КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-21-00526

НазваниеОптимальное восстановление неограниченных операторов в функциональных пространствах и родственные экстремальные задачи

РуководительАрестов Виталий Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-109 - Вещественный и функциональный анализ

Ключевые словаприближение функций и операторов; оптимальное восстановление; неравенства Колмогорова и братьев Неванлинна; экстремальные свойства полиномов и целых функций

Код ГРНТИ27.27.00, 27.25.19


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на расширение исследований в нескольких актуальных, принципиальных областях теории приближения функций и операторов в пространствах Лебега и более общих пространствах, преддуальных для пространства мультипликаторов, функций одного и нескольких вещественных переменных и пространствах аналитических функций также одного и нескольких комплексных переменных. Оптимальное восстановление значений неограниченных операторов, включая операторы дифференцирования, по различного рода неточной информации о функциях, такой как приближенно заданные значения функций, их преобразования Фурье, значения аналитических функций на подмножестве границы; вычисление модуля непрерывности операторов, в частности, точные одномерные и многомерные неравенства типа неравенств Колмогорова для дифференцируемых функций и теоремы о двух константах для аналитических функций; приближение неограниченных операторов ограниченными; экстремальные задачи для алгебраических и тригонометрических полиномов, целых функций. Заявленная в проекте научная проблематика является важной и трудной классической областью математики. Она имеет большое значение как для внутреннего развития теории (теории приближения функций, гармонического анализа, теории аналитических функций), так и для применений в различных разделах математики и ее приложений. Спецификой данного проекта является расширение классов рассматриваемых функциональных пространств, расширение постановок задач, разработка новых методов, построение оптимальных (наилучших, точных) решений. Планируемые для исследования задачи оптимального восстановления и наилучшего приближения неограниченных операторов ограниченными, точные неравенства типа неравенств Колмогорова и Адамара как в классических пространствах Лебега функций одного и нескольких переменных, так и в пространствах, преддуальных для пространств мультипликаторов, пространствах аналитических функций одного и многих комплексных переменных возникают во многих разделах математики и их приложениях. Задача Чебышева о многочленах, наименее уклоняющихся от нуля на компактах комплексной плоскости, точные неравенства Маркова - Бернштейна для алгебраических и тригонометрических многочленов имеют большую историю и важны для различных областей математики и науки в целом. К примеру, задача Чебышева на компактах комплексной плоскости изучается, начиная с середины восемнадцатого века. Она связана с геометрическими характеристиками компакта; важна для вычислительной математики и теории функций. Неравенства Бернштейна, Сеге и Бернштейна - Сеге для тригонометрических полиномов в пространствах $L^p$, $1\le p\le \infty,$ довольно хорошо изучены; участники данного проекта имеют существенные результаты в этой тематике в пространствах $L^p$ при $0\le p<1.$ Однако в этой тематике существует ряд нерешенных проблем даже для тригонометрических полиномов, тем более, для целых функций; в частности, неизвестно неравенство Сеге при $0\le p<1.$

Ожидаемые результаты
Запланировано построение оптимального метода восстановления функционала, сопоставляющего значениям на подмножестве границы аналитической в области функции многих переменных ее значение в точке области; будут рассмотрены различные области (в частности, поликруг, шар и трубчатая область над конусом), различные классы функций и подмножества границы разных размерностей; в ряде случаев будет получено точное решение задач. Планируется распространить полученные результаты на случай оптимального восстановления оператора, сопоставляющего значениям на подмножестве границы аналитической в области функции ее сужение на подмножество области. Запланировано построение оптимальных методов восстановления значений неограниченных операторов, в частности, операторов дифференцирования, по неточной информации в задании функций, их преобразовании Фурье, иной приближенной информации, вычисление модуля непрерывности оператора, исследование родственных задач наилучшего приближения неограниченных операторов ограниченными. Построение преддуального пространства $F_{r,s}$ для пространства мультипликаторов пары пространств Лебега $L^r=L^r(R^m)$ и $ L^s$, отличного от пространства Фига-Таламанки, удобного в тематике приближения неограниченных операторов типа свертки ограниченными операторами в пространствах Лебега. Применение этого результата в задачах восстановления и наилучшего приближения операторов дифференцирования. В частности, исследование задачи наилучшего равномерного приближения на оси оператора дифференцирования порядка $k$ в пространстве Лебега на классе функций с ограниченной производной порядка $n (0<k<n)$ ограниченными в паре других пространств Лебега операторами. Вычисление наилучших констант в соответствующем классическом и неклассическом варианте неравенства типа Колмогорова между равномерной нормой промежуточной производной функции, $F_{r,s}$-нормой функции и $F_{p,q}$-нормой старшей производной функции. Будет проведено исследование ряда экстремальных задач для алгебраических многочленов на компактах комплексной плоскости и целых функций; в том числе, исследование задачи Чебышева о многочленах, наименее уклоняющихся от нуля, неравенства Маркова для алгебраических многочленов, не обращающихся в нуль в области; точного неравенства Бернштейна - Сеге для операторов Сеге - Вейля для целых функций в пространствах $L^p, 0\le p\le \infty$. Предполагаемая работа носит теоретический характер. Будут получены решения актуальных задач, планируемые результаты могут послужить серьезным толчком для дальнейшего развития новых направлений теории.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведены научные исследования фундаментального характера проблем теории оптимального восстановления и наилучшей аппроксимации функций, операторов и родственных экстремальных задач. Основные полученные результаты следующие. 1. Исследовано несколько взаимосвязанных экстремальных задач для голоморфных функций в поликруге $D^m$, $m\ge 2$. Получено точное неравенство между значением голоморфной функции в $D^m$ и весовыми $L^{p_1}(G_1)$ и $L^{p_0}(G_0)$, $0<p_0, p_1 \le \infty$, нормами ее предельных значений на двух измеримых подмножествах $G_1$ и $G_0=S^m\setminus G_1$ остова $S^m$, являющееся аналогом теоремы братьев Неванлинна о двух константах. Изучено, когда неравенство дает значение модуля непрерывности функционала голоморфного продолжения функции в заданную точку поликруга с части остова $G_1$. В этих случаях решены соответствующие задачи оптимального восстановления функции по приближенно заданным значениям на $G_1$ и наилучшего приближения функционала продолжения функции в поликруг с части остова $G_1$. Полученные результаты перенесены на случай произвольных полицилиндрических областей. 2. Для пространства $(p,q)$-мультипликаторов пары пространств Лебега на $m$-мерном евклидовом пространстве предъявлено преддуальное банахово функциональное пространство. Это пространство описано в терминах, отличных от использованных ранее в подобной ситуации А.Figa-Talamanca и G.I.Gaudry (1967). Построенное пространство применено в задаче Стечкина о приближении оператора дифференцирования ограниченными операторами в пространствах Лебега на оси. 3.1. Изучена задача Чебышева о многочленах, наименее уклоняющихся от нуля на компакте $K$ с ограничением на расположение корней многочленов, а именно на множестве $P_n(G)$ многочленов степени $n$ с единичным старшим коэффициентом, не обращающихся в нуль в открытом множестве $G$. Получено точное решение для $K = [−1, 1]$ и $G$ - круга с радиусом $R \ge r_n$, где $r_n$ - определенная величина такая, что $r_n^2\ge (\sqrt(5) − 1)/2$. Введено понятие постоянной Чебышева компакта $K$ относительно открытого множества $G$. Для произвольного компакта $K$, принадлежащего замыканию круга и содержащего его центр, доказано, что постоянная Чебышева компакта $K$ относительно круга равна радиусу круга. 3.2. Получено точное неравенство Бернштейна - Сеге для оператора Вейля - Сеге с производной (вещественного) порядка $\alpha\ge 1$ в пространствах $L^p$, $1\le p \le\infty$ для целых функций экспоненциального типа. Доказано, что точная константа неравенства равна $\sigma^\alpha$. 3.3. На множестве тригонометрических полиномов порядка $n$ исследовано неравенство Бернштейна - Сеге для производной Рисса и сопряженной производной Рисса вещественного порядка $\alpha \ge 0$. В каждом из этих случаев для любого $n$ точно описано множество таких значений $\alpha$, для которых точная константа неравенства имеет классическое значение $n^\alpha$ во всех пространствах $L^p$, $0 \le p \le \infty$.

 

Публикации

1. Арестов В.В. Преддуальные пространства для пространства (p,q)-мультипликаторов и их применение в задаче Стечкина о приближении операторов дифференцирования Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й международной Саратовской зимней школы. Саратов: Саратовский университет, 2022., С. 33-39 (год публикации - 2022)

2. Арестов В.В. Predual spaces for the space of (p; q)-multipliers and their application in Stechkin's problem on approximation of differentiation operators Analysis Mathematica, Vol. 49, No. 1. P. 43-65 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s10476-022-0184-0

3. Леонтьева А.О. Неравенство Бернштейна - Сеге для производной Рисса тригонометрических полиномов в пространствах $L_p$, $0 \le p \le \infty,$ с классическим значением точной константы Математический сборник, Т. 214, № 3. С. 135-152 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.4213/sm9822

4. Пестовская А.Э. Многочлены, наименее уклоняющиеся от нуля, с ограничением на расположение корней Труды Института математики и механики УрО РАН, Т. 28, № 3. С. 166-175 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21538/0134-4889-2022-28-3-166-175


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В 2023 году научная группа проводила научные исследования фундаментального характера проблем теории оптимального восстановления и наилучшей аппроксимации функций и операторов и родственных экстремальных задач. 1. Исследованы взаимосвязанные экстремальные задачи для голоморфных функций в $n$-мерном комплексном шаре $B_n$, $n\ge 2$. Получены неравенства между значением голоморфной функции в $B_n$ и весовыми $L^{p_1}(G_1)$ и $L^{p_0}(G_0)$, $0<p_0, p_1 \le \infty$, нормами ее предельных значений на двух измеримых подмножествах $G_1$ и $G_0=S_n\setminus G_1$ сферы $S_n$, являющиеся аналогами теоремы братьев Неванлинна о двух константах, в терминах представляющих мер ($\mathcal{M}$-гармонической и гармонической) подмножеств сферы. В случаях, когда множества разбиения сферы имеют совпадающие представляющие меры (плюригармонические), неравенство является точным, дает значение модуля непрерывности функционала голоморфного продолжения функции в заданную точку поликруга с части сферы $G_1$. В этих случаях решены соответствующие задачи оптимального восстановления функции по приближенно заданным значениям на $G_1$ и наилучшего приближения функционала голоморфного продолжения функции в шар с части сферы $G_1$. (Р.Р.Акопян) 2. В варианте $E_{n,k}(N;r,r;p,p)$ четырехпараметрической задачи Стечкина $E_{n,k}(N;r,s;p,q)$ о наилучшем приближении операторов дифференцирования порядка $k$ на классе $n$ раз дифференцируемых функций $(0<k<n)$ в пространствах Лебега на числовой оси даны конструктивные, близкие между собой двусторонние оценки значения $E_{n,k}(N;r,r;p,p)$ задачи при любых $0<k<n$. В исследовании использована связь задачи Стечкина с аналогичной задачей в преддуальных пространствах $F(p,q)$ для пространств $(p,q)$-мультипликаторов, полученная В.В.Арестовым ранее, и описание преддуальных пространств, полученное в данном проекте в прошлом году. Как следствие, это дает, в частности, близкие к точному неравенства Колмогорова для дифференцируемых функций между равномерными нормами промежуточных производных, $F(r,r)$-нормами функций и $F(p,p)$-нормами старших производных. (В.В.Арестов) 3. Изучена задача Чебышева о многочленах, наименее уклоняющихся от нуля относительно $L^p$-средних на отрезке $[−1; 1]$ с ограничением на расположение нулей многочленов, а именно, на множестве многочленов степени $n$ с единичным старшим коэффициентом, не обращающихся в нуль в открытом круге радиуса $R \ge 1$. Получено точное решение для геометрического среднего (при $p = 0$) для всех $R \ge 1$, а также при $0 < p < \infty$ для всех $R \ge 1$ в случае многочленов четной степени. Для многочленов нечетной степени получены двусторонние оценки величины наименьшего уклонения. Найдена точная константа неравенства Маркова - Бернштейна между равномерной нормой на отрезке $[−1; 1]$ производной порядка $k$ многочлена и его средним геометрическим на отрезке $[−1; 1]$ на классе алгебраических многочленов, не обращающихся в нуль в открытом круге радиуса $R \ge 1$. (А.Э.Рокина (Пестовская)) 4. Для класса Бернштейна целых функций экспоненциального типа, ограниченных на вещественной оси, получена интерполяционная формула для производной Рисса порядка $0 < \alpha < 1$ целой функции с положительными коэффициентами. Эта формула имеет неравномерные узлы – нули соответствующей функции Бесселя. С использованием интерполяционной формулы получено точное неравенство Бернштейна для производной Рисса порядка $0 < \alpha < 1$ целых функций экспоненциального типа в пространстве $C(\mathbb{R});$ явно выписаны точная константа неравенства и экстремальная функция (функция, на которой неравенство обращается в равенство), это квадрат функции Бесселя. (А.О.Леонтьева) Полученный результат является прорывным в данной тематике. Неравенства Бернштейна для производных порядка $\alpha \ge 1$ хорошо изучены. Результаты при таких значениях параметра $\alpha$ использовали интерполяционные формулы по равномерной сетке узлов, и были получены в работах М.Рисса (1914) и Г.Сеге (1928), С.Н.Бернштейна (1935), Г.Т.Соколова (1935), П.Сайвина (1941), П.И.Лизоркина (1965), А.И.Козко (1998), О.Л.Виноградова (2007). При $0 < \alpha < 1$ точных результатов ранее не было. Для его получения была построена интерполяционная формула нового типа - по неравномерным узлам. Промежуточные результаты исследований обсуждались на еженедельном научно-исследовательском семинаре «Экстремальные задачи теории функций и операторов» под руководством профессора В.В.Арестова в Уральском федеральном университете (http://kma.kmath.ru/arestov/seminar.html). Полученные научные результаты представлены в докладах на ряде российских и международных научных конференций. По проекту подготовлены и приняты в печать 4 публикации членов научного коллектива в ведущих рецензируемых российских научных журналах.

 

Публикации

1. Акопян Р.Р. Оптимальное восстановление голоморфной в поликруге функции по приближенным значениям на части остова Математические труды, Т. 26, №2. С. 3-29 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33048/mattrudy.2023.26.201

2. Арестов В.В. Approximation of differentiation operators by bounded linear operators in Lebesgue spaces on the axis and related problems in the spaces of (p, q)-multipliers and their predual spaces Ural Mathematical Journal, - (год публикации - 2023)

3. Леонтьева А.О. Неравенство Бернштейна для производной Рисса порядка $0 < \alpha < 1$ целых функций экспоненциального типа в равномерной норме Математические заметки, Т. 115, вып. 2 (год публикации - 2024)

4. Леонтьева А.О. Неравенство Бернштейна для производной Рисса дробного порядка, меньшего единицы, целых функций экспоненциального типа Доклады Российской Академии наук. Математика, информатика, процессы управления, - (год публикации - 2023)

5. Рокина А.Э. Polynomials least deviating from zero in $L^p(-1;1) $, $0 \le p \le \infty$, with a constraint on the location of their roots Ural Mathematical Journal, - (год публикации - 2023)


Возможность практического использования результатов
не указано