МАТЕМАТИКА

УДК 517

А. А. Саргсян

О квазигриди базисности системы Фабера - Шаудерa

(Представлено чл.-кор. НАН РА Г. Г. Гeворкяном 25/V 2005)

   Пусть Y = ормированный базис в банаховом пространстве X. Тогда для каждого элемента f О X существует единственный ряд по системе , сходящийся к f по норме пространства X:
f = Ґ
е
n=1 
An(f)yn.

   Пусть элемент f О X задан. Перестановку натуральных чисел s = назовем убывающей, если

|As(n)(f)| і |As(n+1)(f)|,  n = 1,2,...

Множество таких перестановок обозначим через D(f, Y). В случае строгих неравенств D(f, Y) содержит только одну убывающую перестановку. Определим m гриди аппроксимант элемента f по базису Y, отвечающий перестановке s О D(f,Y) следующим образом:

Gm(f) = Gm(f, Y, s) = m
е
n=1 
As(n)(f)ys(n).

Этот нелинейный метод аппроксимации известен как гриди алгоритм (см. например [1]). Гриди алгоритмы для банаховых пространств, относительно нормированных базисов изучены Конягиным, Темляковым [1], ДеВором [2], Войтащиком [3], Григоряном [4,5] и др. (см. [6,7]).
   Определение 1. Говорят, что гриди алгоритм элемента f О X по системе Y сходится, если существует s О D(f,Y), для которой

||Gm(f, Y, s) - f||X = 0 .
(1)

   Если базис Y является безусловным, то ясно, что последовательность операторов сходится к f О X независимо от выбора s О D(f, Y).
   Определение 2. Система Y = называется квазигриди в X, или квазигриди базисом в (Y), если для каждого элемента f О(Y) и для любой перестановки s О D(f, Y) выполняется (1).
   В работе [2] доказана следующая
   Теорема [Войтащик]. Для того, чтобы базис Y был квазигриди базисом в X, необходимо и достаточно, чтобы для каждого элемента f О X, для всякой перестановки s О D(f, Y) и для любого натурального числа m выполнялось неравенство

||Gm(f, Y, s) ||X Ј B0 · ||f||X ,
где постоянная B0 не зависит от f и от m.
   Напомним определение системы Фабера - Шаудера. Это система функций F =, x О [0,1], в которой
j0(x) = 1;  j1(x) = x;   x О [0,1]
и при n = 2k + i;  k = 0, 1, ... ;  i = 1, 2, ..., 2k
jn(x) = j2k+i(x) = jk(i)(x) = м
п
п
п
п
н
п
п
п
п
о
0,
если x П ( i-1
2k
, i
2k
),                                       
1,
если  x = 2i-1
2k+1
,                                                       (2)
линейна
и непрерывна на [ i-1
2k
, 2i-1
2k+1
], [ 2i-1
2k+1
, i
2k
].

k называется рангом функции jk(i)(x). Носитель функции jn(x) , n = 2,3,... системы (3) обозначим через Dn, а точку, где jn(x) = 1 , n = 2, 3, ..., через xn.
   В работе [7] доказано, что в пространстве C[0,1] не существует квазигриди базиса. Следовательно, в случае системы Фабера - Шаудера (система Фабера - Шаудера базис в пространстве C[0,1], см. [8]) для любого положительного числа B существуют функция f0 О C[0,1], перестановка s0 О D(f, F) и натуральное число m0, для которых ||Gm0(f0, F, s0 ) ||C > B · ||f0||C.
   Отметим, что доказательство этого результата не имеет конструктивного характера.
   В настоящей работе приведено конструктивное доказательство этого результата со следующим усилением:
   Теорема 1. Для любого x0,

x0 О E0 = м
н
о
3i - 2
3 · 2k
 ,  3i - 1
3 · 2k
 ; k = 0, 1, ... ; i = 1, 2, ..., 2k ь
э
ю
 
существуeт функция f0 О C[0,1], такая что
Gm(f0, F, s, x0) == +Ґ ,
каково бы ни было s О D(f0,F).
   Пусть S = возрастающая последовательность натуральных чисел, а L (n) - число элементов S меньше n. Положим
r(S) = sup sup

L(n + m) - L(n)
m
.

r(S) называется плотностью множества S.
   Пусть FSў = такая подсистема системы (3), что носители функций jnўk(x), k = 1, 2, ..., попарно не пересекаются (например FSў =. Очевидно, что FSў является безусловным, следовательно и квазигриди базисом в замыкании своей линейной оболочки и r(Sў) = 0.
   Справедлива следующая
   Теорема 2. Существует подсистема FS системы Фабера - Шаудера с r(S) = 0, которая не является квазигриди системой в C[0,1].
   Пусть FS = некоторая подсистема системы (2), S0 =О S некоторое подмножество множества S и носитель функции , j = 1, 2, .... Очевидно, что для всякой S0 =О S пересечение либо пусто, либо точка отрезка [0,1].
   Если = x0 О [0,1] , то точку x0 назовем точкой сгущения носителей функций подсистемы FS.
   Верна следующая
   Теорема 3. Для того, чтобы подсистема FS = системы (2), являлась квазигриди базисом в замыкании своей линейной оболочки, необходимо, чтобы носители функций этой подсистемы не имели точек сгущения в множестве E0.
   Рассмотрим подсистему

 

(3)

в которой jn1(x) = j2(x) = j20+1(x) (носителем Dn1 является интервал (0,1) , xn1 1/2) , jn2(x) = j3(x) = j21+1(x) (носителем Dn2 является левая половина интервала Dn1 , xn2 = 1/4) , jn3(x) = j6(x) = j22+2(x) (носителем Dn3 является правая половина интервала Dn2 , xn3 = [(1/2+1/4)/2]), и т.д. Носителем функции jn2m+1(x) является правая половина интервала Dn2m (xn2m+1 = [(xn2m-1+ xn2m)/2]), а носителем функции jn2m+2(x) является левая половина интервала Dn2m+1 (xn2m+2 = [(xn2m+ xn2m+1)/2]) , m = 1, 2, ... .
   Нетрудно показать, что все функции подсистемы (3) имеют одно и то же значение в точке 1/3:

jnm ж
з
и
1
3
ц
ч
ш
= 2
3
 , m = 1, 2, ...  .

Более того, нетрудно доказать, что для каждой точки x0 О E0 существуeт подсистема FS = такая, что jnk(x0) = 2/3 , k = 1, 2, ... .
Совокупность таких подсистем обозначим через .
   Ясно, что для каждой подсистемы = FS О ряд |jnk(x) - jnk-1(x)| сходится в каждой точке x О [0,1]. Положим

L1(x) = Ґ
е
k=2 
|jnk(x) - jnk-1(x)| .
При доказательстве теорем используется следующая
   Лемма. Для каждой подсистемы = FS О,
L1(x) < 3 , "x О [0,1] .
   Пусть
Ґ
е
k=1 
ak = 1 + 1
2
- 1
2
+ 1
3
+ 1
4
- 1
4
... .
(4)

и A некоторое конечное число. По схеме Римана переставим члены ряда (4) так, чтобы он сходился к A. Члены переставленного ряда обозначим через Ak, т.е.

Ґ
е
k=1 
Ak = A.
(5)
   Рассмотрим следующий ряд:
Ґ
е
k=1 
Akjnk(x) ,
(6)

где = FS О, члены ряда (5). Пусть x0 О [0,1] точка, в которой функции этой подсистемы принимают значение 2/3. Ясно, что ряд (6) сходится в каждой точке x О [0,1], так как

Ґ
е
k=1 
Akjnk(x0) = 2
3
Ґ
е
k=1 
Ak = 2
3
A,
а при x О [0,1]\{x0} он представляет собой конечную сумму.
   Положим
f0(x) = Ґ
е
k=1 
Akjnk(x).

Проведя преобразование Абеля и используя лемму , нетрудно показать, что ряд (6) сходится к f0(x) равномерно.
   Пусть x0 О E0 произвольная точка и FS =О такая подсистема системы (2), что jnk(x0) = 2/3 ,  k = 1, 2, .... Из равномерной сходимости ряда (6) следует, что

f0(x) = Ґ
е
k=1 
Akjnk(x) О(FS),
где члены ряда (5). Из построения ряда (6) следует, что при некоторой s О D(f0,FS)
Gm(f0, FS, s, x0) = m
е
k=1 
As(k)jns(k)(x0)  = 2
3
m
е
k=1 
ak.
Нетрудно видеть, что r(S) = 0 и для любой s О D(f0,FS),
Gm(f0, FS, s, x0) = +Ґ.
   Теоремы доказаны.
   В заключение выражаю благодарность профессору М. Г. Григоряну, под руководством которого выполнена эта работа.

   Ереванский государственный университет

Литература

    1. Konyagin S. V., Temlyakov V. N. - East J. on Approx. 1999. V. 5. P. 1-15.
    2. De Vore R. A., Temlyakov V. N. - Advances in Computational Math. 1996. N5. P. 173-187.
    3. Wojtaszczyk P. - J. Approx. Theory. 2000. V. 107. P. 293-314.
    4. Григорян М. Г. - Изв. НАН Армении. 2004. V. 39. N5. P. 1-14.
    5. Grigoryan M. G. - Harmonic analysis and approximations II. 2003. International conference. Abstrac.
    6. Гогян С. Л. - ДНАН Армении. 2005. V. 105. N1. P. 5-9.
    7. Dilworth S. J., Kalton N. J., Kutzarova D. - STUDIA MATHEMATICA. 2003. V. 159(1). P. 67-101.
    8. Schauder J. - Math. Zeit. 1927. Bd. 26. S. 47-65.