lim\limits_{n\rightarrow \infty}}t_n\leq 1$时,
定理证毕.
仿照文[7]的证明, 有
定理$3.2$ 设随机Dirichlet级数$(3.1)$满足$(2.4)$, $(3.2)$以及$(3.3)$式, $\{X_n(\omega)\}$是引理$3.1$中的随机变量序列, 则级数$(3.1)$几乎(a.s.)对任意的$t_0\in R$有
其中$U(r)$是定义$2.2$中满足$1), 2)$的型函数.