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Valor medio de la propiedad con radio fijo

Me voy a centrar en la recta real. Deje $f$ ser una función suave en $\mathbb{R}$, si $\forall x\in\mathbb{R}, r>0$, $$\frac{f(x-r)+f(x+r)}{2}=f(x),$$ decimos que f tiene la forma esférica valor medio de la propiedad (MVP); si por el contrario $$\frac{1}{2r}\int_{x-r}^{x+r}f(t)dt=f(x),$$ decimos que f tiene la bola de MVP. Es fácil ver que el esférico MVP implica bola de MVP.

Es bien sabido, y no es difícil demostrar (aunque es mucho más difícil que en las dimensiones superiores), bola MVP implica que $f$ es armónico, es decir, $f$ es de la forma $ax+b$ donde $a$ $b$ son constantes.

Observe que en las definiciones anteriores, se requiere que el radio de $r$ ejecutar a través de todos los números positivos. Por curiosidad, he tratado de encontrar no armónico de las funciones que cumplen los Mvp sólo para $r=1$. Resulta que cualquier $1$-periódico función de satisfacer el esférico MVP con $r=1$, lo cual es evidente. Pero parece mucho más difícil encontrar uno para la bola de MVP. Así que aquí está mi pregunta:

Pregunta: ¿existe una función de $f$ que no es de la forma $ax+b$, de tal manera que $\forall x\in\mathbb{R},$ $$\frac{1}{2}\int_{x-1}^{x+1}f(t)dt=f(x)?$$

Gracias!

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Sahas Katta Puntos 141

Tenga en cuenta que

$$ \frac{1}{2}\int_{x-1}^{x+1}e^{como}ds = \frac{\sinh(a)}{a}e^{ax}. $$

Deje $a+ib \in \mathbb{C}$ ser un no-cero raíz de $\sinh(z)=z$. A continuación, también se $a-ib$ es una raíz y debido a que el MVP es lineal la función de $f(x) = e^{ax}\cos(bx)$ tiene el valor medio de la propiedad.

Queda por demostrar que $\sinh(z)-z$ tiene un no-cero raíces. Os presento dos de las pruebas a continuación. La segunda (la que me dio la primera) es un poco torpe, pero tiene la ventaja de que da un poco de información acerca de la distribución de las raíces.

Prueba 1: Vamos A $f(z) = \sinh(z)-z$. A continuación, $f$ tiene una singularidad esencial en a $\infty$. Por Picard del gran teorema de la función $f$ alcanza todos los valores infinitamente a menudo con una excepción. En particular, al menos uno de $0$ $2\pi i$ debe ser alcanzado infinitamente a menudo. Sin embargo, $f(z + 2\pi i) = f(z) - 2\pi i$, por lo que ambos casos implica que el $f$ tiene una infinidad de raíces.

Prueba 2: te voy a mostrar que $|\sinh(z)|=|z|$ mantiene a lo largo de algunos curva en $\mathbb{C}$ se extiende a $\infty$ y $\sinh(z)/z$ debe viento alrededor de la unidad círculo infinitamente a menudo a lo largo de esta curva.

Si $z=x+iy$ $2|\sinh(z)|^2 = \cosh(2x)-\cos(2y)$ $|\sinh(z)| = |z|$ exactamente si $\cosh(2x)-2x^2=\cos(2y)+2y^2$. Demostrar que para cada una de las $x$ no es un porcentaje ($y$ que satisface esta ecuación define las siguientes funciones:

$$ f(x) = \cosh(2x)-2x^2, \ g(x) = \cos(2x)+2x^2. $$

En $\mathbb{R}_{>0}$ ambas funciones son estrictamente creciente y $f(x) > g(x)$. (La última desigualdad se puede comprobar a partir de su poder de la serie). En particular, para cada una de las $x>0$ existe un único $y>x$ tal que $f(x) = g(y)$. Deje $\tau: \mathbb{R}_{>0} \rightarrow \mathbb{C}$ ser la curva de $\tau: x \mapsto x+iy$,$|\tau'(x)| \geq 1$$|\sinh(\tau)| = |\tau|$. Por lo que la curva

$$ x \mapsto \frac{\sinh(\tau)}{\tau} $$ los mapas en el círculo unidad. Si podemos enlazado sus derivados desde abajo, entonces debe de viento alrededor del círculo unidad (y por lo tanto pasan a través de $1$) infinidad de veces. Que este es el caso de la siguiente manera a partir de las siguientes desigualdades:

$$ \left|\frac{\partial}{\partial x}\frac{\sinh(\tau)}{\tau}\right| \geq \left| \frac{\cosh(\tau)}{\tau} - \frac{\sinh(\tau)}{\tau^2} \right| \geq \left| \frac{\sqrt{\left| |\tau|^2-1 \right|}}{|\tau|} - \frac{1}{|\tau|} \right| \xrightarrow{x \rightarrow \infty} 1 $$

Esto demuestra que $\sinh(\tau) = \tau$ se produce una infinidad de veces. Por otra parte, todas las soluciones de $\sinh(z) = z$ $\Re(z)>0$ $\Im(z) >0$ mentira en $\tau$.

5voto

Nic Wise Puntos 4722

Podemos construir muchas de las soluciones mediante el establecimiento $f(x)=F'(x)$ donde $F$ es suave y satisface $$ 2F'(x)=F(x+1)-F(x-1)$$ para todos los $x$. Por ejemplo, $F$ puede ser generado a partir de esta fórmula empezando con un arbitrario suave ($C^\infty$) la función en $[-1,1]$ que se desvanece cerca de los puntos $-1$, $0$, y $1$: Para $x>1$, $$F(x)= F(x-2)+2F'(x-1)$$ defines $F$ successively on $(k,k+1]$ for $k=1,2,\dots$, and for $x<-1$, $$F(x)=F(x+2)-2F'(x+1)$$ does the same trick successively on $[-k-1, k)$. This yields a function $F$ que se desvanece cerca de cada uno entero, y es claramente suave.

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