МАТЕМАТИКА

УДК 517.55

А. И. Петросян

О множествах пика и интерполяции гладких функций в полидиске

(Представлено академиком H. У. Аракеляном 7/VII 2006)

   Ключевые слова: полидиск, пик, интерполяция, гладкие функции

   1. Работа посвящена исследованию множеств пика и тесно связанных с ними множеств интерполяции для алгебр Am,a(Un). Приведем необходимые определения. Пусть
Un = {z = (z1, ј, zn) О Cn :    |zi| < 1,    i = 1, ј, n} - единичный полидиск в
пространстве Cn;
Tn={z О Cn |zi| = 1,  i = 1, ј, n} - его остов.
Для заданного целого числа m, m і 0, и a О (0,1] обозначим через Am(Un) алгебру функций, голоморфных в Un, производные которых порядка m непрерывно продолжаются на замыкание Un, и через Am,a(Un) - подалгебру Am(Un), состоящую из функций, у которых производные порядка m удовлетворяют в Un условию Гёльдера порядка a. Аналогично обозначаются подалгебры Cm(Tn) и Cm,a(Tn) алгебры C(Tn) функций, непрерывных на остове Tn.
   Компактное подмножество K остова называется множеством пика для Am(Un) или Am,a(Un), если существует функция f О Am,a(Un) (соответственно, f О Am,a(Un)) такая, что f = 1 на K и |f(z)| < 1 для всех z О\K.
   Это условие можно задать в эквивалентной форме: существует функция f такая, что

f(z) = 0,    при   z О K,   и   Re f(z) > 0    при   z О\K.
(1)

   Компакт K называется интерполяционным множеством для Am(Un) или Am,a(Un), если для каждой функции f из Cp(TN) (соответственно, Cp,a(TN)) существует F О Am(Un) (F О Am,a(Un)), которая равна f на K.
   2. Задаче описания множеств пика и интерполяции для различных функциональных алгебр посвящено немало работ. Наиболее полно исследован случай полидиск-алгебры A(Un) = A0(Un). Хорошо известно (см. например [1]), что множества пика и интерполяции K М Tn характеризуются тем, что вариация любой ортогональной меры на них равна нулю, т. е. условие |m(K)| = 0 выполняется для всякой борелевской меры m на TN такой, что m^A(Un). Согласно классической теореме М. и Ф. Риссов, всякая мера, ортогональная к диск-алгебре A(U), абсолютно непрерывна. Поэтому в одномерном случае (т. е. n = 1) множества пика и интерполяции для A(U) суть замкнутые подмножества окружности лебеговой меры нуль.
   Для алгебр гладких функций (т. е. при m і 1) дело обстоит иначе. Уже в одномерном случае множества пика и интерполяции не совпадают: множества пика конечны, (см. [2]), а интерполяционные множества могут быть и бесконечными и определяются условием, которое дано в [3].
   Многомерный случай исследован меньше. Для формулировки результатов нам нужно следующее понятие.
   Определение. Гладкое подмногообразие M остова Tn называется интерполяционным многообразием, если в каждой точке q О M касательное пространство Tq(M) пересекается с замкнутым положительным конусом Cq на Tq(Tn), образованным касательными векторами

/q1|q, ј,/qn|q,       qi = arg zi.

только в начале координат.
   Отметим, что, очевидно, размерность M не превосходит n - 1.
   3. В работах [4] и [5] доказано следующее необходимое условие: если K является множеством пика для Am(Un), m і 1, то в некоторой окрестности множества K существует интерполяционное многообразие M гладкости Cm такое, что K М M. Интересно отметить, что этот результат неулучшаем в том смысле, что в общем случае не существует замкнутого подмногообразия M остова с перечисленными свойствами. В статье приведен соответствующий пример.
   В [4] исследована также достаточность этого условия и доказано, что всякое компактное подмножество интерполяционного многообразия класса Cm является множеством пика для Am-4(Un). В теореме 1 этот результат усиливается.
   Теорема 1. Всякое компактное подмножество интерполяционного подмногообразия класса Cm,a, m і 3, на остове полидиска Un является множеством пика для Am-1,a (Un).
   Доказательство теоремы 1 основано на конструкции так называемой "почти аналитической" функции пика (теорема 2), а также на оценке роста производных решения соответствующего -уравнения при подходе к особенностям правой части (лемма 2). При этом достаточно ограничиться компактными подмножествами интерполяционного подмногообразия, имеющего максимально возможную размерность, т. е. n - 1. Это следует из следующей леммы:
   Лемма 1. Пусть M - интерполяционное Cm,a-гладкое подмногообразие остова Tn, имеющее размерность k,  k Ј n - 1. Тогда на Tn существует (n - 1) -мерное интерполяционное подмногообразиетой же гладкости и такое, что M М
   Теорема 2. Пусть M - интерполяционное подмногообразие размерности n - 1 остова полидиска класса Cm,a, m і 3, K - компакт на M. Тогда в некоторой окрестности W этого компакта существуют функция F О Cm,a(W) и константа g > 0 такие, что
   a) F(z) = 0 тогда и только тогда, когда z О K;
   b) Re, F(z) і gd(z, M)2 (z ОЗ W), где d(z, M) - расстояние между z и M;
   c) = O[d(z, M)]m-1+a;
   d) |F(z)| і gd(z, M) (z ОЗ W).
   Доказательство. Пусть D - строго псевдовыпуклая область с границей класса Cm,a, в которую полидиск Un вложен следующим образом:
   1° \Tn М D,
   2° Tn М D,
   3° Tz(M) М(D) для всех z О M
   где (D) - комплексная гиперплоскость, содержащаяся в Tz(D). Условие 3° означает, что M является комплексно-касательным подмногообразием D. Способ построения такой области D изложен в [6].
   Далее, в работе [7] (см. также [8]) доказано, что в некоторой окрестности W компакта K существует ''почти аналитическая'' функция пика F, удовлетворяющая условиям a) и b) для области D, и, следовательно, для вложенного в D полидиска Un. Кроме этого, = 0 на W З M вместе со всеми производными порядка до m - 1 включительно. Поскольку О Cm-1,a(W), то (z) = O[d(z,M)]m-1+a, т. е. имеет место c).
   Отметим, что F = u + iv обладает также следующим свойством:

grad u(z) = - cz
|cz||2
  и  grad v(z) = - tz
|tz||2
,
(2)

где cz - вещественная нормаль в точке z к границе области D, tz = Jcz, а J - оператор в R2n, который соответствует умножению на мнимую единицу i в пространстве Cn R2n.
   Чтобы доказать свойство d), достаточно показать, что для любой точки z О M вдоль направления, касательного к остову и ортогонального к Tz(M), производная функции F отлична от нуля.
   В самом деле, из условия M М D следует, что Tz(M) ^ cz. Так как M имеет комплексно-касательное направление на D, то JTz(M) М(D), поэтому JTz(M) ^ cz, или, что то же, Tz(M) ^ tz. Очевидно,

Tz(Tn) ^ JTz(Tn)    и   Tz(Tn) Е
JTz(Tn) = R2n.
(3)

   Из (3) следует, что Tz(M) ^ JTz(M) и размерность Tz(M) Е JTz(M) составляет 2n - 2. Таким образом, Tz(M) Е JTz(M) является ортогональным дополнением в R2n комплексной нормали = R[cz] Е R[tz] к D в точке z.
   Пусть вектор x касателен к остову в точке z, т. е. x О Tz(Tn), и ортогонален к Tz(M). Из (3) следует, что x ортогонален также и к Tz(M) Е JTz(M), поэтому x О С другой стороны, x ^ tz, откуда следует, что вектор x параллелен tz. Так как согласно (2) tz направлен вдоль градиента v, то xv 0, следовательно, xF 0, т. е. вдоль направления x производная F отлична от нуля.
   Замечание. Обратим внимание на то, что в неравенстве d) d(z,M) участвует в первой, а не во второй степени, как это имеет место в случае строго псевдовыпуклой области. Это улучшение оценки является следствием того, что в отличие от границы строго псевдовыпуклой области остов полидиска не имеет комплексных касательных векторов.
   Пусть K - компактное подмножество интерполяционного многообразия M, окрестность W и функция F удовлетворяют заключению теоремы 2. Пусть, далее, l - вещественная функция класса CҐ с носителем внутри W такая, что 0 Ј l Ј 1 и l = 1 в некоторой окрестности множества K. Определим (0,1)-форму g на \K

   Лемма 2. В области Un уравнение = g имеет решение u(z), бесконечно дифференцируемое на множестве \M и удовлетворяющее условиям:
   1°   |p|u(z)ограничена в Un  при   0 Ј |p| Ј m - 3;
   2°   |p|u(z)= O[d(z, M)]m-3-|p|+a  при  m - 2 Ј |p| Ј m.
   При доказательстве использованы формулы из [9] для решения -уравнения в полидиске, а также рекурpентные формулы для производных, полученные в [10].
   Доказательство теоремы 1. Пусть компакт K М M. В силу леммы 1 можно считать, что M имеет размерность n - 1. Пусть, далее, функции F(z) и u(z) те же, что в теореме 2 и лемме 2. Рассмотрим функцию
v(z) = l(z)
F(z)
- u(z).
Имеем  т. е. v(z) голоморфна в области Un.
Далее,
Re v = l Re F
|f|2
- Re u.
(4)
Согласно лемме 2, функция u(z) ограничена на  Поэтому с учетом пункта b) теоремы 2 из (4) имеем
Re v(z) і -Re u(z) > .

Добавив в случае необходимости к функции u(z) соответствующую константу, можно считать, что
Re v(z) > 0   при   z О\K.
(5)
Покажем, что функция
f(z) = 1
v(z)
= F(z)
l(z) - u(z)F(z)
(6)

является искомой функцией пика. Прежде всего f(z) голоморфна в Un и, как следует из (5) и (6), Re f(z) > 0 при z О\K. Далее, нули f(z) совпадают с нулями F(z), т.е. ввиду пункта a) теоремы 2, с множеством K. Таким образом, f удовлетворяет условиям (1). Остается проверить, что f О Am-1,a(Un). В силу теоремы Харди-Литтлвуда достаточно показать, что Djf(z) = O[d(z,M)]a-1 для любого целочисленного вектора j такого, что |j| = m. Функция f на множестве \K бесконечно дифференцируема, поэтому достаточно рассмотреть ее лишь в окрестности множества K, где имеем

f(z) = F(z)
1 - u(z)F(z)
.

Выражение для Djf содержит производные Dpu, |p| = 0,1, ј, m. Согласно лемме 2 при 0 Ј |p| Ј m - 3 они ограничены, а при |p| = m - 2 имеют порядок роста O[d(z,M)]a-1. С другой стороны, согласно той же лемме, производные Dpu порядка |p| = m - 1 и |p| = m при подходе к M имеют больший порядок роста, а именно, O[d(z,M)]a-2 и O[d(z,M)]a-3 соответственно. Нетрудно убедиться в том, что слагаемые в выражении Djf, которые содержат эти производные, имеют соответствующие сомножители F и F2, которые ''гасят'' излишний рост, поэтому согласно пункту d) теоремы 2 указанные слагаемые также имеют порядок роста O[d(z,M)]a-1.
   Следствие. Всякое компактное подмножество интерполяционного подмногообразия класса Cm, m і 4, на остове полидиска Un является множеством пика для Am-2,1 (Un).
   Далее доказана следующая интерполяционная
   Теорема 3. Пусть m і 3, a О (0,1) и пусть K - компактное подмножество интерполяционного подмногообразия гладкости Cm,a на остове Tn полидиска Un. Тогда
   a) для заданной f О Cm(Tn) существует функция F О Am-1,a(Un) такая, что F|K = f|K,
   b) для заданной f О Cm-1,a(Tn) существует функция F О(Un) такая, что F|K = f|K.
   В утверждении (b) под подразумевается подмножество функций из Am-1, у которых все производные порядка m - 1 допускают модуль непрерывности gda(log[1/(d)])k-1, где g - некоторая константа. Таким образом, например, = Am-1,a.

   Ереванский государственный университет
   Институт математики НАН РА

Литература

    1. Рудин У. Теория функций в поликруге. М. Мир. 1974. 160 с.
    2. Taylor B. A., Williams D. L. - Proc. Amer. Math. Soc. 1970. V. 24. P. 604-606.
    3. Alexander H., Taylor B. A., Williams D. L. - J. Math. Anal. Appl. 1971. V. 36. N3. P. 556-566.
    4. Saerens R., Stout E. L. - Preprint. University of Washington. Seattle. Wash. 1984.
    5. Saerens R. - Ann. Scuola Norm. Super. Pisa CI. Sci. 1984. V. 11. N4. P. 177-211.
    6. Tumanov A. E., Henkin G. M. - Amer. Math. Soc. Transl. 1980. V. 115. N2. P. 74-86.
    7. Chaumat J., Chollet A. M. - Ann. Inst. Fourier (Grenoble) 1979. V. 29. N3. P. 171-200.
    8. Владимиров В. С., Сергеев А. Г. - Итоги науки и техники. 1985. Т. 8. С. 191-266.
    9. Charpentier P. - Ann. Inst. Fourier (Grenoble). 1980. V. 30. N4. P. 121-154.
    10. Петросян А. И. - Изв. АН Армении. Mатeмaтикa. 1991. Т. 26. N2. С. 99-107.