考虑Dirichlet级数
其中$\{a_n\}$是复数列, $0<\lambda_n\uparrow\infty$, $s=\sigma+it$ ($\sigma, t$是实变量).当级数(1.1)满足
这时, 根据文[1-2]的Valiron公式可得级数(1.1)的收敛横坐标及绝对收敛横坐标都是$+\infty$, 那么其和函数$f(s)$在全平面内解析, 即为整函数.
记$f(s)$的最大模, 最大项为
定义1.1 [3]若$f(s)$是满足(1.2)式的整函数, 那么$f(s)$的级$\rho$定义为
若$\rho=0$, 级数(1.1)是全平面上的零级Dirichlet级数.此时定义该级数(1.1)的对数级$\rho^*$为
当$\rho^*\in (1, +\infty)$时, Dirichlet级数的对数型$T^*$如下
关于整函数的增长性的问题, Hardy、余家荣、孙道椿、高宗升等已经得到了许多经典的结论[1-2, 4-6]. Sayyed, Metwally [7]讨论了泰勒级数的对数级, 而对复平面上的零级Dirichlet级数增长性的研究较少. 2006年, 田宏根、孙道椿、郑承民在相对较宽的条件下, 对该问题进行深入的研究并得到了由系数表示的零级Dirichlet级数的对数级的结果.
定理 A [3]若$f(s)$是满足(1.2)式的整函数, 则
本文将继续研究了零级Dirichlet级数的对数型, 得到如下结果.
定理 1.1 若$f(s)$是满足(1.2)式的整函数, 则
这里
2009年, 孔荫莹在文[9-10]构造了Dirichlet-Hadamard乘积并得到了有限级及无穷级Dirichlet级数在该乘积下的增长性的相关结果. 2015年, 崔永琴等在文[11]构造了新型的Dirichlet-Hadamard乘积进一步推广了文[9, 10]的结果.
然而, 对于零级Dirichlet级数的Hadamard乘积的增长性并未有人涉及.本文将主要考察零级Dirichlet级数的Dirichlet-Hadamard乘积的对数级与对数型, 在介绍主要结果前, 我们先给出如下Dirichlet-Hadamard乘积定义.
定义 1.2 [11]若$f_1(s)=\sum\limits_{n=1}^\infty a_ne^{\gamma_ns}$, $f_2(s)=\sum\limits_{n=1}^\infty b_ne^{\xi_ns}$且$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数.若$\alpha, \beta$为两个实常数满足$0<\alpha, \beta<\infty$, 构造它们的Dirichlet-Hadamard乘积如下
其中$\mu$和$v$是正实数; $\{a_n\}, \{b_n\}\subset \mathbb{C}, 0<\gamma_n, \xi_n\uparrow\infty$.
注 当$\alpha=\beta=\frac{1}{2}$, 则定义1.2中的Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$即为孔荫莹的Dirichlet-Hadamard乘积$G(s)$, 即
定理 1.2 若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 它们的对数级分别为$\rho^*_1$和$\rho^*_2$, 且
则Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$的对数级$\rho^*$满足$\rho^*\leq\min\{\rho^*_1, \rho^*_2\}.$特别地, 当$\rho^*=\rho^*_1$时, $F(s)$的对数型$T^*$满足
推论 1.1 若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 它们的对数级分别为$\rho_1^*$和$\rho_2^*$, 且满足(1.9)式, 则其Dirichlet-Hadamard乘积$G(s)$的对数级$\rho^*$满足$\rho^*\leq\min\{\rho_1^*, \rho_2^*\}.$特别地, 当$\rho^*=\rho_1^*$, $G(s)$对数型$T^*$满足
接下来, 在放宽条件的前提下进一步讨论Dirichlet-Hadamard乘积形式的增长性, 得到如下结果.
定理 1.3 若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 它们的对数级分别为$\rho_1^*$和$\rho_2^*$, 且
则其Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$的对数级$\rho^*$满足$\rho^*\leq\min\{\rho_1^*, \rho_2^*\}.$特别地, 当$\rho^*=\rho_1^*$, $F(s)$对数型$T^*$满足
推论 1.2 若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 它们的对数级分别为$\rho_1^*$和$\rho_2^*$, 且满足(1.10)式, 则其Dirichlet-Hadamard乘积$G(s)$的对数级$\rho^*$满足$\rho^*\leq\min\{\rho_1^*, \rho_2^*\};$当$\rho^*=\rho_1^*$, $G(s)$对数型$T^*$满足
引理2.1 [11]若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 且满足(1.9)式, 那么其Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$是整函数.
引理 2.2 若$f_1(s), f_2(s)$是满足(1.2)式的整函数, 且满足(1.10)式, 那么其Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$是整函数.
证
又
所以其Dirichlet-Hadamard乘积$F(s)$是整函数.
引理 2.3 若$a, b (b>1)$是一正的常数, $x$是任一正实数, 那么函数$\psi(\sigma)=a\sigma^b-x\sigma (-\infty<\sigma<+\infty)$在$\sigma=(\frac{x}{ab})^{\frac{1}{b-1}}$时达到最小值$a(\frac{x}{ab})^{\frac{b}{b-1}}-x(\frac{x}{ab})^{\frac{1}{b-1}}.$
证 由$\psi'(\sigma)=ab\sigma^{b-1}-x$, 令$\psi'(\sigma)=0$解得$\sigma=(\frac{x}{ab})^{\frac{1}{b-1}}$.
可验证当$\sigma=(\frac{x}{ab})^{\frac{1}{b-1}}$时$\psi(\sigma)$取得最小值$a(\frac{x}{ab})^{\frac{b}{b-1}}-x(\frac{x}{ab})^{\frac{1}{b-1}}.$
引理 2.4 若$a, b (b>1)$是一正的常数, $\sigma$是任一实数, 那么函数$\varphi(x)=-\frac{1}{a}x^b+\sigma x$在$x=(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{1}{b-1}}$时达到最大值$-\frac{1}{a}(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{b}{b-1}}+\sigma(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{1}{b-1}}.$
证 由$\varphi'(x)=-\frac{b}{a}x^{b-1}+\sigma$, 令$\varphi'(x)=0$解得$x=(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{1}{b-1}}$.
可验证当$x=(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{1}{b-1}}$时$\varphi(x)$达到最大值$-\frac{1}{a}(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{b}{b-1}}+\sigma(\frac{a\sigma}{b})^{\frac{1}{b-1}}.$
定理1.1的证明 先证$T^*\geq T\frac{(\rho^*-1)^{\rho^*-1}}{(\rho^*)^{\rho^*}}$.
由$T^*$的定义知, $\forall \varepsilon>0$, 有充分大的$\sigma$使
从而
由引理2.3知, 取$\sigma=(\frac{\lambda_n}{(T^*+\varepsilon)\rho^*})^{\frac{1}{\rho^*-1}}$, 则
所以
由$\varepsilon$的任意性知
假设等号不成立, 即存在$T_1$使得$T<T_1<\frac{(\rho^*)^{\rho^*}}{(\rho^*-1)^{\rho^*-1}}T^*$, 于是存在$N_1>0$, 当$n>N_1$时,
即
由(1.2)式知存在一常数$M$, $N_2>N_1$, 使得$n>N_2$时有$\lambda_n>M\log n$, 于是
其中$\sum\limits_{n=1}^{N_1}|a_n|e^{\lambda_n\sigma}$为有界量,
由引理2.4知, 取$\lambda_n=(\frac{\sigma(\rho^*-1)}{\rho^*})^{\rho^*-1}T_1$, 有
再由(1.2)式知$\lambda_{n+1}\leq (1+\varepsilon)\lambda_n, $对所有的$n\in N_+$成立, 记$\lambda_n>T_1((1+\varepsilon)\sigma+\frac{2}{M})^{\rho^*-1}$.所以
由(3.1)-(3.3)式知, 对充分大的$\sigma$有
从上式得到$T^*\leq T_1 \frac{(\rho^*-1)^{\rho^*-1}}{(\rho^*)^{\rho^*}}$与假设矛盾, 故$T= \frac{(\rho^*)^{\rho^*}}{(\rho^*-1)^{\rho^*-1}}T^*, $定理1.1得证.
定理1.2的证明 由定理A可知$\forall \varepsilon>0$, 存在两个正整数$N_1, N_2$, 当$n>N =\max\{N_1, N_2\}$时, 有
由$c_n$的定义有
则
由于$\lambda_n=\alpha\gamma_n+\beta\xi_n, \gamma_n\sim\xi_n (n\rightarrow\infty)$, 可得
由引理2.1知$F(s)$是整函数, 不妨设$\rho^*_1<\rho^*_2$, 又由$\varepsilon$的任意性, 得
所以$\rho^*\leq\min\{\rho^*_1, \rho^*_2\}.$
特别地, 当$\rho^*=\rho^*_1$, 由定理1.1可知
若$\rho^*_1=\rho^*_2$, 由$\varepsilon$的任意性可得
若$\rho^*_1<\rho^*_2$, 则有
故定理1.2得证.
定理1.3的证明 类似于定理1.2的证明: $\forall \varepsilon>0$, 存在两个正整数$N_1, N_2$, 当$n>N=\max\{N_1, N_2\}$时有
由$\gamma_n=\eta\xi_n$, 有$\gamma_n=\frac{\eta}{\alpha\eta+\beta}\lambda_n$, $\xi_n=\frac{1}{\alpha\eta+\beta}\lambda_n$.于是
由引理2.2知$F(s)$是整函数, 不妨设$\rho^*_1<\rho^*_2$, 又由$\varepsilon$的任意性, 得
故定理1.3得证.