本文采用常用的Nevanlinna理论的标准记号和基本结果[1-2].特别地, $ \lambda $表示为$ f(z) $的级, $ \sigma_{2}(f) $表示为$ f(z) $的超级.本世纪, 随着亚纯函数差分模拟的值分布理论的建立[3-4], 国内外学者做了大量的研究, 得到了很多的研究成果[5-8].特别, 值分布论中的一些经典结果也被相应的差分模拟.通常, 平移差分$ \Delta_{c} f(z) = f(z+c)-f(z) $被看作是$ f'(z) $的差分对应, $ f(z)^{n}\Delta_{c} f(z) $和$ f(z)^{n}+a\Delta_{c} f(z) $被看作是微分多项式$ f(z)^{n}f'(z) $和$ f(z)^{n}+af'(z) $的差分对应. 1959年, Hayman [9]证明了如下的两个定理.
定理A 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ n $为正整数, $ b $为非零有穷复数, 则$ n\geq3 $时, $ f(z)^{n}f'(z)-b $有无穷多个零点.
定理B 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ n $为正整数, $ a(\neq0) $和$ b $为两个有穷复数, 则$ n\geq5 $时, $ f'(z)+af(z)^{n}-b $有无穷多个零点.
后来, Ye和Fang等人[10-11]将定理B中的$ f $和$ f' $交换位置, 得到了下面的定理C.
定理C 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ n $为正整数, $ a(\neq0) $和$ b $为两个有穷复数, 则$ n\geq2 $时, $ f(z)+af'(z)^{n}-b $有无穷多个零点.
2011年, Liu [12]等人对定理A中的$ f(z)^{n}f'(z) $进行差分模拟, 得到了下面的定理D.
定理D 设$ f(z) $为有限级超越亚纯函数, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z) $为$ f(z) $的小函数, 则$ n\geq6 $时, $ f(z)^{n}f(z+c)-\alpha(z) $有无穷多个零点.
2014年, Li [13]等人得到了更为细致的定理E.
定理E 设$ f(z) $为有限级超越亚纯函数, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, 多项式$ p(z)\not\equiv 0 $, 则
其中$ r\rightarrow\infty $, $ r\notin E $, $ E $为一个有限测度集.
本文主要研究了下面的问题.
(ⅰ)若将定理E中的$ f(z+c) $改为$ f(z) $的差分多项式, 可以得到怎样的结论?
注1.1 亚纯函数$ f(z) $的差分多项式$ H(z, f) $定义如下
其中$ \lambda $为指标集, 包含$ m\; (\geq1) $个不同的$ i $, $ c_{i, j} $为复常数, $ \mu_{i, j} $为非负整数, 系数$ a_{i}(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 对$ H(z, f) $的每一个单项式$ a_{i}(z)\prod\limits_{j = 1}^{\tau_{i}}f(z+c_{i, j})^{\mu_{i, j}} $, 定义其次数为$ d_{i} = \sum\limits_{j = 1}^{\tau_{i}}\mu_{i, j} $, 再将$ H(z, f) $所有单项式的最高次数定义为$ H(z, f) $的次数, 即
(ⅱ)定理C中的微分多项式$ f(z)+af'(z)^{n}-b $, 对应的差分模拟的零点情况如何?
对于问题(ⅰ), 首先在一般差分多项式的情况下, 证明了定理1.1.
定理1.1 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, $ H(z, f) $是形如(1.1)式的差分多项式, 则
其次, 对比定理E, 下述推论1.1显著改进了其结果.
推论1.1 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 则
推论1.2 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 则$ n\geq4 $时, $ f(z)^{n}f(z+c)-\alpha(z) $有无穷多个零点.
上述推论1.2将定理D的条件$ n\geq6 $改进为$ n\geq4 $.例1.1说明该结论最佳, 不能再改进.
例1.1 $ f(z) = \frac{e^{z}-1}{e^{z}+1} $, $ c = \pi i $, 则当$ n = $ 2、3时, $ f(z)^{n}f(z+c) = (\frac{e^{z}-1}{e^{z}+1})^{n-1}\neq1 $.
下面讨论问题(ⅱ)中微分多项式$ f(z)+af'(z)^{n}-b $的差分模拟的零点情况.
定理1.2 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, 且满足$ N(r, f) = S(r, f) $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, $ H(z, f) $是形如(1.1)式的差分多项式, 且$ H(z, f) $中仅有一个单项式具有最高次数, 则
例1.2 $ f(z) = \frac{e^{z}-1}{e^{z}+1} $, $ c = \pi i $, $ H(z, f) = f(z)f(z+\pi i) $, 则
上例说明定理1.2的条件$ N(r, f) = S(r, f) $不可缺.
推论1.3 设$ f(z) $为超越整函数, 则$ n\geq3 $时, $ f(z)+af(z+c)^{n}-\alpha(z) $有无穷多个零点.
例1.3 $ f(z) = e^{z}+1 $, $ c = \pi i $, $ n = 2 $, 则$ f(z)+\frac{1}{2}f(z+\pi i)^{2}-\frac{3}{2}\neq0. $
上例说明推论1.3结论最佳, 不能再改进.
定理1.3 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 若$ f(z) $满足
则$ n\geq5 $时, $ f(z)+a(f(z+c)-f(z))^{n}-\alpha(z) $有无穷多个零点.
例1.4 $ f(z) = e^{z}+p(z) $, $ p(z) $为多项式, $ c = 2\pi i $, $ \alpha(z) = p(z)+(p(z+c)-p(z))^{n} $, 则
上例1.4说明定理1.3若要成立, 需对$ f(z+c)-f(z) $附加一些条件.
定理1.4 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 则
推论1.4 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, $ n $为正整数, $ \alpha(z)(\not\equiv 0) $为$ f(z) $的小函数, 则$ n\geq5 $时, $ f(z)+af(z+c)^{n}-\alpha(z) $有无穷多个零点.
引理2.1[7] 设$ f(z) $为非常数亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, 对任意的$ \varepsilon>0 $, 有
由文献[7, 引理8.3], [14, p. 66]及[15, 引理1], 得到下面的引理2.2.
引理2.2 设$ f(z) $为非常数亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ c $为非零复常数, 则
引理2.3[16] 设$ f(z) $为有限级亚纯函数, 满足$ N(r, f) = S(r, f) $, $ H(z, f) $是形如(1.1)式的差分多项式, 且$ H(z, f) $中仅有一个单项式具有最高次数$ d_{H} $, 则
由文献[16, 定理1]和[17, 引理2], 得到下面的引理.
引理2.4 设$ f(z) $为超越亚纯函数, $ \sigma_{2}(f)<1 $, $ H(z, f) $是形如(1.1)式的差分多项式, 则
定理1.1的证明 记
则
其中$ \overline{N}_{0}(r) $, $ \overline{N}_{1}(r) $分别为$ H(z, f) $和$ F+\alpha(z) $的公共零点及公共极点的精简密指量.由(3.2)–(3.3)式可得
由(3.1)式可知$ F+\alpha(z) = f^{n}H(z, f) $, 则有
再由关于三个小函数的第二基本定理及(3.5)–(3.6)式, 可知
又由引理2.4可知
从而将(3.7)–(3.8)式代入(3.4)式可得
定理1.2的证明 记$ \varphi(z) = \frac{\alpha(z)-f(z)}{aH^{n}}, $则
其中$ \overline{N}_{0}(r) $、$ \overline{N}_{1}(r) $分别为$ \varphi(z) $和$ \alpha(z)-f $的公共零点及公共极点的精简密指量.由(3.9)–(3.10)式可得
由$ N(r, f) = S(r, f) $, 可知$ N(r, H) = S(r, f) $.所以
再由关于三个小函数的第二基本定理及(3.12)–(3.14)式可知
又由引理2.3可知
从而将(3.15)–(3.16)式代入(3.11)式可得
定理1.3的证明 记$ \Delta_{c} f(z) = f(z+c)-f(z) $, $ G(z) = \frac{\alpha(z)-f(z)}{a(\Delta_{c} f)^{n}} $, 则
其中$ \overline{N}_{0}(r) $、$ \overline{N}_{1}(r) $分别为$ G(z) $和$ \alpha(z)-f $的公共零点及公共极点的精简密指量.由(3.17)–(3.18)式可得
由$ G(z) = \frac{\alpha(z)-f(z)}{a(\Delta_{c} f)^{n}} $, 可知
又由$ \lim\limits_{r\rightarrow\infty}\frac{T(r, f(z+c)-f(z))}{T(r, f(z))} = 1 $, 可知
再由关于三个小函数的第二基本定理及(3.20)–(3.22)式可知
从而将(3.22)–(3.23)式代入(3.19)式, 可得
所以$ n\geq5 $时, $ f(z)+a(f(z+c)-f(z))^{n}-\alpha(z) $有无穷多个零点.
定理1.4的证明 记$ \psi(z) = \frac{\alpha(z)-f(z)}{af(z+c)^{n}} $, 则
其中$ \overline{N}_{0}(r) $、$ \overline{N}_{1}(r) $分别为$ \psi(z) $和$ \alpha(z)-f $的公共零点及公共极点的精简密指量.
由(3.24)–(3.25)式, 可得
由引理2.2, 可知
所以
再由关于三个小函数的第二基本定理及(3.29)–(3.30)式, 可知
又由引理2.2可知
从而将(3.31)–(3.32)式代入(3.26)式可得
即