文献[1]中, Turky学者Gülsüm Ulusoy*和Ali Aral研究了lbragimov-Gadjiev-Durrmeyer算子在$ L_p $空间内的逼近问题,但是在Orlicz空间内至今没有发现有人研究过该算子的逼近问题, 我们在本文中尝试做这方面的工作.由于Orlicz空间是$ L_p $空间的实质性的扩充和提升, 本文的研究内容具有一定的拓展意义.
设$ \left(\varphi_n(t)\right)_{n\in N}, \left(\psi_n(t)\right)_{n\in N} $是$ R^+=[0, \infty) $上的连续函数列, 使得$ \varphi_n(0)=0 $, 对所有的$ t $有$ \psi_n(t)>0 $且$ \lim\limits_ {n\rightarrow \infty}\frac{1}{n^2\psi_n(0)}=0 $.
令$ (\alpha_n)_{n\in N} $为一列正数列且满足$ \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\frac{\alpha_n}{n}=1. \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\alpha_n\psi_n(0)=l_1, l_1>0. $
lbragimov-Gadjiev-Durrmeyer算子是指:
其中$ K_{n}^{(v)}\left(x, 0, \alpha _n\psi_n(0)\right)=\frac{\partial^v}{\partial u^v}K_n(x, t, u)\Big|_{u=\alpha_n\psi_n(t), t=0}, $且$ \left\{K_{n}^{(v)}\left(x, 0, \alpha_n\psi_n(0)\right)\frac{\left[\alpha_n\psi_n(0)\right]^v}{v!}\right\}_{v=0}^\infty $ 为lbragimov-Gadjiev-Durrmeyer基函数系.
由文献[2]直接得出, $ K_n(x, t, u) $是关于$ u $的全纯函数, 且满足以下条件:
(1) 对固定的$ x, t\in R^+, $基函数系的每个函数都是关于$ u $的全纯函数, 且满足对$ \forall x\in R^+, n\in N, $有$ K_n(x, 0, 0)=1. $
(2) 对取定的$ u=u_1, x\in R^+ $有$ \left[(-1)^{v}\frac{\partial^v}{\partial u^v}K_n(x, t, u)\Big|_{u=u_1, t=0}\right]\geq0, v=0, 1, \ldots, . $
(3) 对所有的$ x\in R^+, n\in N $
其中$ m $满足$ m+n=0 $或自然数.
(4) 对$ \forall u\in R, K_n(0, 0, u)=1, $且对$ \forall p\in N, u=u_1, \lim\limits_{n\rightarrow \infty}x^pK_n^{(v)}(x, 0, u_1)=0. $
(5) 对于任何固定的$ t, u, $函数$ K_n(x, t, u) $关于变量$ x $是连续微分的, 且满足对取定的$ u=u_1 $有
(6) 对所有的$ x\in R^+, n\in N, $取定的$ u=u_1, \frac{n+vm}{1+u_1mx}K_n^{(v)}(x, 0, u_1)=nK_{m+n}^{(v)}(x, 0, u_1). $
(7) 由文献[1], $ K_n(x, t, u) $还满足$ (1+u_1mx)^{-r}K_n^{(v)}(x, 0, u_1)=K_{n+rm}^{(v)}(x, 0, u_1)\alpha_{n, r}, $其中$ r $为自然数, $ \alpha_{n, r} $是收敛到一个正实数的关于$ n $的数列.
令$ u=\varphi_n(t), u_1=\alpha_n\psi_n(t), t=0, $根据$ \varphi_n(t)=0, K_n(x, 0, 0)=1 $可得
本文将研究lbragimov-Gadjiev-Durrmeyer算子在Orlicz空间中的逼近问题, 文章里用$ M(u) $和$ N(v) $表示互余的$ N $函数, 有关于$ N $函数的定义及性质详情可见文献[3]中的论述.定义Orlicz空间中的范数:
由具有有限的Orlicz范数的可测函数的全体$ \{u(x)\} $构成了$ N $函数$ M(u) $生成的Orlicz空间$ L_M^* [0, \infty) $, 其中$ \rho(v;N)=\int_{0}^{\infty}N\left(v(x)\right) \mathrm{d} x $表示$ v(x) $关于$ N(v) $的模.由文献[3]知, Orlicz范数还可定义为$ \|u\|_M= \inf\limits_{\beta>0}\frac{1}{\beta}\left(1+\int_{0}^{\infty}M\left(\beta u(x)\right) \mathrm{d} x\right). $本文中用$ C $表示常数, 但在不同处取值不同.
引理1 [2] 设$ v $为非负整数, $ x\in R^+ $, $ m, n\in N $.则有$ \int_{0}^{\infty}K_ {n}^{(v)}(y, 0, u_1) \mathrm{d} y=(-1)^v\frac{v!}{(n-m)u_1^{v+1}}. $
引理2 [2] 令$ v, n\in N, $对任意自然数$ r $, 有
其中$ C_{j, r}=\frac{r!}{j!}\binom{r}{j}, $
引理3 [1] 令$ K_n(x, t, u) $满足条件$ (1)\rightarrow (7) $且$ f(t)=(1+u_1mt)^{-r}, t\in R^+, n, r\in N, $对$ n>mr $有$ M_n\left((1+u_1mt)^{-r};x\right)\leq C(1+u_1mx)^{-r}, x\in R^+, $其中$ C $表示与$ n $无关的常数.
在下文中, 考虑到光滑模和逼近速度之间的联系, 通过文献[4][5]中给出的光滑模, 有
其中
有与该光滑模等价的$ K $泛函$ \overline{K}_\varphi^2(f, x)=\inf\limits_{g\in\overline{\Omega}_M^r\left(\varphi, [0, \infty)\right)} \left\{\|f-g\|_M+t^r\|\varphi^rg^{(r)}\|_M+t^{2r}\|g^{(r)}\|_M\right\}, $其中$ \overline{\Omega}_M^r\left(\varphi, [0, \infty)\right) =\left\{g\in L_M^*[0, \infty), g^{(r-1)}\in AC_{loc}(0, \infty);\varphi^rg^{(r)}\in L_M^*[0, \infty)\right\} $表示对应的加权Sobolev空间.
在本文中, 光滑模的定义为: 对给定的整数$ k\geq1, h\neq 0, $设$ x, x+kh\in [a, b].\omega_k(f, t)_M=\sup\limits_{|h|\leq t}\|\vartriangle_h^k(f;\cdot)\|_M $称为$ f $的$ k $阶光滑模.
引理4 令$ n\in N, n>m, f\in L_M^*[0, \infty), $不等式$ \|M_nf\|_M\leq\|f\|_M $成立.
证明 由引理1和(1.1)式, 利用Jensen不等式
证毕.
定理1 令$ n\in N, n>3m, \forall f\in L_M^*[0, \infty), $有
证 由$ \omega_\varphi^2\left(f, \left((n-3m)u_1\right)^{-\frac{1}{2}}\right)_M $和$ \overline{K}_\varphi^2\left(f, \left((n-3m)u_1\right)^{-1}\right)_M $的等价性, 只需证明以下不等式
对所有的$ g\in \overline{\Omega}_M^2(\varphi;R^+), $由引理4, 有
下面估计上式中的$ \|M_ng-g\|_M, $利用$ g $的泰勒展式
其中$ R_2(g, t, x)= \int_{x}^{t}(t-u)g''(u) \mathrm{d} u, $则$ M_n(g;x)-g(x)=M_n\left[(t-x)g'(x)\right]+M_n\left(R_2(g, t, x);x\right), $下面证明以下不等式的有效性
由Orlicz空间中的$ H\ddot{o}lder $不等式
由文献[1]可得当$ x<t $时,
当$ x>t $时,
故当$ x\in \left[0, \frac{1}{u_1(n-3m)}\right] $时, 由文献[1]有
当$ x\in\Big[\frac{1}{u_1(n-3m)}, \infty\Big) $时, 由文献[1]有
从而
另一方面, 对所有的$ g\in \overline{\Omega}_M^2(\varphi;R^+), $有
上式可由文献[4]的定理9.5.3(a)(c)式的证明得. 结合(3.1)式可得
对所有的$ g\in \overline{\Omega}_M^2(\varphi;R^+), $取下确界
定理2 令$ n\in N, n>3m, $则$ \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\|M_nf-f\|_M=0. $
证 由$ \omega_\varphi^2\left(f, \left((n-3m)u_1\right)^ {-\frac{1}{2}}\right)_M $和$ \overline{K}_\varphi^2\left(f, \left((n-3m)u_1\right)^{-1}\right)_M $的等价性可证.
定义
即可得$ \|f\|_{M, 2r}=\left\|\frac{f}{1+\cdot^{2r}}\right\|_M. $
引理5 令$ f\in L_{M, 2r}^*[0, \infty), r\in N. $有$ \|M_nf-f\|_{M, 2r}\leq C\|f\|_{M, 2r}. $
证 由Orlicz空间中的Hölder不等式
因为
由文献[1]得
则
其中$ C $是独立于$ n $的常数, 且在不同位置取值不同. 证毕.
定理3 令$ w $是整个实轴上的正连续函数, 且满足条件$ \int\limits_{[0, \infty)}t^cw(t) \mathrm{d} t<\infty, $其中$ c $为某一常数. 令$ (L_n)_{n\in N} $是$ L_{M, w}^*[0, \infty)\rightarrow L_{M, w}^*[0, \infty) $的非一致有界的正线性算子, 满足条件
则对$ \forall f\in L_{M, w}^*[0, \infty) $, 有$ \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\left\|L_nf-f\right\|_{M, w}=0. $
当$ w(x)=(1+x^{2r})^{-1} $时, 得到下述定理.
定理4 令$ f\in L_{M, w}^*[0, \infty), r\in N. $则$ \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\left\|M_nf-f\right\|_{M, w}=0. $
证 由定理3, 只须证明以下三个条件$ \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\left\|M_n(t^v;x)-x^v\right\|_{M, w}=0, v=0, 1, 2. $ $ v=0 $时, 因为$ M_n(1;x)=1 $, 上式显然成立. $ v=1 $时, 由引理2, 对$ n>2m $, 有
当$ n\rightarrow \infty $时成立. $ v=2 $时, 由引理2, 对$ n>3m $, 由文献[1], 有
当$ n\rightarrow \infty $时成立. 证毕.
算子$ M_n(f) $在以下情况下可以转化为我们所熟知的算子
(1) 若令$ K_n(x, t, u)=[1+t+ux]^{-1}, \alpha_n=n, \psi_n=\frac{1}{n}, m=1 $, 算子降低为Baskakov-Durrmeyer算子$ B_n(f;x)=(n-1)\sum_{k=0}^{\infty}v_{n, k}(x)\int_{0}^{\infty}v_{n, k}(x)f(t) \mathrm{d} t, $其中$ v_{n, k}(x)=\binom{n+k-1}{k}\frac{x^k}{(1+x)^{n+k}}. $
(2) 若令$ K_n(x, t, u)= e^{-n(t+ux)}, \alpha_n=n, \psi_n(0)=\frac{1}{n}, m=0 $, 算子降低为Szasz-Durrmeyer算子$ S_n(f;x)=n\sum_{k=0}^{\infty}p_{n, k}(x)\int_{0}^{\infty}p_{n, k}(t)f(t) \mathrm{d} t, $其中$ p_{n, k}(x)=e^{-nx\frac{(nx)^k}{k!}}. $
定理5 若$ f\in L_{M, w}^*[0, \infty), $则$ \|S_nf-f\|_M\leq C\left\{\omega_\varphi^2\left(f, n^{-\frac{1}{2}}\right)_M+n^{-1}\|f\|_M\right\}. $
若$ f\in L_{M, w}^*[0, \infty), n>3, $则$ \|B_nf-f\|_M\leq C\left\{\omega_\varphi^2\left(f, (n-3)^{-\frac{1}{2}}\right)_M+(n-3)^{-1}\|f\|_M\right\}. $