Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, процессы управления, 2020, T. 494, № 1, стр. 60-63
БИЛИНЕЙНЫЕ ВЕСОВЫЕ НЕРАВЕНСТВА С ДВУМЕРНЫМИ ОПЕРАТОРАМИ
Член-корреспондент РАН В. Д. Степанов 1, *, Г. Э. Шамбилова 2, **
1 Математический институт им. В.А. Стеклова Российской академии наук
Москва, Россия
2 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Московская обл., Долгопрудный, Россия
* E-mail: stepanov@mi-ras.ru
** E-mail: shambilova@mail.ru
Поступила в редакцию 27.07.2020
После доработки 27.07.2020
Принята к публикации 20.08.2020
Аннотация
Дана характеризация билинейного неравенства с двумерными прямоугольными операторами Харди в весовых пространствах Лебега.
Пусть $\mathfrak{M}$ – множество всех измеримых по Лебегу функций на $\mathbb{R}_{ + }^{2}: = {{(0,\infty )}^{2}}$, ${{\mathfrak{M}}^{ + }} \subset \mathfrak{M}$ – конус всех неотрицательных функций.
Пусть $1 < q,{{p}_{1}},{{p}_{2}} < \infty $ и ${{{v}}_{1}},{{{v}}_{2}},u \in {{\mathfrak{M}}^{ + }}$. Рассматривается задача о характеризации билинейного неравенства
(1)
$\begin{gathered} \mathop {\left( {\int\limits_{\mathbb{R}_{ + }^{2}} \,\mathop {\left( {{{I}_{2}}f} \right)}\nolimits^q \mathop {\left( {{{I}_{2}}g} \right)}\nolimits^q u} \right)}\nolimits^{\tfrac{1}{q}} \leqslant \\ \leqslant \;C\mathop {\left( {\int\limits_{\mathbb{R}_{ + }^{2}} \,{{f}^{{{{p}_{1}}}}}{{{v}}_{1}}} \right)}\nolimits^{\tfrac{1}{{{{p}_{1}}}}} \mathop {\left( {\int\limits_{\mathbb{R}_{ + }^{2}} \,{{g}^{{{{p}_{2}}}}}{{{v}}_{2}}} \right)}\nolimits^{\tfrac{1}{{{{p}_{2}}}}} ,\quad f,g \in {{\mathfrak{M}}^{ + }}, \\ \end{gathered} $(2)
${{I}_{2}}f({{x}_{1}},{{x}_{2}}): = \int\limits_0^{{{x}_{1}}} {\int\limits_0^{{{x}_{2}}} f } ({{t}_{1}},{{t}_{2}})d{{t}_{1}}d{{t}_{2}}$Характеризация билинейных весовых неравенств с одномерными операторами изучалась в [1, 2] как дополнение и иллюстрация некоторых результатов о мультилинейных неравенствах [3, 4]. Билинейные неравенства на полуоси с более общими операторами Вольтерра Ri f(x) = $\int\limits_0^x {{{k}_{i}}(x,y)f(y)dy} $, i = 1, 2, характеризованы в [5, 6], а с операторами Харди–Стеклова в [7, 8].
В работах [9–12] дана полная характеризация многомерных билинейных весовых неравенств вида
Для характеризации билинейных весовых неравенств (1) мы будем использовать известные критерии для двумерных весовых неравенств Харди
(3)
$\mathop {\left( {\int\limits_{\mathbb{R}_{ + }^{2}} {\mathop {\left( {{{I}_{2}}f} \right)}\nolimits^q } u} \right)}\nolimits^{\tfrac{1}{q}} \leqslant C\mathop {\left( {\int\limits_{\mathbb{R}_{ + }^{2}} {{{f}^{p}}} {v}} \right)}\nolimits^{\tfrac{1}{p}} ,\quad f \in {{\mathfrak{M}}^{ + }},$(4)
$I_{2}^{*}g({{y}_{1}},{{y}_{2}}): = \int\limits_{{{y}_{1}}}^\infty {\int\limits_{{{y}_{2}}}^\infty g } ({{s}_{1}},{{s}_{2}})d{{s}_{1}}d{{s}_{2}},$В отличие от одномерной теории неравенство (3) исследовано значительно меньше. Общий результат, т.е. двусторонняя оценка наилучшей константы C интегральным функционалом, представлен в работе E. Сойера [13] лишь при $1 < p \leqslant q < \infty $. В работах [14, 15] представлены критерии при $1 < p \leqslant q < \infty $ и $1 < q < p < \infty $, но при условии, что одна из двумерных весовых функций факторизуется, т.е. берется в виде произведения двух одномерных. Поэтому наши основные результаты (разд. 1), характеризующие неравенство (1), имеют соответствующие ограничения.
Всюду в работе произведения вида $0 \cdot \infty $ полагаются равными 0. Соотношение $A \lesssim B$ означает $A \leqslant cB$ с константой c, зависящей только от параметров суммирования; A ≈ B равносильно $A \lesssim B \lesssim A$. Если $1 < p < \infty $, то $p{\text{'}}: = \tfrac{p}{{p - 1}}$. При $1 < q < p < \infty $ полагаем $r: = \tfrac{{pq}}{{p - q}}$, χΩ обозначает характеристическую функцию (индикатор) множества $\Omega $.
1. БИЛИНЕЙНЫЕ ВЕСОВЫЕ НЕРАВЕНСТВА
Характеризация неравенств (1) существенно зависит от соотношений между параметрами суммирования $1 < {{p}_{1}},\;{{p}_{2}},\;q < \infty $. Выделим основные зоны.
Зона I. В этом случае мы находим точный критерий выполнения неравенства (1) в случае, когда одна из весовых функций ${{{v}}_{1}}$ или ${{{v}}_{2}}$ факторизуется. Таким образом, с учетом замены в неравенстве (1) одного или обоих операторов I2 на $I_{2}^{ * }$, возникает восемь вариантов. Мы дадим описание одного из них, остальные – аналогично.
Пусть ${{{v}}_{1}}({{t}_{1}},{{t}_{2}}) = {{{v}}_{{11}}}({{t}_{1}}){{{v}}_{{12}}}({{t}_{2}})$, ${{\sigma }_{{1i}}}: = {v}_{{1i}}^{{1 - p{\text{'}}}}$, i = 1, 2,
Теорема 1. Пусть $1 < max({{p}_{1}},{{p}_{2}}) < q < \infty $ и ${{{v}}_{1}} = {{{v}}_{{11}}}{{{v}}_{{12}}}$. Тогда наилучшая константа C в неравенстве (1) допускает оценку $C \approx {{\mathcal{A}}_{1}}$,
(5)
$\begin{gathered} {{\mathcal{A}}_{1}}: = \mathop {sup}\limits_{x,y > 0} {{\left[ {{{V}_{{11}}}(x){{V}_{{12}}}(y)} \right]}^{{\frac{1}{{{{p}_{1}}}}}}} \times \\ \times \;\left( {{{D}_{1}}(x,y) + {{D}_{2}}(x,y) + {{D}_{3}}(x,y)} \right), \\ \end{gathered} $Замечание. Если второй вес также факторизован, т.е.
(6)
$\begin{gathered} {{\mathcal{A}}_{1}}: = \mathop {sup}\limits_{x,y > 0} {{[I_{2}^{ * }u(x,y)]}^{{\frac{1}{q}}}} \times \\ \times \;{{[{{V}_{{11}}}(x){{V}_{{12}}}(y)]}^{{\frac{1}{{p_{1}^{'}}}}}}{{[{{V}_{{21}}}(x){{V}_{{22}}}(y)]}^{{\tfrac{1}{{p_{2}^{'}}}}}}, \\ \end{gathered} $Зона II. Будем считать, что обе весовые функции ${{{v}}_{1}}$ и ${{{v}}_{2}}$ факторизованы, т.е. ${{{v}}_{1}}\, = \,{{{v}}_{{11}}}{{{v}}_{{12}}}$, ${{{v}}_{2}}\, = \,{{{v}}_{{21}}}{{{v}}_{{22}}}$. Тогда имеет место
Теорема 2. Пусть $1 < min({{p}_{1}},{{p}_{2}}) \leqslant q$ < < max(p1, p2) < ∞ и $\tfrac{1}{{{{r}_{i}}}}: = \tfrac{1}{q} - \tfrac{1}{{{{p}_{i}}}}$. Тогда $C \approx {{\mathcal{A}}_{2}}$, где
a) $1 < {{p}_{1}} \leqslant q < {{p}_{2}} < \infty ,$
б) $1 < {{p}_{2}} \leqslant q < {{p}_{1}} < \infty ,$
Зона III. В этой части мы предполагаем, что все три веса факторизованы, т.е. u(t1, t2) = ${{u}_{1}}({{t}_{1}}){{u}_{2}}({{t}_{2}})$, и аналогично для ${{{v}}_{1}}$, ${{{v}}_{2}}$. Обозначим
Теорема 3. Пусть $1 < q < min({{p}_{1}},{{p}_{2}}) < \infty $, и $\tfrac{1}{{{{r}_{i}}}}\,: = \,\tfrac{1}{q}\, - \,\tfrac{1}{{{{p}_{i}}}}$, i = 1, 2. Тогда C ≈ ${{\mathcal{A}}_{{3.1}}}\, + \,{{\mathcal{A}}_{{3.2}}}\, + \,{{\mathcal{A}}_{{3.3}}}\, + \,{{\mathcal{A}}_{{3.4}}}$.
a) Если $\tfrac{1}{q} \leqslant \tfrac{1}{{{{p}_{1}}}} + \tfrac{1}{{{{p}_{2}}}}$, то
б) Если $\tfrac{1}{q} > \tfrac{1}{{{{p}_{1}}}} + \tfrac{1}{{{{p}_{2}}}}$, $\tfrac{1}{s}: = \tfrac{1}{q} - \tfrac{1}{{{{p}_{1}}}} - \tfrac{1}{{{{p}_{2}}}}$, то
Список литературы
Aguilar Cañestro M.I., Ortega Salvador P., Ramírez Torreblanca C. Weighted Bilinear Hardy Inequalities // J. Math. Anal. Appl. 2012. V. 387. № 1. P. 320–334.
Křepela M. Iterating Bilinear Hardy Inequalities // Proc. Edinb. Math. Soc. 2017. V. 60. P. 955–971.
Cwikel M., Kerman R. Positive Multilinear Operators Acting on Weighted ${{L}_{p}}$ Spaces // J. Funct. Anal. 1992. V. 106. № 1. P. 130–144.
Grafakos L., Torres R.H. A Multilinear Schur Test and Multiplier Operators // J. Funct. Anal. 2001. V. 187. № 1. P. 1–24.
Прохоров Д.В. Об одном классе весовых неравенств, содержащих квазилинейные операторы // Тр. МИАН. 2016. Т. 293. С. 280–295.
Степанов В.Д., Шамбилова Г.Э. О билинейных весовых неравенствах с интегральными операторами Вольтерра // ДАН. 2019. Т. 486. № 4. С. 416–420.
Джейн П., Канжилал С., Степанов В.Д., Ушакова Е.П. О билинейных операторах Харди–Стеклова // ДАН. 2018. Т. 483. № 6. С. 602–605.
Jain P., Kanjilal S., Stepanov V.D., Ushakova E.P. Bilinear Hardy–Steklov Operators // Math. Notes. 2018. V. 104. № 6. P. 823–832.
Степанов В.Д., Шамбилова Г.Э. Многомерные билинейные неравенства Харди // ДАН. 2019. Т. 487. № 5. С. 496–498.
Jain P., Kanjilal S., Persson L.-E. Hardy-type Inequalities over Balls in ${{\mathbb{R}}^{N}}$ for Some Bilinear and Iterated Operators // J. Inequalities and Special Functions. 2019. V. 10. № 2. P. 35–48.
Bigicli N., Mustafayev R.Ch., Ünver T. Multidimensional Bilinear Hardy Ineualities // Azerbaijan J. Math. 2020. V. 10. № 1. P. 127–161.
Степанов В.Д., Шамбилова Г.Э. Многомерные билинейные неравенства Харди // Сиб. матем. журн. 2020. Т. 61. № 4. С. 913–931.
Sawyer E. Weighted inequalities for two–dimensional Hardy operator // Studia Math. 1985. V. 82. P. 1–16.
Wedestig A. Weighted Inequalities for the Sawyer Two-dimensional Hardy Operator and Its Limiting Geometric Mean Operator // J. Inequal. Appl. 2005. V. 4. P. 387–394.
Persson L.-E., Ushakova E.P. Some Multi–dimensional Hardy Type Integral Inequalities // J. Math. Inequal. 2007. V. 1. № 3. P. 301–319.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, процессы управления