МАТЕМАТИКА

УДК 517.53

Р.А. Багиян

О сходимости квазиполиномов типа Бернштейна - Хаусдорфа
к неограниченным функциям

(Представлено академиком В.С.Закаряном 26/IV 2001)

   1. Пусть {li} - произвольная неубывающая последовательность действительных чисел, удовлетворяющая условиям
0 = l0 < l1 Ј l2 Ј ј Ј ln Ј ј
lim
n®Ґ 
ln = +Ґ,
Ґ
е
n=1 
1
ln
= +Ґ.
(1)

В работе автора [1] для произвольной непрерывной на [0,+Ґ) функции f(x) введены квазиполиномы типа Бернштейна - Хаусдорфа

n
е
k=0 
f(sn,k)wn,k(x),
(2)

 

(3)

где sn,k =-узлы интерполяции, а контур C охватывает все особенности подынтегральной

функции. Была установлена равномерная сходимость квазиполиномов типа (2) к произвольной непрерывной на [0,+Ґ] функции f(x), а также дано обобщение теоремы Вороновской [2]. Эти квазиполиномы существенно использованы при решении проблемы моментов [3]. Заметим, что при lj = j, e-x = t из квазиполиномов (2) получаются классические полиномы С.Н.Бернштейна

n
е
k=0 
f( k
n
)Cnk tk(1 - t)n-k,   0 Ј t Ј 1.

При решении аппроксимационной задачи сначала были построены квазиполиномы типа Бернштейна - Хаусдорфа для функции e-lx l > 0, x О [0,+Ґ], имеющие вид

Bn[e-lx] = n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 - l
lj
ц
ч
ш
ь
э
ю
wn,k(x),
(4)

и установлена их сходимость к функции e-lx. Далее доказана лемма, утверждающая, что при условии (1) на последовательность {lj}


lim
n® Ґ 
n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 - l
lj
ц
ч
ш
- e-lsn,k ь
э
ю
wn,k(x) = 0

и с использованием теоремы Вейерштрасса осуществлен переход к произвольной непрерывной функции f(x).
   Целью данной работы является доказательство равномерной сходимости квазиполиномов типа Бернштейна - Хаусдорфа (4) для функции elx
Bn[ elx] = n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + l
lj
ц
ч
ш
ь
э
ю
wn,k(x)
(5)

к функции elx (l > 0), которая не ограничена в промежутке [0,+Ґ). Доказательство разобьем на несколько этапов.
   2. Для любой последовательности {ln} и l имеет место следующее тождество [3]:
1
x - l
= n
е
k=0 
n
Х
j=k+1 
(lj + l)

n
Х
j=k 
(x + lj)
+ rn(x,l),
где
rn(x,l) =
n
Х
j=0 
(lj + l)

(x - l) n
Х
j=0 
(x + lj)
.

Если обе части этого тождества умножить на [1/(2pi)]exxdx и проинтегрировать по контуру C, содержащему все особенности подынтегральной функции, то придем к следующему важному соотношению при l > 0 и lj і 0:

elx = n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + l
lj
ц
ч
ш
ь
э
ю
wn,k(x) + rn(x;l),
(6)
где

 

(7)
а контур C охватывает особенности подынтегральной функции в точках l и -lj, j = 0, 1, 2, ј, n.
   Требуется доказать, что

lim
n®Ґ 
rn(x;l) = 0
(8)

равномерно по x в промежутке [0,A] при всяком A > 0.
   В выражении (7) для rn(x;l) произведем подстановку x - 2l = x1, обозначим lj + 2l = mj, j = 0, 1, 2,ј,n и заметим, что
m0 = 2l,
lim
j®Ґ 
mj = +Ґ Ґ
е
j=1 
1
mj
= Ґ
е
j=1 
1
lj + 2l
= +Ґ.
Тогда

 

й
к
л
n
Х
j=0 
(1 - l
mj
) щ
ъ
ы
e2lx
2pi

у
х
C1 
 

exx1dx1


(x1 + l) n
Х
j=0 
(1 + x1
mj
)
.

Контур C1, охватывающий особенности подынтегральной функции в точках x1 = -l, x1 = -mj, j = 0,1,2,ј,n (m0 = 2l), заменим на прямую (-d - iҐ, -d + iҐ), где 0 < d < [(l)/2]. Тогда

rn(x;l) = Pn(l) · Qn(x;l),
где
Pn(l) = n
Х
j=0 
ж
з
и
1 - l
mj
ц
ч
ш
Qn(x;l) = e2lx
2pi
d+iҐ
у
х
d-iҐ 
 

exxdx


(x + l) n
Х
j=0 
ж
з
и
1 + x
mi
ц
ч
ш
.
Далее устанавливаются следующие оценки:
 

б) |Qn(x;l)| < B(l,d,x)
где B(l;d,x) - постоянная, не зависящая от n. Итак, будем иметь
|rn(x;l)| = |Pn(l) · Qn(x;l)| <
< B(l,d,x) < B*(l;d,x).
Так как d < [(l)/2], то при n ® Ґ за счет расходимости ряда получим

lim
n®Ґ 
rn(x;l) = 0.

Таким образом доказана следующая
   Теорема. Если последовательность {lj} удовлетворяет условиям (I), то квазиполиномы типа Бернштейна - Хаусдорфа Bn[elx], определяемые формулами (5), равномерно сходятся к неограниченной функции elx, l > 0, т.е.

lim
n®Ґ 
Bn[elx] =
lim
n®Ґ 
n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + l
lj
ц
ч
ш
ь
э
ю
wn,k(x) = elx
равномерно по x О [0,A] при всяком A > 0.
   3. Рассмотрим теперь частные случаи. Приняв в соотношении (6) lj = j, e-x = t, 0 < t Ј 1, получим
1
tl
= n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + l
j
ц
ч
ш
ь
э
ю
Cnk tk(1 - t)n-k + rn(-ln t; l), l > 0,
где

 

В силу доказанной теоремы

lim
n®Ґ 
rn*(t; l) =
lim
n®Ґ 
rn(-ln t, l) = 0,  0 < t Ј 1, l > 0.
и имеем сходимость аналогов полиномов С.Н.Бернштейна
n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + l
j
ц
ч
ш
ь
э
ю
Cnk tk(1 - t)n-k,  l > 0
(9)

к неограниченной функции [1/(tl)] равномерно в промежутке d Ј t Ј 1 при всяком d > 0. Интересен случай l = 1. Тогда

 

и полиномы (9) будут иметь вид
n
е
k=0 
м
н
о
n
Х
j=k+1 
ж
з
и
1 + 1
j
ц
ч
ш
ь
э
ю
Cnk tk(1 - t)n-k =
= n
е
k=0 
 

1


k+1
n+1
Cnk tk(1 - t)n-k;

они аппроксимируют функцию [1/t] равномерно в промежутке d Ј t Ј 1, "d > 0. Кстати, в этом частном случае сходимость можно доказать проще. Действительно, в выражении rn*(t;1) сделаем замену переменной x - 1 = x1, dx = dx1. Тогда
= n!t-1
2pi

у
х
C1 
 

t-x1dx1


x1 n+1
Х
k=1 
(x1 + k)
,

где контур C1 охватывает особенности подынтегральной функции в точках x1 = 0, -1, -2, ј - (n + 1). Известно, что

(1 - t)n = n!
2pi

у
х
C1 
 

t-x1dx1


x1 n
Х
k=1 
(x1 + k)
.
Следовательно,
rn*(t;1) = t-1(n + 1)!
(n + 1)2pi

у
х
C1 
 

t-x1dx1


x1 n+1
Х
k=1 
(x1 + k)
= t-1(1 - t)n+1
n + 1
.
Отсюда при t О [d;1], d > 0

lim
n®Ґ 
rn*(t;1) =
lim
n®Ґ 
t-1(1 - t)n+1
n + 1
= 0,
что и требовалось.

     Государственный инженерный университет Армении

Литература

     1. Багиян Р.А. - ДАН АрмССР. 1975. Т.61. N3. С.129-136.
     2. Багиян Р.А. - ДАН Армении. 1995. Т.96. N2-4. С.15-19.
     3. Багиян Р.А. - Изв. АН АрмССР. Математика. 1991. Т.26. N1. С. 324-342.