DISZTRIBÚCIÓK. {x R N φ(x) 0}

Hasonló dokumentumok
KURUCZ ZOLTÁN VÖRÖS ZOLTÁN. ANALÍZIS IX. Disztribúciók

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

Andai Attila: november 13.

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Kalkulus gyakorlat - Megoldásvázlatok

Nevezetes sorozat-határértékek

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

Kalkulus szigorlati tételsor Számítástechnika-technika szak, II. évfolyam, 2. félév

Kalkulus I. Első zárthelyi dolgozat szeptember 16. MINTA. és q = k 2. k 2. = k 1l 2 k 2 l 1. l 1 l n 6n + 8

A függvénysorozatok olyanok, mint a valós számsorozatok, csak éppen a tagjai nem valós számok,

V. Deriválható függvények

Kalkulus II., második házi feladat

Gyakorló feladatok II.

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli tételek. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

GRUBER TIBOR. ANALÍZIS VIII. Funkcionálanaĺızis

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli beugró kérdések. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

1 n. 8abc (a + b) (b + c) (a + c) 8 27 (a + b + c)3. (1 a) 5 (1 + a)(1 + 2a) n + 1

Lajkó Károly Kalkulus I. példatár mobidiák könyvtár

Fourier sorok FO 1. Trigonometrikus. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

IV. OPERTOROK HILBERT-TEREKBEN

Matematika I. 9. előadás

Integrálás sokaságokon

Függvényhatárérték-számítás

(d) x 6 3x 2 2 = 0, (e) x + x 2 = 1 x, (f) 2x x 1 = 8, 2(x 1) a 1

min{k R K fels korlátja H-nak} a A : a ξ : ξ fels korlát A legkisebb fels korlát is:

NUMERIKUS SOROK II. Ebben a részben kizárólag a konvergencia vizsgálatával foglalkozunk.

Debreceni Egyetem. Kalkulus példatár. Gselmann Eszter

Diszkrét matematika II., 3. előadás. Komplex számok

ANALÍZIS I. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

OPERÁTOROK HILBERT-TEREKBEN

Analízis I. gyakorlat

2. fejezet. Számsorozatok, számsorok

MATOLCSI TAMÁS ANALÍZIS V.

Numerikus sorok. Kónya Ilona. VIK, Műszaki Informatika ANALÍZIS (1) Oktatási segédanyag

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

1 h. 3. Hogyan szól a számtani és a mértani közép közötti összefüggést kifejező tétel?

Lineáris kódok. u esetén u oszlopvektor, u T ( n, k ) május 31. Hibajavító kódok 2. 1

ANALÍZIS 1. I. VIZSGA január 11. Mérnök informatikus szak α-variáns Munkaidő: 90 perc., vagyis z 2 1p = i 1p = ( cos 3π 2 2

ANALÍZIS I. DEFINÍCIÓK, TÉTELEK

SOROK Feladatok és megoldások 1. Numerikus sorok

Metrikus terek. továbbra is.

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

forgási hiperboloid (két köpenyű) Határérték: Definíció (1): Az f ( x, y) függvénynek az ( x, y ) pontban a határértéke, ha minden

Feladatok megoldása. Diszkrét matematika I. Beadandó feladatok. Bujtás Ferenc (CZU7KZ) December 14, feladat: (A B A A \ C = B)

A1 Analízis minimumkérdések szóbelire 2014

Óravázlatok a Matematikai Módszerek a Fizikában 2. előadásokhoz

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok

hidrodinamikai határátmenet

megoldásvázlatok Kalkulus gyakorlat Fizika BSc I/1, 1. feladatsor 1. Rajzoljuk le a számegyenesen az alábbi halmazokat!

Határértékszámítás. (szerkesztés alatt) Dr. Toledo Rodolfo április A határátmenet és a műveletek 12

GRUBER TIBOR. ANALÍZIS III. Folytonosság

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

Wiener-folyamatok definiciója. A funkcionális centrális határeloszlástétel. Norbert Wienerre, a második pedig egy Brown nevű XIX. században élt angol

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

FELADATOK A KALKULUS C. TÁRGYHOZ

Függvények határértéke 69. III. Függvények határértéke

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Analízis feladatgy jtemény II.

10.M ALGEBRA < <

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

18. Valószín ségszámítás. (Valószín ségeloszlások, függetlenség. Valószín ségi változók várható

Draft version. Use at your own risk!

Határértékszámítás. 1 Határátmenet Tétel. (Nevezetes sorozatok) (a) n, n 2,... n α (α > 0), 1 n 0, 1. 0 (α > 0), (b) n 2 0,... 1.

Matematika A2 tételek

f(n) n x g(n), n x π 2 6 n, σ(n) n x

Taylor-sorok alkalmazása numerikus sorok vizsgálatára

Egy lehetséges tételsor megoldásokkal

1. gyakorlat - Végtelen sorok

2.1. A sorozat fogalma, megadása és ábrázolása

I. rész. Valós számok

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 21.

BSc Analízis I. előadásjegyzet

Matematika B4 I. gyakorlat

Bevezető analízis II. példatár

Metrikus terek, többváltozós függvények

A2 Vektorfüggvények minimumkérdések szóbelire 2015

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

INJEKTIVITÁS ÉS EGYÉB TULAJDONSÁGOK MEGOLDOTT FELADATOK

1. Adatok közelítése. Bevezetés. 1-1 A közelítő függvény

Sorok és hatványsorok vizsgálata Abel nyomán

(f) f(x) = x2 x Mutassa meg, hogy ha f(x) dx = F (x) + C, akkor F (ax + b) a 3. Számolja ki az alábbi határozatlan integrálokat: 1.

Boros Zoltán február

Vegyészmérnöki, Biomérnöki, Környezetmérnöki szakok, 2017/18 ősz. 2 dx = 1, cos nx dx = 2 π. sin nx dx = 2 π

194 Műveletek II. MŰVELETEK A művelet fogalma

Kitűzött feladatok Injektivitás és egyéb tulajdonságok 69 KITŰZÖTT FELADATOK

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

1. A KOMPLEX SZÁMTEST A természetes, az egész, a racionális és a valós számok ismeretét feltételezzük:

3.4. gyakorlat. Matematika B1X február 1819.

Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar. Feladatok a Gazdasági matematika I. tárgy gyakorlataihoz. Halmazelmélet

Hanka László. Fejezetek a matematikából

1. Sajátérték és sajátvektor

Átírás:

DISZTRIBÚCIÓK. Kovergecia és folytoosság.. Emlékeztetük, hogy egy φ : R N K folytoos függvéy tartója, Supp φ a halmaz lezártja. {x R N φ(x) 0} Defiíció. Jelölje D(R N ) az R N -e értelmezett K értékű kompakt tartójú végteleszer differeciálható függvéyek halmazát, azaz D(R N ) := {φ C (R N ) Supp φ kompakt}. Köye belátható, hogy ez lieáris altér C (R N )-be. Valóba, ha φ és ψ ilye függvéyek, α K, akkor αφ is kompakt tartójú végteleszer differeciálható, valamit Supp (φ + ψ) Supp φ Supp ψ miatt φ + ψ tartója korlátos zárt halmaz, azaz kompakt, tehát az összeg is bee va D(R N )-be. A feti tartalmazásál általába egyelőség em írható. Előfordulhat ugyais, hogy valamely U Supp φ Supp ψ yílt halmazo az összeg éppe ullát ad (φ + ψ = 0 U-), s így U Supp (φ + ψ). A D(R N ) halmaz em üres. Az N = esetbe tudjuk, hogy az { e /t, ha t > 0; η(t) := 0, ha t 0 függvéy a 0 potba jobbról és balról is végteleszer differeciálható és itt midegyik differeciálháyadosa 0. Ezért η C (R N ) és Supp η = R + 0. Legye a R és φ: R R, t η(a + t)η(a t) = η(a 2 t 2. Ekkor Supp φ = [ a, a], ezért φ D(R). Tetszőleges N pozitív egészre, valamit 0 r R valós számokra defiiáljuk az η(r 2 x 2 ) η r,r (x) := η(r 2 x 2 ) + η( x 2 r 2 ) függvéyt. A evező sehol sem ulla, és végteleszer differeciálható függvéyek összege, háyadosa is végteleszer differeciálható. Mivel Supp η r,r = G R (0), így η r,r D(R N ). Vegyük észre, az így defiiált η r,r a következő tulajdoságú: 0, ha R x ; η r,r (x) = 0 és között, ha r x R;, ha x r. Állítás. Legye K kompakt halmaz, és U yílt halmaz R N -be, mely tartalmazza K-t. Ekkor létezik olya η K,U D(R N ), melyre

0, ha x / U; η K,U (x) = 0 és között, ha x U \ K;, ha x K. Bizoyítás K része a yílt U halmazak, ezért a K halmaz mide x potjához megadható egy r(x) sugarú, x középpotú gömb, amely bee va U-ba. Ha K mide x potja körül vesszük a ϱ(x) := r(x)/2 sugarú gömböket, akkor ez a yílt halmazredszer lefedése K-ak. Létezik tehát véges sok x i (i =... ), amelyre K G ϱ(xi)(x i ). Legye a ξ i D(R N ) függvéy olya, hogy i= 0, ha x / G r(xi )(x i ); ξ i (x) = 0 és között, ha x G r(xi)(x i ) \ G ϱ(xi)(x i );, ha x G ϱ(xi )(x i ). Ilye lehet, például ξ i (x) := η ϱ(xi ),r(x i )(x x i ). Legye továbbá η K,U := ( ξ i ). Mivel ξ i D(R N ), az ilyeek szorzata és összege is D(R N )-beli lesz. Ha most valamely x K eseté i olya, hogy γ i (x) =, akkor a feti szorzat ulla, így η K,U (x) =. Mivel mide x K eseté va (legalább egy) ilye i, ezért η K,U a K halmazo -et vesz fel. Az U halmazo kívül pedig ξ i ulla (mide i eseté), ezért a feti kifejezés is ulla. A harmadik esetbe pedig yilvávalóa 0 és közötti számot kapuk..2. Az eddigi taulmáyaik sorá a kovergeciát és a folytoosságot a közelség fogalma adta. Ehhez metrika (vektortére orma) kellett. Véges dimeziós vektortére mide orma egyeértékű, ezért ezektől függetleül, kokrét orma megadása élkül lehetett közelségről beszéli. Végtele dimezióba (pl. D(R N ) eseté) azoba em hasolítható össze mide orma. Sőt, végteleszer differeciálható függvéyek esetébe ormával em tudjuk kifejezi azt a közelségfogalmat, amelyet elváruk: két függvéy akkor va közel egymáshoz, ha bármely deriváltjuk csak kicsit külöbözik egymástól. Így külö kell defiiáluk a kovergeciát és a folytoosságot. Vezessük be az N változós multipoliom fogalmát; ezek a következő alakú végteleszer differeciálható függvéyek: adott egy m természetes szám, és mide k,..., k N N, k + + k N m eseté egy c kk 2...k N C, és ezekkel p(x) := k +...+k N m i= c k k 2... k N x k xk 2 2...xk N N (x R N ). Az ilye multipoliomot legfeljebb m-edfokúak modjuk, és m-ed fokú, ha va olya k,..., k N, k + + k N = m, hogy c k k 2...k N 0. Ha p multipoliom, akkor x k helyébe az x k szeriti parciális differeciálást téve (k =,..., N) kapjuk a p(d)-fel jelölt multipoliomiális differeciálást. 2

Defiíció. Azt modjuk, hogy a φ D(R N ) ( N) sorozat D-értelembe a 0-hoz tart (és úgy jelöljük, hogy (D) lim φ = 0), ha (i) létezik egy K kompakt halmaz, melyre mide eseté Supp φ K, (ii) mide p multipoliom eseté a p(d)φ függvéysorozat egyeletese kovergál a 0-hoz. Megjegyzés Azt modjuk, hogy a φ D(R N ) ( N) sorozat D-határértéke ψ D(R N ) (rövide (D) lim φ = ψ), ha (D) lim(φ ψ) = 0. Ez a defiíció jó, azaz (D) lim φ egyértelmű. Ha ugyais φ és ψ ugyaaak a φ sorozatak a D-határértéke, akkor a p = multipoliomot véve az egyeletes kovergecia egyértelműségéből az következik, hogy φ = ψ. Defiíció. (i) Az F : D(R N ) D(R N ) lieáris leképezés D-folytoos (vagy rövide folytoos), ha mide D-értelembe 0-hoz tartó φ sorozat eseté (D) lim F φ = 0. (ii) A T : D(R N ) K lieáris leképezés D-folytoos (rövide: folytoos), ha mide D-értelembe 0-hoz tartó φ sorozatra lim T φ = 0. Megjegyzés Ha A folytoos és a φ sorozat D-értelembe φ-hez tart, akkor A liearitása miatt Aφ D-értelembe tart Aφ-hez. Defiíció. D(R N ) duálisáak evezzük az előbbi defiíció (ii) potjáak megfelelő függvéyek halmazát: D(R N ) := {T : D(R N ) K T folytoos, lieáris}. D(R N ) elemeit alapfüggvéyekek, D(R N ) elemeit disztribúciókak evezzük. A T disztribúcióak a φ alapfüggvéye felvett értékét a (T φ) szimbólummal jelöljük..3. Emlékeztetőül, az R N (korlátos) Borel-halmazai adott K értékű m mérték Rado-mérték, ha variációja Borel-mérték, azaz mide kompakt halmaz m mértéke véges. Az alapfüggvéyek kompakt tartójúak, korlátosak és mérhetők (a mérhetőség a B(R N ) B(K)-mérhetőséget jeleti, ami következik a folytoosságból), ezért létezik tetszőleges Rado-mérték szeriti itegráljuk. Nyilvávaló továbbá, hogy az F m : D(R N ) K, φ φdm leképezés lieáris. Folytoos is, azaz F m disztribúció, ami azo múlik, hogy ha veszük egy D-értelembe 0-hoz tartó φ sorozatot, akkor az itergál és a limesz felcserélhető a lim (F m φ ) kifejezésbe. Ez a Lebesgue-tétel szerit megtehető, mert létezik egy m -itegrálható függvéy, amely majorálja a sorozat elemeiek abszolút értékét. Ugyais az egyeletes kovergecia miatt (a R N 3

D-kovergecia defiíciójába válasszuk a p = multipoliomot!) tetszőleges C > 0 korlát eseté létezik egy C küszöbidex úgy, hogy mide eél agyobb -re φ Cχ K, ahol K egy olya kompakt halmaz, amely tartalmazza a D-koverges sorozat elemeiek tartóit. Defiíció. F m -et az m-hez redelt disztribúcióak evezzük. Állítás. A {B(R N ) K Rado-mértékek} D(R N ), m F m leképezés lieáris ijekció. Bizoyítás A liearitás az itegrálásak a mérték szeriti liearitásából adódik. Az ijektivitás megállapításához azt kell megmutati, hogy ha F m = 0, akkor m = 0. Ehhez elegedő beláti, hogy m(k) = 0 mide K kompakt halmazra. Legye tehát K R N tetszőleges kompakt halmaz, s azt kell beláti, hogy χ K -ak az m szeriti itegrálja ulla. Közelítsük meg χ K -t D(R N )-beli függvéyekkel! Legye U ( N) korlátos, yílt halmazok K-ra húzódó sorozata, azaz K... U + U... U és U = K. Mivel 0 = (F m η K,U ) = R N N η K,U dm, és az η K,U sorozat mooto csökkeve potokét tart χ K -hez, ezért χ U a χ U itegrálható majorása, tehát a Lebesgue-tétel szerit χ K -ak az m szeriti itegrálja ulla, azaz m(k) = 0..4. Legye most f : R N K lokálisa Lebesgue-itegrálható függvéy, azaz mide kompakt halmazo itegrálható. Ekkor f λ Rado-mérték, mert variációja fλ = f λ. Ezért R f := F fλ szité disztribúció. Defiíció. R f -et az f-hez redelt reguláris disztribúcióak evezzük. Állítás. Legye f és g lokálisa itegrálható. R f = R g potosa akkor, ha f = g λ-majdem mideütt. Bizoyítás R f = R g (azaz F fλ = F gλ ) az előző állításba szereplő leképezés ijektivitása miatt egyeértékű azzal, hogy f λ = gλ. Ez pedig potosa akkor áll fe, ha f = g λ-majdem mideütt..5. Az iméti állítások eredméyekét a Rado-mértékeket és a lokálisa itegrálható függvéyeket beágyaztuk a disztribúciók halmazába. Ez a beágyazás ayira természetes, hogy a továbbiakba időkét (F m φ) helyett (m φ)-t, (R f φ) helyett pedig egyszerűe (f φ)-t íruk. 2. Disztribúciók leszűkítése és kiterjesztése 2.. Legye U R N yílt halmaz. Ekkor D(U) := { φ D(R N ) Supp φ U } 4

a D(R N ) zárt lieáris altere. Egy T disztribúcióak a D(U)-ra vett leszűkítését a T U szimbólummal jelöljük. Világos, hogy T U D(U). Megemlítjük, hogy itt is érvéyes, amit korábba mit a Hah Baach-tétel egy következméyét ismertük meg: a D(U)- adott folytoos lieáris fukcioálak va folytoos lieáris kiterjesztése D(R N )-re. Speciálisa sokat haszáljuk azt, hogy T U = 0, ami tehát azt jeleti, hogy (T φ) = 0 mide olya φ alapfüggvéy eseté, amelyek tartója U-ba va. Nyilvávaló, hogy ha U és V yílt, V U és T U = 0, akkor T V = 0. Állítás. Legye T disztribúció és U R N yílt halmaz. T U = 0 potosa akkor, ha mide x U eseté létezik x-ek olya G(x) U yílt köryezete, amelye T ulla. Bizoyítás Az első iráy yilvávalóa teljesül, mert ha T U = 0, akkor T - ek az U tetszőleges yílt részhalmazára vett leszűkítése is 0. Legye φ D(R N ) olya, amelyek K tartója U-ba va. A. potba defiiált η K,U -et vesz fel K-, amely φ tartója, tehát feáll a ( ) φ = φ ( ξ i ) = φξ i ξ j +... i= i= φξ i i,j összefüggés. Supp ξ i G r(xi )(x i ) U, így φξ i, φξ i ξ j,... tartója is U-ba va. Kihaszálva T liearitását kapjuk, hogy (T φ) = i (T φξ i ) + i,j (T φξ i ξ j ) +... = 0. Következméy. Legye U i (i I) yílt halmazredszer R N -be, és a T disztribúció olya, hogy mide i I eseté T Ui = 0. Ekkor T = 0. U i Defiíció. A T disztribúció tartója a következő halmaz: i I Állítás. Supp T := { x R N mide U R N yílt, x U : T U 0 }. (Supp T ) = { x R N létezik U R N yílt : x U, T U = 0 } = = { U yílt T U = 0 }. Bizoyítás Teljese triviális, mert az első egyelőség a tartó defiíciójáak tagadása, a második pedig az előző tételből yilvávalóa adódik. Következméy. Disztribúció a tartója komplemeterére leszűkítve ulla. Állítás. Ha a φ alapfüggvéy és a T disztribúció tartója diszjukt, akkor (T φ) = 0. Bizoyítás Mivel Supp φ (Supp T ), az előző két állításból adódik. 5

Állítás. Legye α emulla szám, T és S disztribúciók. Ekkor (i) Supp (αt ) = Supp T, és (ii) Supp (T + S) Supp T Supp S. Bizoyítás Az első állítás teljese yilvávaló. A másodikhoz elegedő beláti, hogy (Supp S) (Supp T ) (Supp (T + S)). Legye x (Supp S) (Supp T ). Ekkor létezik U R N yílt halmaz úgy, hogy x U és T U = 0, S U = 0. Ie adódik, hogy (T + S) U = 0, amit bizoyítai akartuk. Következméy. A kompakt tartójú disztribúciók lieáris alteret alkotak. 2.2. függ- Defiíció. Legye a T disztribúció és a φ végteleszer differeciálható véy tartójáak metszete kompakt és ξ a fetiekek megfelelő. Ekkor (T φ) := (T ξφ). Állítás. A defiíció jó, azaz U és ξ választásától függetle. Legye a T disztribúció és a φ végteleszer differeciálható függvéy tartójáak metszete kompakt. Legye továbbá U korlátos yílt halmaz, mely tartalmazza a tartók metszetét. Ekkor U kompakt, és így létezik olya ξ alapfüggvéy, amely U- -et vesz fel. Ezzel defiiálhatjuk T hatását a φ függvéyre a következőképpe: Bizoyítás Először is a defiíció értelmes, mert ξφ kompakt tartójú. Legye a feltételekek megfelelő U és ξ is. Ekkor (T ξφ) (T ξ φ) = (T φ(ξ ξ )) = 0, hisze ξ ξ ulla a Supp T Supp φ halmazo. 2.3. A fetiek szerit egy kompakt tartójú disztribúció egyértelműe kiterjeszthető C (R N )-re. Ez a kiterjesztés folytoos lieáris fukcioál C (R N )-e, ha ott a kovergeciát a következőképpe értelmezzük. Defiíció. Azt modjuk, hogy a φ C (R N ) ( N) sorozat E-értelembe a 0-hoz tart (vagyis (E) lim φ = 0), ha tetszőleges p multipoliom eseté a p(d)φ függvéysorozat R N mide kompakt részhalmazá egyeletese kovergál a 0-hoz (másszóval, p(d)φ lokálisa egyeletese kovergál a ullához). A φ sorozat E-határértéke φ, ha (E) lim (φ φ) = 0. Ezzel a kovergeciával ellátott C (R N ) vektorteret E(R N )-el, folytoos lieáris fukcioáljait E(R N ) -gal jelöljük, s hasolóa értelmezzük rajta a tartó fogalmát. Nyilvávaló, hogy D(R N ) E(R N ), sőt D(R N ) sűrű E(R N )-be: ugyais tetszőleges ψ E(R N ) eseté a φ := ψη,+ D(R N ) sorozat E-értelembe ψ-hez tart. 6

Továbbá, D(R N )- a kovergeciafogalom erősebb, mit E(R N )-: ha φ D(R N ) D-értelembe a ullához tart, akkor E-értelembe is. Ezért a duálisaikra E(R N ) D(R N ) áll fe. A 2.2 potba beláttuk, hogy mide kompakt tartójú disztribúció E(R N ) - beli. Eek fordítottja is igaz. Állítás. Legye T E(R N ). Ekkor T kompakt tartójú disztribúció. Bizoyítás Mivel a tartó defiíció szerit zárt, elegedő Supp T korlátosságát vizsgáli. Tegyük fel, hogy Supp T em korlátos. Ekkor mide N eseté Supp T em része a B (0) zárt gömbek, azaz Supp T B (0). Legye φ E(R N ) olya, hogy Supp T B (0) Supp φ és (T φ ) 0. Legye ψ := φ / (T φ ). Ekkor (T ψ ) = mide eseté, így lim (T ψ ) =. Legye most K tetszőleges kompakt halmaz. Ekkor létezik olya m N szám, hogy K B m (0). Eél agyobb idexekre ψ a K halmazo 0, ezért a ψ függvéysorozat K- egyeletese 0-hoz tart. Mivel K tetszőleges, ez éppe azt jeleti, hogy (E) lim ψ = 0. T folytoos, ezért lim (T ψ ) = 0. Elletmodásra jutottuk, tehát Supp T korlátos. 2.4. Láttuk, hogy E(R N ) potosa a kompakt tartójú disztribúciókat tartalmazza, és a 2.2 potba tetszőleges disztribúciót kiterjesztettük E(R N )-ek egy D(R N )-él bővebb részhalmazára. Felmerül a kérdés, vajo bővíthető-e tovább egy adott disztribúció értelmezési tartomáya. A válasz ige. Defiíció. Legye T disztribúció, ψ E(R N ). Ha mide E értelembe ψ- hez tartó φ D(R N ) sorozat eseté (T φ ) koverges, akkor értelmezzük T hatását ψ-: (T ψ) := lim (T φ ). A defiíció függetle a φ sorozat megválasztásától. Legye ugyais φ egy másik közelítő sorozat. Ekkor a φ, φ, φ 2, φ 2,... sorozat is E-értelembe ψ- hez tart, így a feltétel szerit a megfelelő sorozat is koverges. Emiatt a két határérték megegyezik. 3. Temperált disztribúciók 3.. A gyorsa csökkeő függvéyek azok a φ végteleszer differeciálható függvéyek, amelyekre tetszőleges, rögzített p és q multipoliom eseté sup p(x)(q(d)φ)(x) <, x R N azaz p q(d)φ korlátos. Jelölje S(R N ) az ilye függvéyek halmazát. Nyilvávaló, hogy S(R N ) lieáris altere E(R N )-ek, és em üres, mert például x e x 2 bee va. D(R N ) pedig valódi lieáris altere S(R N )-ek. 7

A defiíciós feltétel egyeértékű azzal, hogy p q(d)φ a végtelebe a ullához tart. Ugyais ez egyrészt maga utá voja a korlátosságot, másrészt m N eseté (+ id R N 2 ) m multipoliom, amely q-val szorozva szité multipoliom, következésképpe (+ id R N 2 ) m qp(d)φ korlátos, ami csak úgy lehet, hogy qp(d)φ a végtelebe ullához tart. S(R N )-e is bevezetük egy kovergeciafogalmat: Defiíció. Azt modjuk, hogy a φ S(R N ) ( N) sorozat S-értelembe a 0-hoz tart (és úgy jelöljük, hogy (S) lim φ = 0), ha mide p és q multipoliom eseté a p q(d)φ függvéysorozat egyeletese kovergál a 0-hoz. Állítás. A D-kovergecia erősebb az S-kovergeciáál, és az S-kovergecia erősebb az E-kovergeciáál; továbbá D(R N ) sűrű S(R N )-be, S(R N ) sűrű E(R N )-be Bizoyítás A kovergeciák összehasolításához vegyük egy φ sorozatot D(R N )-be, mely D-értelembe tart 0-hoz. Mivel létezik egy kompakt halmaz, amely tartalmazza mide φ tartóját, és eze a kompakt halmazo bármely multipoliom korlátos, látható, hogy φ S-értelembe is koverges a 0-hoz. Hasolóa egyszerű, hogy egy S-értelembe koverges sorozat E-értelembe is koverges. A 2.3 állítás alapjá tudjuk, hogy D(R N ) sűrű E(R N )-be, tehát S(R N ) is sűrű E(R N )-be (az E-kovergeciát tekitve). Csak azt kell megmutatuk, hogy D(R N ) sűrű S(R N )-be (az S-kovergeciát tekitve). Legye N; a γ (x) := η,2 ( x ) függvéy értéke, ha x <, és 0, ha x > 2, valamit ξ. Továbbá k γ (x) = k η,2 (x/), és így k ξ sup k η,2. Ezért, ha ψ S(R N ), a φ := ψξ D(R N ) sorozat S-értelembe ψ-hez tart, mert p k (ψξ ψ) = p ( k ψ)(ξ ) + p ψ( k ξ ). Mivel mide ε > 0 eseté létezik ε úgy, hogy p(x) ( k ψ)(x) < ε, ha x > ε, a feti jobb oldal első tagja kisebb ε-ál mide > ε eseté, vagyis ez a tag egyeletese tart a ullához. Mivel p ψ korlátos, a második tag számszorosáál kisebb, ez is egyeletese tart a ullához. Defiíció. A gyorsa csökkeő függvéyek folytoos lieáris fukcioáljait mérsékelt (temperált) disztribúciókak evezzük: S(R N ) := { T : S(R N ) K T lieáris és S-folytoos }. A 3. állításba modottak alapjá egy az E(R N )- értelmezett E-folytoos lieáris leképezések az S(R N )-re való leszűkítése S-folytoos, és az S(R N )-e értelmezett S-folytoos lieáris leképezések a D(R N )-re való leszűkítése D- folytoos, tehát E(R N ) S(R N ) D(R N ). 3.2. Állítás. Legye m Rado-mérték, amelyhez létezik olya k természetes szám, hogy ( + id R N k ) m-itegrálható. Ekkor F m temperált disztribúció. 8

Bizoyítás Legye φ S(R N ). Mivel φ gyorsa csökkeő, φ( + id R N k ) K korlátos, egy felső korlátja legye K. Ekkor m -itegrálható majorása φ-ek, ezért F m kiterjeszthető S-re: + id R N k (F m φ) := φ dm. R N Következméy. Ha f lokálisa itegrálható, és f/( + id R N k ) Lebesgue-itegrálható valamely k N eseté, akkor az f-hez tartozó reguláris disztribúció temperált disztribúció. Állítás. Ha f L p (R N ) ( < p ), akkor az f-hez tartozó reguláris disztribúció mérsékelt. Bizoyítás f/(+ id R N k ) akkor itegrálható, ha /(+ id R N k ) L q (R N ), ahol /p + /q =. Ez teljesül, ha qk N +, mert R N ( ) q R+ r N + id R N k = C ( + r k ) q dr < C ahol C jelöli az N dimeziós egységgömb felszíét. Ezzel L p (R N )-et is beágyaztuk S(R N ) -ba. 3.3. R+ r N dr, + rqk Láttuk, E(R N ) elemei potosa a kompakt tartójú disztribúciók, és a fetiekbe megismerkedtük éháy speciális típusú temperált disztribúcióval. Lehet általáos jellemzést adi a temperált disztribúciókra is; ezt most bizoyítás élkül közöljük. Állítás. T D(R N ) potosa akkor temperált, ha létezik egy C R + és egy k N úgy, hogy mide φ S(R N ) és mide k-ál em agyobb fokú p multipoliom eseté 3.4. Feladat (T φ) C sup( + id R N k ) p(d)φ. A lassa övekvő függvéyek (lásd később, a 5.9 potba), például a multipoliomok meghatározta reguláris disztribúciók mérsékeltek. Az x e x si e x valós függvéy em lassa övekvő, mégis mérsékelt disztribúciót határoz meg. (Útmutatás: e x si e x = d dx (cos ex ) miatt parciálisa itegrálhatuk.) 4. Disztribúciósorozatok 4.. A következőkbe bizoyítás élkül kimodjuk a Baach Steihaus-tétel disztribúciókra voatkozó általáosítását. 9

Állítás (Baach Steihaus-tétel). Legye T D(R N ) ( N) disztribúciósorozat. Ha mide φ D(R N )-re létezik a lim (T φ) határérték, akkor a T : D(R N ) K, φ lim (T φ) leképezés szité disztribúció, azaz T D(R N ). Máskét fogalmazva, disztribúciósorozat függvéyekéti" határértéke is disztribúció, azaz folytoos (triviálisa lieáris). Ezt a tételt jó tudi, azoba mi a következőkbe, ha csak lehet, em hivatkozuk rá, a kokrét esetekbe igyekszük külö-külö megmutati, hogy az adott disztribúciósorozatok potokéti határértéke disztribúció. Állítás (δ-koverges sorozatok). Legye ϱ: R N R + 0 Lebesgue-itegrálható függvéy, melyek itegrálja. Legye továbbá N és α R + eseté ϱ (x) := N ϱ(x), illetve ϱ α (x) := ( x ) α N ϱ. α Ekkor lim R ϱ = F δ, illetve lim α 0 R ϱα = F δ. Bizoyítás A két határérték léyegébe egyeértékű, mert az α := helyettesítéssel egymásba átvihetők. Ezért elegedő csupá az első esetet vizsgáli. Az R ϱ és a δ disztribúció hatásáak a külöbsége a φ alapfüggvéyre: (R ϱ φ) (δ φ) = ϱ φ dλ φ dδ = R N R R N ϱ(x)φ(x) dx φ(0). N N Az y := x itegrálási változót bevezetve dy = N dx, amiből az ϱ = feltételt kihaszálva kapjuk, hogy ( y ) [ ( ϱ(y)φ dy φ(0) y ] R R = ϱ(y) φ φ(0) dy ) N N ( y ϱ(y) φ φ(0) dy. R ) N Nyilvávaló, hogy az itegradus 0-hoz tart, mert φ(y/) határértéke φ(0). Tehát csak az a kérdés, hogy a limesz az itegrállal felcserélhető-e. φ-ről tudjuk, hogy kompakt tartójú és folytoos. Ie a Weierstrass-tételből adódik, hogy létezik korlátja, amit C-vel jelölük. Így ( y ϱ(y) φ φ(0) 2Cϱ(y). ) A jobb oldalo álló függvéy itegrálható majorása a feti itegrál itegradusáak, tehát a Lebesgue-tétel szerit a limesz és az itegrál felcserélhető, így a feti külöbség a ullához tart, ahoa éppe a bizoyítadó állítást kapjuk. Megjegyzés Íme éháy szokásos példa a Dirac-delta megközelítésére: (i) N = dimezióba ϱ := 2 χ [,]; ekkor ϱ (x) = 2 χ [ /,/]. (ii) N = dimezióba ϱ(x) := π + x 2 ; ekkor ϱ (x) = α + 2 x, ϱ 2 α (x) α 2 +x. 2 (iii) N = dimezióba ϱ(x) := e x2 2 ; ekkor ϱα (x) = 2π 2πα e x2 /2α. (iv) N > dimezióba ha ϱ az előző három közül valamelyik, akkor R N R, (x,..., x N ) ϱ(x )... ϱ(x N ) szité δ-koverges sorozat. 0

4.2. Legye f : R N K lokálisa itegrálható függvéy. Az f függvéysorozat kovergeciája és az R f reguláris disztribúciók sorozatáak a kovergeciája két külöböző fogalom. Vizsgáljuk meg a kétféle kovergecia közötti összefüggést a következő esetekbe, ahol adott a lokálisa itegrálható függvéyek f sorozata. (i) Az f sorozat majdem mideütt az f függvéyhez tart, és f is lokálisa itegrálható, valamit létezik egy g lokálisa itegrálható függvéy, amely majdem mideütt majorálja f -et. Ekkor a megfelelő reguláris disztribúciósorozat is koverges, és határértéke éppe az f függvéyhez tartozó reguláris disztribúció azaz lim R f = R lim f. Ugyais tetszőleges φ alapfüggvéy eseté lim (R f φ) = lim R N f φ. Ugyaakkor f φ g φ és lim f φ = fφ majdem mideütt. Így a Lebesgue-tétel szerit lim f φ = lim f φ = fφ. R N R N R N (ii) Létezik az f függvéysorozat majdem mideütti f határértéke, amely lokálisa itegrálható, továbbá a megfelelő disztribúciósorozat is koverges, ám a határértéke mégsem egyelő az f-hez tartózó reguláris disztribúcióval. Ilyeek például a δ-koverges sorozatok, ahol f = 0. (iii) Majdem mideütt létezik lim f =: f, f lokálisa itegrálható, vi- szot a disztribúciósorozat em koverges. Ilye például az f := 2 χ [, sorozat. ] (iv) Nem létezik a függvéysorozat majdem mideütti határértéke, de a disztribúciósorozat koverges. Legye ugyais f := exp i. Nyilvávaló, hogy em létezik lim f, de lim exp i φ dλ = 0, R mert az itegrálok éppe a φ függvéy Fourier-együtthatói egy (alkalmas m-re) Supp φ-t tartalmazó [ mπ, mπ] itervallumo égyzetese itegrálható függvéyek terébe lévő azoos ormájú ortogoális redszer szerit kifejtve. Ezek az együtthatók viszot égyzetese összegezhetők, következésképpe határértékük mideképpe 0. (v) Végezetül példát mutatuk arra, hogy az f := lim f határérték majdem mideütt létezik, de az em itegrálható lokálisa, és az R f disztri- búciósorozat mégis koverges. Legye f := itegrálható függvéyek, és lim f = id R id R χ [ /,/]. Ezek lokálisa majdem mideütt, amely viszot em itegrálható lokálisa. Megmutatjuk, hogy mide φ D(R) eseté létezik az (R f φ) sorozat határértéke. Rögzített φ eseté létezik L > 0 úgy, hogy

φ tartója bee va a [ L, L] itervallumba. Defiíció szerit (R f φ) = L φ(x) L x dx + φ(x) = L x dx = φ(x) φ(0) x L φ(x) φ(0) dx + dx. x Az x (φ(x) φ(0))/x (x 0) függvéy folytoos, a határértéke a ullába φ (0), ezért a függvéy korlátos, és így itegrálható is. χ φ φ(0) [, ] id R φ φ(0) id R miatt a Lebesgue-tétel szerit a limesz és az itegrál felcserélhető (tetszőleges φ eseté), tehát a disztribúciósorozat koverges. Bár a Baach Steihaus-tétel szerit a határérték is disztribúció, a 3.. potbeli ígéretükhöz híve ezt külö is belátjuk. A határérték P id R : D(R) K, φ R φ(x) φ(0) x Vegyük egy φ D(R)-beli függvéysorozatot, amely D(R) értelembe 0-hoz tart. Ekkor va olya L > 0, hogy Supp φ [ L, L] mide -re. A függvéysorozat valós és képzetes részére a bizoyítás ugyaolya, ezért feltehetjük, hogy φ valós értékű mide eseté. A Lagrage-féle középértéktétel szerit létezik olya -től és x-től függő ξ (x) szám a ]0, x[ yílt itervallumba, amelyre φ (x) φ (0) = φ (ξ (x))x. Ekkor dx. ( ) L φ (x) φ (0) L P φ = dx = φ id R L x (ξ (x)) dx. L A deriváltsorozat egyeletes kovergeciája miatt mide pozitív ε eseté va egy ε küszöbidex, melyél agyobb eseté φ (ξ (x)) < ε. Ezért ha > ε, akkor ( ) P φ id < 2Lε, R azaz beláttuk a folytoosságot. A P em reguláris disztribúciót az id R id R evezzük. 4.3. függvéy főérték-itegráljáak Legye r := id R N. Ha m < N pozitív egész, akkor r lokálisa itegrálható. m Ha m N, m = N +, ahol 0, akkor a főértékitegrál formulájáak általáosításakét depolarizálhatjuk" -et, vagyis defiiálhatuk vele egy r N+ disztribúciót természetes módo. Jelölje T (φ) a φ alapfüggvéyek a ulla körüli -ik Taylor-poliomját. Ekkor ( ) φ T (φ) r N+ = Ordo r N, 2

ezért itegrálható. Tehát ( P r N+ φ ) R N φ T (φ) r N+. Ha f : R N K mérhető függvéy és f = Ordo(r k ), azaz f = f 0 r k, akkor > k eseté ( ) f 0 (φ T k(φ)) P f φ r N+ r N+ k. R N 4.4. Feladatok. Mutassuk meg, hogy 2. Bebizoyítadó, hogy P id R = lim R id R. α 0 id 2 R +α2 lim R α +0 = P ± iπδ. id R ±iα id R k= 3. Igazoljuk, hogy a a k δ k sor tetszőleges a k együtthatók mellett koverges a D(R) térbe (δ k a k egész számra kocetrált Dirac-mérték). 4. Adjuk meg kokréta a P és a P disztribúciókat! id R id 2 R 5. id R lokálisa itegrálható az R \ {0} halmazo, tehát a D(R \ {0} reguláris eleme. Eek kiterjesztése P. Azoba em ez az egyetle lehetőség : id R + cδ is kiterjesztés (sőt akármely kiterjesztés ilye akármely c R eseté P id R alakú (lásd 5.8). Egy ilye kiterjesztést mellékérték-itegrálkét" kaphatuk meg a következőképpe. Legye a, b > 0 és f := id R χ [ a/,b/]. Mutassuk meg, hogy lim R f = P + (l a id R b )δ. 5. Operátorok 5.. Legye f C (R N ), p multipoliom, a R N és A: R N R N lieáris bijekció. Tekitsük a következő traszformációkat: (i) Az f-fel való szorzás: M f : E(R N ) E(R N ), φ fφ; (ii) A differeciálás: p(d): E(R N ) E(R N ), φ p(d)φ; (iii) Az a-val való balra tolás: L a : E(R N ) E(R N ), φ (x φ(x a)); (iv) Az A-val való kompoálás: K A : E(R N ) E(R N ), φ φ A. Egyszerű téy, hogy D(R N ) ivariás ezekre a traszformációkra, vagyis leszűkítésük D(R N )-re ismét D(R N )-be képez. Állítás. A feti traszformációk akár mit E(R N ) E(R N ), akár mit D(R N ) D(R N ) leképezések lieárisak és folytoosak. Bizoyítás A leképezések liearitása yilvávaló. A folytoosságot csak a fotosabb D(R N ) D(R N ) esetbe bizoyítjuk. Ehhez tekitsük egy D értelembe 0-hoz tartó φ sorozatot, K pedig legye olya kompakt halmaz, amely tartalmazza midegyik függvéy tartóját. 3

(i) Elegedő fφ k-adik parciális differeciálháyadosát vizsgáli. k (fφ ) = ( k f)φ + f( k φ ). f végteleszer differeciálható, ezért f és k f korlátos K-. Tudjuk továbbá, hogy a φ és a k φ függvéysorozatok egyeletese tartaak a 0-hoz. Ezért a feti parciális derivált is egyeletese tart a 0-hoz. (ii) Ha q multipoliom, akkor q(d) [p(d)φ ] = (qp)(d)φ, amiről viszot tudjuk, hogy egyeletese koverges. (iii) Az összetett függvéy differeciálási szabályából k (L a φ ) = L a ( k φ ) adódik, ahoa triviális az egyeletes kovergecia. (iv) Hasolóképpe kapjuk, hogy k (φ A ) = Dφ A (A e k ), ahol e k a k-adik stadard bázisvektor. k φ egyeletes kovergeciája miatt késze is vagyuk. Megjegyzés Az a L a leképzés az R N additív csoport lieáris ábrázolása D(R N )-e, azaz L a folytoos lieáris leképezés, és L a+b = L a + L b. Az A K A leképezés pedig az R N R N lieáris bijekciók csoportjáak lieáris ábrázolása D(R N )-e, azaz K A folytoos lieáris leképezés, és K AB = K A K B. A fizikába így ábrázolódak a téridőeltolások és a Galilei- vagy Loretztraszformációk. Defiíció. Az F : D(R N ) D(R N ) folytoos lieáris leképzés traszpoáltja: F : D(R N ) D(R N ), T T F. A defiíció jó, mert T F is folytoos F folytoossága miatt. Keressük meg a fet defiiált égy speciális operátor traszpoáltját! Legye φ és ψ alapfüggvéy, és azt vizsgáljuk, hogya hat φ-re a traszpoált az R ψ helye. 5.2. ( M f R ψ φ ) = (R ψ M f φ) = ψfφ = (R fψ φ) = ( R Mf ψ φ ). R N Emlékezzük, hogy a lokálisa itegrálható függvéyeket (és így az alapfüggvéyeket is) beágyaztuk a disztribúciók halmazába. M f traszpoáltja ezeke az (azoosított) alapfüggvéyeke úgy hat, mit maga M f : Mf ψ = M f ψ, ahol az első esetbe a ψ-hez redelt disztribúcióra hat Mf, a második esetbe pedig egy alapfüggvéyre hat M f. Eek alapjá kiterjesztjük a szorzásoperátort tetszőleges disztribúcióra is a következőképp: Defiíció. Legye az f végteleszer differeciálható operátora a disztribúcióko: függvéyel való szorzás M f : D(R N ) D(R N ), M f := Mf. Ekkor tehát (M f T φ) = (T M f φ) mide T disztribúcióra és φ alapfüggvéyre. 4

5.3. ( kr ( ψ φ) = (R ψ k φ) = ψ k φ = k (ψφ) ( k ψ)φ ) = (R k ψ φ), R N R N ugyais az első egyelőség jobb oldalá az első tag Fubii tétele értelmébe úgy is számítható, hogy először a k-adik változó szerit itegráluk, aztá a többi szerit; ez az itegrál ulla a Newto Leibitz-szabály miatt, hisze a függvéyek eltűek a végtelebe. Az előzőhöz hasolóa most is kiterjeszthetjük a differeciálást tetszőleges disztribúcióra: Defiíció. Ekkor tehát k : D(R N ) D(R N ), k := k. ( k T φ) = (T k φ) mide T disztribúcióra és φ alapfüggvéyre. Fotos, hogy a parciális itegrálás miatt megjelet egy míusz előjel. Hasolóa a páratla redű differeciálásál is, ellebe a páros redűél em. Tetszőleges p multipoliom eseté (p(d)t φ) = (T p( D)φ). 5.4. (L ar ψ φ) = (R ψ L a φ) = ψ(x)φ(x a) dx = ψ(z + a)φ(z) dz = R N R N = ( R L a ψ φ ). Itt a z := x a helyettesítéssel éltük. Ezek alapjá a következő a defiíció: Defiíció. azaz L a : D(R N ) D(R N ), (L a T φ) = (T L a φ) mide T disztribúcióra és φ alapfüggvéyre. 5.5. L a := L a, (KAR ψ φ) = (R ψ K A φ) = ψ(x)φ(a x) dx = R N ( = ψ(az)φ(z) det A dz = R N R det A KA ψ ) φ, a z := A x helyettesítést kihaszálva. Most úgy szereték defiiáli a disztribúcióko K A -t, hogy azt modhassuk, hogy KA R ψ = R KA ψ, vagy rövide KA ψ = K Aψ, ahol ideigleese KA jelöli a defiiáladó operátort. Tudjuk, hogy K Aψ = det A K A ψ K A ψ = det A K A ψ det A K A ψ = K Aψ. Ezek alapjá a következő defiíció lesz a megfelelő. 5

Defiíció. azaz K A : D(R N ) D(R N ), K A := det A K A, (K A T φ) = det A (T K A φ) mide T disztribúcióra és φ alapfüggvéyre. 5.6. Lássuk éháy példát! (i) N = eseté a H := χ R + függvéyt Heaviside-függvéyek szokás hívi. Ha vessző jelöli a differeciálást, akkor R H = δ. Valóba, (R H φ) = (R H φ ) = 0 φ = φ(0). (ii) ( k δ φ) = ( k φ)(0). (iii) Legye G olya yílt halmaz, melyek S := G \ G pereme N dimeziós részsokaság. Ekkor k R χg = k λ S, ahol az S felület kifelé" iráyított ormálvektorfüggvéye, λ S pedig a felületi Lebesgue-mérték. Valóba, a Gauss-tétel alkalmazásával ( k R χg φ) = (R χg k φ) = k φ = k φ dλ S. G S 5.7. (iv) M f δ = f(0)δ, L a δ = δ a, K A δ = det A δ. Állítás. Ha f lokálisa itegrálható és majdem mideütt differeciálható, továbbá k f is lokálisa itegrálható, akkor k R f = R k f. Bizoyítás Legye U olya yílt halmaz, amely tartalmazza φ tartóját. Parciális itegrálással azt kapjuk, hogy ( k R f φ) = (R f k φ) = f k φ = f k φ = k fφ = R N U U k fφ = R N = (R k f φ). 5.8. Világos, hogy bármely T disztribúció és p 0 multipoliom eseté Supp T = Supp p(d)t. Speciálisa, Supp (p(d)δ a ) = {a}. Ez utóbbiak a fordítottja is igaz, amit bizoyítás élkül közlük. Állítás. Legye T D(R N ) és Supp T = {a}. Ekkor létezik olya p multipoliom, hogy T = p(d)δ a. A tétel tehát azt állítja, hogy ha egy disztribúció tartója egyetle pot, akkor a disztribúció előállítható úgy, mit az adott potra kocetrált Dirac-delta külöböző redű deriváltjaiak lieáris kombiációja. 6

5.9. A fejezet elejé bevezetett p(d), L a és K A traszformációkra S(R N ) is ivariás, M f -re azoba em mide végteleszer differeciálható f eseté; akkor ige, ha például f multipoliom. Eél többet is modhatuk. Defiíció. Jelölje Θ(R N ) azo f végteleszer differeciálható függvéyek halmazát, melyekre tetszőleges p multipoliom eseté létezik c p pozitív szám és m p természetes szám, hogy p(d)f c p ( + id R N m p ). Ezeket a függvéyeket lassa övekvő függvéyekek hívjuk. Nyilvá S(R N ) Θ(R N ). Állítás. Ha f Θ(R N ), akkor az f-fel való szorzásra S(R N ) ivariás. Bizoyítás Ha φ S(R N ), akkor fφ yilvá végteleszer differeciálható. Azt kell még megézük, hogy p és q multipoliomok eseté pq(d)(f φ) korlátos-e. q(d) helyett elegedő i -t vei. Ekkor p i (fφ) p( i f)φ + pf i φ. Mivel i f és f poliommal felülbecsülhető, és φ gyorsa csökkeő, a jobb oldalo midkét tag korlátos. Tehát fφ S(R N ). Megjegyzés Eredméyük következméye, hogy a lassa övekvő függvéyekhez tartozó reguláris disztribúciók mérsékeltek. Így Θ(R N ) S(R N ) írható. 5.0. Feladatok. M f, p(d), L a és K A mit D(R N ) D(R N ) leképzések folytoos lieárisak. 2. Bizoyítsuk be: (i) kompakt tartójú disztribúció bármely deriváltja is kompakt tartójú, (ii) temperált disztribúció bármely deriváltja is temperált disztribúció. 3. Vizsgáljuk meg, hogya hat M f, k, L a és K A a b-re kocetrált Diracdisztribúcióra! 4. Bizoyítsuk be a disztribúciókra voatkozó Leibiz-szabályt: T D(R N ) és f folytoosa differeciálható függvéy eseté j (M f T ) = M jf T + M f j T. 5. Mutassuk meg, hogy (a vessző a differeciálást jelöli) (i) ( ) M idr P = R id, R (ii) ( ) R χ[a,b] = δa δ b, (iii) ( ) R l = P. P id R = P id 2 R 6. Jelölje a disztribúcióko lévő tükrözést J := K idr. Ekkor mide T disztribúció és φ alapfüggvéy eseté (JT φ) = (T Jφ). Lássuk be, hogy (i) k J = J k, (ii) k L a = L a k. 7. Mutassuk meg, hogy (D) lim a 0 L a φ = φ mide φ D(R N ) eseté. id R, (iv) 7

6. Disztribúciók evezetes differeciáloperátorai 6.. A φ alapfüggvéy k-ik parciális deriváltja, a defiíció szerit így is írható: ( k φ)(x) = lim h 0 (L hk φ)(x) φ(x) h (x R N ), ahol h k := he k, az R N e k stadard bázisvektoráak h-szorosa. A feti határérték R N -be potokét érvéyes. Most megmutatjuk, hogy D-értelembe is hasoló határérték írható a parciális deriváltakra. Állítás. Legye φ alapfüggvéy és h k mit az előbb. Ekkor L hk φ φ k φ = (D) lim. h 0 h Bizoyítás Azt kell tehát beláti, hogy ( L hk φ φ (D) lim h 0 h ) k φ = 0. Elegedő olya h-kat tekitei, melyre h < teljesül. Ekkor a feti limesz alatt szereplő függvéy tartója biztosa bee va a B (0) + Supp φ halmazba, ahol B (0) jelöli az egység sugarú zárt gömböt a 0 körül. Vizsgáljuk előbb a valós esetet. A Lagrage-féle középértéktétel szerit létezik egy θ h (0, ) szám, melyre L hk φ φ h k φ = k φ(x + θ h h k ) k φ(x). Heie tétele értelmébe a kompakt halmazo folytoos k φ függvéy egyeletese folytoos, azaz mide ε > 0 eseté létezik δ ε > 0 úgy, hogy ha h < δ ε, akkor mide x potba k φ(x+θ h h k ) k φ(x) < ε. Ebből pedig már látszik a kívát egyeletes kovergecia. Hasolóa belátható ez a deriváltakra is, mert i ( L hk φ φ h ) k φ = L h k i φ i φ h i k φ, emiatt a bizoyítás ugyaúgy megy, mit előbb, csak φ helyett i φ-vel. Szétválasztva a valós és a képzetes részt a komplex eset visszavezethető az előzőre. Állítás. Legye T disztribúció, h k mit előbb. Ekkor L hk T T k T = lim. h 0 h Bizoyítás Tetszőleges φ alapfüggvéyre ( ) L hk T T h φ = [ (L hk T φ) (T φ) ] = h ( T ) L hk φ φ. h A 6. állítás szerit h 0 eseté a T melletti függvéy k φ-hez fog tartai D értelembe. Kihaszálva T folytoosságát a feti kifejezés határértéke (T k φ) = ( k T φ). 8

6.2. Laplace-operátor Legye Ekkor Z(x) := 4π x (x R 3, x 0). k Z(x) = x k 4π x 3, quad i k Z(x) = ( δik 4π x 3 3x ) ix k x 5. () Ez utóbbiból Z := k k Z = 0; itt és a következőkbe az Eistei-féle összegzési szabályt alkalmazzuk: az azoos idexekre összegezi kell -től háromig. Állítás. Z lokálisa itegrálható, és R Z = δ. Bizoyítás Gömbi koordiátázással itegrálva köye belátható, hogy Z lokálisa itegrálható, azaz értelmes R Z. Tetszőleges φ alapfüggvéy eseté a Laplace-operátor előjelváltás élkül átvihető φ-re, mert a Laplace-operátor második deriváltakból áll. ( R Z φ) = (R Z φ) = Z φ = lim Z φ. R N α +0 R N \G α(0) Z = 0 miatt Z k k φ = k (Z k φ) k (φ k Z) Az így kapott divergeciákat a Gauss-tétel segítségével átalakíthatjuk felületi itegrálokká. Jelölje S α (0) a befelé iráyított gömbfelületet, λ Sα (0) pedig a rajta levő vektori Lebesgue-mértéket. Ekkor a következőképpe folytathatjuk: lim [div(zgradφ) div(φgradz)] dλ = α +0 G α(0) [ = lim α +0 Z gradφ, dλ Sα (0) S α(0) S α(0) φ gradz, dλ Sα (0) ]. Az első itegrál 0-hoz tart, mert felülről becsülhető (/4πα) gradφ 4πα 2 -tel. A második itegrál φ(0)-hoz tart, mert S α(0) φ gradz, dλ Sα (0) + φ(0) = = S α (0) ( φ ) gradz, Sα (0) + 4πα 2 φ(0) dλ Sα (0) ahol Sα(0) a felület befelé iráyított ormálvektora (vektormezeje), λ Sα(0) pedig a gömbfelület skalármértéke. Kihaszálva, hogy gradz, Sα (0) = /4πα 2, így folytathatjuk: ( ) = φ φ(0) dλsα(0) 4πα 2 πα 2 max ( ) φ φ(0) 4πα 2. S α (0) S α(0) Ez φ folytoossága miatt 0-hoz tart. Ezzel beláttuk, hogy ( R Z φ) = φ(0)., 9

6.3. Diffúzióoperátor Legye C : R R N R, (t, x) H(t) (4πt) 2 e x /4t, N/2 ahol H a Heaviside-féle függvéy. Egyszerű differeciálással adódik, hogy ( 0 )C = 0 (a {0} R N kivételével, ami ics be a C értelmezési tartomáyába), ahol 0 a ulladik" vagyis a R-beli (fet t-vel jelölt) változó szeriti differeciálást jeleti. Állítás. C lokális itegrálható, és ( 0 )R C = δ, Bizoyítás Köyű láti, hogy C amely majdem mideütt értelmezve va lokálisa itegrálható. Ugyais tetszőleges K Dom C kompakt halmaz eseté létezik olya t, amelyre K [ t, t] R N. Mit ismeretes, rögzített t > 0 eseté C az x változója szerit Gauss-görbe, ezért itegrálható, és az itegrál értéke ; t 0 eseté a függvéy 0. Ez a függvéy pedig itegrálható [ t, t]-. A Fubii-tételből adódóa C itegrálható [ t, t] R N -e, ezért lokálisa itegrálható. Legye most φ D(R +N ). Ekkor (( 0 )R C φ) = (R C ( 0 + )φ) = lim C( 0 + )φ. α +0 [α, [ R N Haszáljuk ki most is, hogy C 0 φ = 0 (Cφ) ( 0 C)φ, valamit C φ = ( C)φ + div(cgradφ) div(φgradc). Az utolsó két tag hely szeriti itegrálja 0. Vegyük ugyais egy r sugarú gömböt R N -be. A Gauss-tétel miatt a gömbre vett itegrál átalakítható a Cgradφ-ek, ill. φgradc-ek a gömbfelszíre vett itegráljává. Mivel φ és gradφ kompakt tartójú, az r határesetbe az itegrál 0. A feti formulát tehát így folytathatjuk: ( = lim 0 (Cφ) + φ( 0 )C ) = α +0 [α, [ R N = lim α +0 R N (Cφ) t= t=α = lim α +0 R N C(α, x)φ(α, x) dx. Itt kihaszáltuk, hogy ( 0 )C = 0, majd az idő szerit itegráltuk, végül (Cφ)( ) = 0, mivel φ kompakt tartójú. Azt kell már csak megmutatuk, hogy ez a határérték éppe φ(0, 0). Becsüljük meg a külöbségüket: C(α, x)φ(α, x) dx φ(0, 0) = C(α, x) (φ(α, x) φ(0, 0)) dx = R N R N C(α, x) (φ(α, x) φ(0, x)) dx + C(α, x) (φ(0, x) φ(0, 0)) dx. R N R N Az első tag felülről így becsülhető: C(α, x) (φ(α, x) φ(0, x)) dx max φ(α, x) φ(0, x) C(α, x) dx. R N x R N R N Mit ismeretes, az itegrál mide α eseté. A kompakt halmazo folytoos φ függvéy Heie tétele szerit egyeletese folytoos, ezért ez a maximum 0-hoz tart. 20

A második tag: R N C(α, x) (φ(0, x) φ(0, 0)) dx = ( R C(α, ) φ(0, ) ) φ(0, 0). Mivel R C(α, ) éppe egy δ-koverges sorozat, a határérték 0 lesz. Ezzel bebizoyítottuk az állítást. Megjegyzés A fizikába a diffúzióoperátor 0 k alakú, ahol k a diffúziós kostas. Ha t idő" helyett bevezetjük a kt változót, akkor kapjuk az ittei formát. 6.4. Hullámoperátor ( ) Legye g : R (+3) R (+3) R, (t, x), (s, y) ts+xy a stadard Loretzforma az aritmetikai speciális relativisztikus téridőmodellbe. Legye továbbá K ± : D ( R (+3)) φ(± x, x) K, φ dx. R 4π x 3 (K + -t avazsált, K -t pedig retardált magak szokás evezi.) Mivel id R 3 lokálisa itegrálható, az itegrál értelmes mide φ alapfüggvéyre. Az is egyszerű, hogy a feti formula disztribúciót határoz meg: yilvávalóa lieáris, és ha φ D értelembe 0-hoz tartó sorozat, H pedig olya kompakt halmaz, amely tartalmazza mide φ tartóját, akkor (K ± φ ) = φ (± x, x) dx R 4π x φ 4π 3 H dx x, és a jobb oldal ullához tart, miközbe tart a végtelehez. Nyilvávaló, hogy K + tartója az L + := {x g(x, x) = 0, x 0 > 0} jövőszerű féykúp, K -é pedig az L := {x g(x, x) = 0, x 0 < 0} múltszerű féykúp. Megmutatható, hogy ezek a disztribúciók a féykúpok felületi mértéke szeriti itegrálások. Ezek a felületi mértékek azoba em a szokásos sokaságmértékek. Egy részsokaság felületi mértékét ebbe a pszeudo-euklideszi vektortérbe a részsokaság egy p paraméterezésével és a paramétertér λ Lebesgue-mértékével ( det((dp) Dp) λ) p formába defiiáltuk feltéve, hogy a részsokaság mide v éritővektoráak pszeudohossza ( v := g(v, v) ) em ulla. Ez azoba itt em teljesül, emiatt a féykúpokra az azoosa ulla mértéket kapák. A féykúpok felületi mértékét az α > 0 esetre defiiált V + α := { x g(x, x) = α 2 x 0 > 0 }, V α := { x g(x, x) = α 2 x 0 < 0 } időszerű hiperboloidok szokásos λ V ± α felületi mértékvel az α 0 határértékkel a következőképpe: mide E R 4 korlátos, yí lt Borel-halmazra értelmes λ λ L ±(E) := lim V ± (E V α α ± ). α 0 α 2

Az így meghatározott mérték tartója L ±, tehát léyegébe L ± -e adott mérték lesz. A következő állítást majd csak később, a Fourier-traszformáció segítségével fogjuk beláti. Állítás. K ± = δ, ahol := 2 0 a d Alambert-operátor. Megjegyzés A fizikába a hullámoperátor 2 0 c 2 alakú, ahol c a féysebesség. Ha a t idő" helyett bevezetjük a ct változót, akkor kapjuk az ittei formát. 6.5. Feladatok. Mutassuk meg, hogy L a R Z = δ a (a R 3 ). 2. k R Z = R k Z, és k Z = pr k 4π r, ahol r := id 3 R 3. 3. Legye m > 0, r := id R 3, valamit E (m) ± := (/4π)e ±mr /r az ú. Yukawa-féle poteciál. Bizoyítsuk be, hogy ez megoldása az ú. Helmholtzegyeletek, azaz ( m 2 )E (m) ± = 0 és ( m 2 )R (m) E = δ. ± 4. Bizoyítsuk be, hogy ha jelöli egy-, két- és N dimeziós Laplace-operátort is, akkor idr = 2δ, R l idr 2 = 2πδ 2, := 2πN/2 id N 2 R N R = (N 2)σ N δ N, ahol σ N Γ ( ) az R N -beli egységgömb felszíe, és a δ-ko az idex azt 2 mutatja, mely dimezióról va szó. 5. Igazoljuk, hogy az E (t, x) := E 2 (t, x) := H(t x ) 2 lokálisa itegrálható függvéyek, és ((t, x) R R), H(t x ) 2π ((t, x) R R 2 ) t 2 x 2 R E = δ 2, R E2 = δ 3. 7. Disztribúciók tezorszorzata 7.. Állítás. Legye Φ D(R N R M ) függvéysorozat, amely a szorzattérbe D értelembe 0-hoz tart, x R N tetszőleges sorozat ( N). Ekkor D(R M )-be (D) lim Φ (x, ) = 0. 22

Bizoyítás A Φ sorozat D-kovergeciája miatt létezik K N R N és K M R M kompakt halmaz úgy, hogy K N K M tartalmazza a Φ tartóját mide N eseté. Egyszerű téy, hogy Supp Φ (x, ) K M mide -re. A Φ sorozat egyeletes kovergeciájából pedig yilvávalóa következik Φ (x, ) egyeletes kovergeciája, és hasoló áll fe a deriváltakra is, hisze Φ (x, ) parciális deriváltjai a Φ parciális deriváltjaiból adódak. Következméy. Tetszőleges x R N eseté az l x : D(R N R M ) D(R M ), Φ Φ(x, ) leképezés folytoos, hisze lieáris és a 0-ba folytoos. 7.2. Legye f : R N K és g : R M K lokálisa itegrálható függvéy. Ekkor az f g : R N R M K, (x, y) f(x) g(y) tezorszorzat szité lokálisa itegrálható, hisze a Fubii-tétel szerit mide téglá itegrálható. Értelmes tehát R f R g := R f g D(R N R M ), melyek hatása egy Φ D(R N R M ) függvéye: (R f R g Φ) = f(x)g(y)φ(x, y) dx dy = R N R M = f(x) g(y)φ(x, y) dy dx, R N R M ahol a Fubii-tételt haszáltuk fel. Ezek alapjá köye érthetjük a következő defiíciót. Defiíció. Legye T D(R N ) és S D(R M ). T és S tezorszorzatá a következő disztribúciót értjük: T S : D(R N R M ) K, (T S Φ) := (T x (S Φ(x, ))). Állítás. A defiíció jó, azaz téyleg disztribúciót határoztuk meg. Bizoyítás A következőket kell belátuk: (i) Φ(x, ) kompakt tartójú és végteleszer differeciálható, ezért (S Φ(x, )) értelmes; (ii) az x (S Φ(x, )) hozzáredelés is kompakt tartójú és végteleszer differeciálható ; (iii) T S lieáris és folytoos. Az (i) megállapítás yilvávaló. A (ii) kifejezés yilvá kompakt tartójú, mert tartóját tartalmazza pr [Supp Φ]. Tekitsük a k-adik deriváltat! (S Φ(x + h k, )) (S Φ(x, )) (S Φ(x, )) = lim = x k h 0 h ( ) ( ) = lim S (L hk Φ)(x, ) Φ(x, ) h 0 = S h (D) lim l L hk Φ Φ x = h 0 h ( ) = S l L hk Φ Φ x(d) lim = (S l x k Φ) = (S ( k Φ)(x, )), h 0 h 23

ahol kihaszáltuk először S, majd l x folytoosságát. Ebből már következik, hogy x (S Φ(x, )) függvéy végteleszer differeciálható, és magától értetődő jelöléssel ( ) p (S Φ(x, )) = (S (p(d )Φ)(x, )). x Már csak a (iii) maradt hátra. Liearitása magától értetődik. Folytoosságáak vizsgálatához tekitsük egy D értelembe 0-hoz tartó Φ sorozatot R N R M -e. T folytoossága miatt elegedő beláti, hogy a φ := (x (S Φ (x, ))) sorozat D(R N )-be 0-hoz tart. Φ D-kovergeciája miatt létezik olya K kompakt halmaz, hogy Supp φ pr [Supp Φ ] K. Mivel (p(d)φ )(x) = (S (p(d )Φ )(x, )), és p(d )Φ is egyeletese tart a ullához, elég belátuk, hogy φ bármely deriváltjára ugyaúgy érvelhetük. Tegyük fel, hogy φ em tart egyeletese a ullához. Ekkor létezik ε > 0 és x R N N sorozat úgy, hogy φ (x ) ε. (2) A 7. állítás szerit (D) lim Φ (x, ) = 0, ezért lim φ (x ) = 0 ami elletmod a (2) egyelőtleségek. 7.3. Ha φ D(R N ) és ψ D(R M ), akkor φ ψ : (x, y) φ(x)ψ(y) függvéy a D(R N R M ) eleme, és (T S φ ψ) = (T φ) (S ψ). (3) Meg lehet mutati, hogy a φ ψ alakú függvéyek lieáris kombiációi, vagyis D(R N ) D(R N ) sűrű lieáris alteret alkotak D(R N R M )-be. Ezt tudvá elég vola a (3) összefüggéssel defiiáli a disztribúciók tezorszorzatát, hisze köye látható, hogy a formula lieáris kiterjesztése folytoos lieáris leképezést határoz meg egy sűrű lieáris altére, ahoa egyértelműe kiterjeszthető az egész térre. Ebből az is látszik, hogy T és S tezorszorzatára T S : D(R N R M ) K, (T S Φ) := (S y (T Φ(, y))) is fe-áll. 7.4. Legye J : R N R N R N R N, (x, y) (y, x); emlékeztetük a K J operátorra (lásd 5.5). Állítás. Ha T, S D(R N ), akkor T S = K J (S T ), azaz a tezorszorzás ilye értelembe kommutatív. Bizoyítás Köyű láti, hogy φ ψ alakú függvéyeke a két disztribúció azoos értékeket vesz fel; a folytoos lieáris leképezésekek a D(R N ) D(R N )) sűrű altérről az egyértelmű kiterjesztése is megegyezik. Állítás. Supp (T S) Supp T Supp S. 24

Bizoyítás Legye (x, y) (Supp T Supp S). Mivel a tartó zárt, létezik (x, y) körül egy G(x) G(y) yílt tégla a komplemeterbe. Ekkor G(x) Supp T ) (G(y) Supp S) =, ami csak úgy lehet, ha G(x) Supp T ) = vagy G(y) Supp S =. Ezért ha Supp φ G(x) és Supp ψ G(y), akkor (T S φ ψ) = 0, így a 7.3. megjegyzés szerit T S a G(x) G(y) halmazo 0, azaz (x, y) / Supp (T S). 7.5. Feladatok. Legye H a Heaviside-féle függvéy. Ekkor az N-dimeziós Dirac-delta δ (N) =... N (H... H). 2. Bizoyítsuk be: legye f, g C (R N ), p: R N K multipoliom, D az első N változó szeriti differeciálás R N R M -be, a R N, T D(R N ), S D(R M ). Ekkor (i) M f g (T S) = (M f T ) (M g S); (ii) p(d )(T S) = (p(d)t ) S; (iii) L (a,0) (T S) = (L a T ) S. 3. Bizoyítsuk be, hogy a a D(R N ) D(R M ) D(R N R M ), (T, S) T S tezorszorzás bilieáris és változókét folytoos leképzés. 4. Mutassuk meg, hogy mérsékelt disztribúciók tezorszorzata is mérsékelt. 8. Disztribúciók kovolúciója 8.. Defiíció. Az f, g : R N K itegrálható függvéyek kovolúciója: f g : R N R N, (f g)(x) := f(x y)g(y) dy. (4) R N Állítás. Az f g függvéy jól defiiált, itegrálható, továbbá f g = g f. Bizoyítás Az (x, y) f(y)g(x y) függvéy itegrálható a Fubii-tétel szerit, mert az egyik sorredbe abszolút itegrálható, hisze az y f(x y) g(y) dx = f g(y) R N függvéy itegrálható, továbbá a 4 egyelőségbe szereplő itegrált a z := x y helyettesítéssel R N f(z)g(x z) dz = (g f)(x) alakra hozhatjuk. 8.2. Hasolóa beláthatjuk, hogy ha f lokálisa itegrálható és g itregrálható, kompakt tartójú (azaz g egy kompakt halmazo kívül majdem mideütt ulla), akkor szité értelmes f és g kovolúciója és ez lokálisa itegrálható. 25

Ha φ D(R N ), akkor (R f g φ) = R N ( ) f(y)g(x y) dy φ(x) dx = R N = f(y)g(z)φ(y + z) dy dz, R N R N ahol a Fubii-tétel alkalmazása utá a z := x y helyettesítéssel éltük. Vezessük be az összeadást: Ezzel a feti kifejezés így írható: A: R N R N R N, (y, z) y + z. (R f g φ) = (R f g φ A). Ezek alapjá kimodhatjuk a következő defiíciót: Defiíció. A T és S disztribúciók kovolválhatók (értelmes a kovolúciójuk), ha mide φ alapfüggvéy eseté értelmes (T S φ) := (T S φ A). Megjegyzés Supp (φ A) = A (Supp φ), ugyais (x, y) A (Supp φ) akkor és csak akkor, ha A(x, y) = x + y Supp φ, és (x, y) Supp (φ A) potosa akkor, ha mide N eseté va olya (x, y ), hogy x x, y y, és 0 φ(a(x, y )) = φ(x +y ), ami egyeértékű azal, hogy x+y Supp φ. Egyszerű téy, hogy A (Supp φ) = (Supp φ {0}) + { (x, y) x + y = 0 } egy ferde sáv, ezért ha φ 0 φ A em kompakt tartójú, a feti defiíció értelmességéről csak a 2.2 és a 2.4 defiícióba meghatározott kiterjesztések figyelembevételével beszélhetük. Állítás. Ha T és S kovolválható, akkor a T S : D(R N ) K, φ (T S φ) fukcioál disztribúció. Bizoyítás Tekitsük a ξ D(R 2N ) valós értékű alapfüggvéyek E értelembe -hez tartó sorozatát, és legye K : D(R N ) K, φ (T S ξ (φ A)). K valóba értelmes mide φ-re, mert M ξ (T S) kompakt tartójú, φ-be pedig yilvá lieáris. A folytoosságáak belátásához vegyük egy D értelembe 0-hoz tartó φ m D(R N ) sorozatot. Ekkor mide -re ξ (φ m A) a D(R 2N ) térbe tart 0-hoz, ezért lim m (K φ m ) = 0 lévé T S folytoos. Tehát K disztribúció (mide -re). A K disztribúciósorozat potokét koverges (azaz mide φ D(R N )-re (K φ) koverges), így a Baach Steihaus-tétel szerit (4. állítás) a potokét értelmezett határérték is disztribúció. Ez pedig éppe a T S kovolúció. Állítás. A kovolúció kommutatív. Bizoyítás Legye T és S disztribúció. Ekkor (T S φ) = (T S φ A) = (K J (S T ) φ A) = = (S T φ A J) = (S T φ A) = (S T φ). 26

8.3. T és S biztosa kovolválható, ha mide alapfüggvéy eseté Supp (T S) Supp (φ A) kompakt, ami teljesül, ha mide K kompakt halmazra Supp (T S) A (K) kompakt. Mivel Supp (T S) Supp T Supp S, a kovolúció létezéséek elégséges feltétele, hogy (Supp T Supp S) A (K) kompakt tetszőleges K kompakt halmazra. Állítás. Adott K kompakt halmaz eseté (Supp T Supp S) A (K) potosa akkor kompakt, ha Supp S (K Supp T ) és Supp T (K Supp S) kompakt. Bizoyítás A feti halmazok yilvá zártak, ezért csak a korlátosságot kell vizsgáli. Legye B := (Supp T Supp S) A (K). Mivel köyű láti, hogy B = { (x, y) x Supp T, y Supp S, x + y K }, Supp T (K Supp S) = { x Supp T létezik y Supp S : x y + K } = és hasolóa a másik esetbe a második projekcióval. ekvivalecia. = pr [B], Ebből már látszik az Következméy. A kovolúció létezéséek elégséges feltétele, hogy T és S közül egyik kompakt tartójú legye. Állítás. Supp (T S) Supp T + Supp S. Bizoyítás Legye φ olya alapfüggvéy, amelyek tartója a jobb oldal komplemeterébe va. Azt kell beláti, hogy ekkor (T S φ) = 0. Ez defiíció szerit (T S φ A), ami ulla, hisze Supp (T S) Supp (φ A) (Supp T Supp S) A (Supp φ) 8.4. A (A[Supp T Supp S] Supp φ) = A ((Supp T + Supp S) Supp φ) = = A ( ) =. Állítás. Ha a T és S disztribúciók kovolúciója létezik, akkor mide p multipoliom eseté létezik ( p(d)t ) S és T ( p(d)s ), továbbá p(d)(t S) = ( p(d)t ) S = T ( p(d)s ). Bizoyítás Elég beláti a modottakat a parciális deriváltakra. A derváltak kovolúciója yilvá értelmes, mert Supp (( k T ) S) = Supp (D,k (T S)) Supp (T S). 27

Legye φ alapfüggvéy. Ekkor ( k (T S) φ) = (T S k φ) = (T S k φ A). Mivel k φ A = D,k (φ A) = D 2,k (φ A), így folytathatjuk (D,k (T S) φ A) = (( k T ) S φ A) = (( k T ) S φ), illetve hasolóa a másik deriváltra is. Állítás. Ha a T és S disztribúciók kovolúciója létezik és a R N, akkor létezik (L a T ) S és T (L a S), és L a (T S) = (L a T ) S = T (L a S). Bizoyítás A kovolúciók létezése yilvávaló. Továbbá mide φ alapfüggvéyre ((L a T ) S φ) = ((L a T ) S φ A) = ( L (a,0) (T S) φ A ) = = ( T S L ( a,0) (φ A) ) = (T S (L a φ) A) = A másik egyelőség is hasolóa belátható. 8.5. = (T S L a φ) = (L a (T S) φ). A kovolúcióak, mit szorzásak az egységeleme a Dirac-delta: δ T = T. Valóba, lévé kompakt tartójú, a Dirac-delta kovolválható mide disztribúcióval, és (δ T φ) = (δ T φ A) = (T x (δ φ(x + ))) = (T φ). Ezt felhaszálva megmutathatjuk, hogy a kovolúció em asszociatív: N = eseté, ha H a Heaviside-függvéy, akkor (δ H) = (δ H ) = (δ δ) =, viszot ( δ ) H = ( δ) H = 0. 8.6. Fejezetük elejé a függvéyek kovolúciójáak formulája általáosítható függvéy és mérték kovlúciójára. Legye f Borel-mérhető függvéy és m Rado-mérték. Ha mide x R N eseté az y f(x y) itegrálható m szerit, akkor értelmezzük az (f m)(x) := R N f(x y)dm(y) (x R N ) függvéyt. Állítás. Ha f lokálisa itegrálható, és f m is lokálisa itegrálható, akkor R f m = R f F m. 28