Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性
Binormality of Toeplitz Operators with the Sum Function of Quasi-Homogeneous Function and Radial Function Symbols on the Bergman Space
DOI: 10.12677/PM.2023.1311326, PDF, HTML, XML, 下载: 80  浏览: 134 
作者: 王晓琳:辽宁师范大学数学学院,辽宁 大连
关键词: Bergman空间Toeplitz算子拟齐次函数径向函数双正规性Bergman Space Toeplitz Operator Quasi-Homogeneous Function Radial Function Binormality
摘要: 本文刻画了Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性。
Abstract: In this paper, we describe the binormality of Toeplitz operators with the sum of quasi-homogeneous function and radial function symbols on the Bergman space.
文章引用:王晓琳. Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性[J]. 理论数学, 2023, 13(11): 3146-3153. https://doi.org/10.12677/PM.2023.1311326

1. 引言

函数空间上的算子理论是泛函分析中一个较为活跃的分支。其中Toeplitz算子理论不仅与函数论、微分方程、Banach代数等数学学科中的问题相互关联、相互推动,并且在很多实际问题中有广泛应用。这使得Toeplitz算子一度成为学者们研究的热点且一直保持着很强的发展势态。正规性是Toeplitz算子的重要性质之一。迄今为止,Toeplitz算子的正规性已经得到了十分全面的刻画。于是人们将其推广拟正规性、双正规性和亚正规性。通过查阅资料发现,许多学者对于Bergman空间上以径向函数为符号的亚正规性得到了一些结果。Sumin [1] 丰富了Bergman空间上以径向函数为符号的Toeplitz算子的正规性的相关结论。Cuckovic [2] 研究了Bergman空间上以径向函数为符号的Toeplitz算子的正规性的充分必要条件。Lu和Shi [3] 进一步刻画了加权Bergman空间上以径向函数为符号的Toeplitz算子的亚正规性的充分必要条件。同样对于Bergman空间上以拟齐次函数为符号的亚正规性得到了一些结果。Lu和Liu [4] 刻画了加权Bergman空间上以拟齐次函数为符号的Toeplitz算子的亚正规的充分必要条件。但对于以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的正规性、拟正规性、双正规性研究较少。本文的主要内容是Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的正规性、拟正规性、双正规性。

如果Hilbert空间上的有界线性算子S满足 ,那么称算子S是正规的。如果Hilbert空间上的有界线性算子S满足 S * S S = S S * S ,那么称算子S是拟正规的。如果Hilbert空间上的有界线性算子S满足 S * S S S * = S S * S * S ,那么称算子S是双正规的。并且这些性质有如下关系:

正规性→拟正规性→双正规性

正规算子一定是拟正规算子,拟正规算子一定为双正规算子。

为复平面上的开单位圆盘。Bergman空间 A 2 ( D ) 中,对任意 f , g A 2 ( D ) ,其上内积定义为

f , g = D f ( z ) g ( z ) ¯ d A ( z ) .

L ( D ) 上本性可测函数的空间。对于 φ L ( D ) ,以 φ 为符号的Toeplitz算子 T φ : A 2 ( D ) A 2 ( D ) 定义为

T φ f = P ( φ f ) , f A 2 ( D ) .

令P为 L 2 ( D ) A 2 ( D ) 的正交投影。对任意 f L 2 ( D ) z D ,则有

P f ( z ) = D f ( w ) ( 1 z ¯ w ) 2 d A ( w ) .

2. 主要结论

引理2.1设 φ L 1 ( [ 0 , 1 ] , r d r ) . 如果存在一个序列 { n k } 满足

φ ^ ( n k ) = 0 k = 0 1 n k = ,

那么,对于所有的 z { z : Re z > 2 } φ ^ ( z ) = 0 ,于是有 φ 0

引理2.2在 A 2 ( D ) 中,设 a , b 为非负整数,

P ( z a z ¯ b ) = { a b + 1 a + 1 z a b , a b ; 0 , a < b .

引理2.3 [4] 在 A α 2 ( D ) 中,令 φ ( r e i θ ) = e i δ θ φ 0 ( r ) L ( D ) ,其中 δ

φ 0 ( r ) ζ a = { a : D | 0 1 | a ( r ) | 2 r ( 1 r 2 ) α d r < } 。则对于 n 0 ,有

T φ z n = { ( 2 n + 2 δ + 2 ) Γ ( n + δ + 2 + α ) ( n + δ + 1 ) ! Γ ( 1 + α ) φ ^ α , 0 ( 2 n + δ + 2 ) z n + δ , n + δ 0 , 0 , n + δ < 0. T φ ¯ z n = { ( 2 n 2 δ + 2 ) Γ ( n δ + 2 + α ) ( n δ + 1 ) ! Γ ( 1 + α ) φ ^ α , 0 ( 2 n δ + 2 ) z n δ , n δ 0 , 0 , n δ < 0.

定理2.4设 ϕ ( r e i θ ) = e i δ θ φ ( r ) + r 2 p ,其中 δ p T ϕ A 2 ( D ) 是双正规算子当且仅当 φ 0

证明:第一种情况,考虑 ,由Toeplitz算子的性质可知 T ϕ z k = T φ 1 z k + T φ 2 z k ,其中 φ 1 = e i δ θ φ ( r ) φ 2 = r 2 p

T φ 2 z k = P ( φ 2 z k ) ( w ) = D φ 2 ( w ) w k 1 ( 1 z w ¯ ) 2 d A ( w ) = w = r e i θ n = 0 ( n + 1 ) z n 0 1 0 2 π e i ( k n ) θ r 2 p + k + n r π d θ d r = k + 1 p + k + 1 z k ( k 0 ) ,

由引理2.3知

T φ 1 z k = { 2 ( k + δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) z k + δ , k + δ 0 0 , k + δ < 0 ,

T ϕ z k = { 2 ( k + δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) z k + δ + k + 1 p + k + 1 z k , k + δ 0 k + 1 p + k + 1 z k , k + δ < 0 .

同理可得

T φ ¯ 2 z k = k + 1 p + k + 1 z k ( k 0 ) ,

再由引理2.3知

T φ ¯ 1 z k = { 2 ( k δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) z k δ , k δ 0 0 , k δ < 0 ,

T ϕ ¯ z k = { 2 ( k δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) z k δ + k + 1 p + k + 1 z k , k δ 0 k + 1 p + k + 1 z k , k δ < 0 .

0 k < δ

T ϕ T ϕ z k = k + 1 p + k + 1 T ϕ z k = ( k + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 z k + 2 ( k + δ + 1 ) ( k + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) z k + δ .

进而

T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 2 ( k + δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) ( p + k + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) + 2 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) ] z k + δ + 4 ( k + δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) z k + 2 δ + ( k + 1 ) 3 ( p + k + 1 ) 3 z k .

再由直接计算得到

T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 8 ( k + δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) | 2 + 2 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 ( p + k + δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) + 2 ( k + δ + 1 ) 3 ( k + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) ] z k + δ + 4 ( k + δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k + 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) z k + 2 δ + [ 4 ( k + 1 ) 3 ( k + δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 4 ( p + k + 1 ) 4 + 4 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 ] z k .

另一方面

T ϕ T ϕ z k = [ 4 ( k + 1 ) ( k + δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 ] z k + 2 ( k + δ + 1 ) 2 p + k + δ + 1 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) z k + δ .

进而

T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 4 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) p + k + 1 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 + 4 ( k + 1 ) ( k + δ + 1 ) 2 p + k + δ + 1 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 3 ( p + k + 1 ) 3 ] z k + 2 ( k + δ + 1 ) 3 ( p + k + δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) z k + δ .

再由直接计算得到

T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 8 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) 2 p + k + 1 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 3 + 8 ( k + δ + 1 ) 3 ( k + 1 ) p + k + δ + 1 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 3 + 2 ( k + 1 ) 3 ( k + δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 3 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) + 2 ( k + δ + 1 ) 4 ( p + k + δ + 1 ) 3 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) ] z k + δ + 4 ( k + δ + 1 ) 3 ( k + 2 δ + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) z k + 2 δ + [ 4 ( k + 1 ) 3 ( k + δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 4 ( p + k + 1 ) 4 + 4 ( k + 1 ) 2 ( k + δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) | 2 ] z k .

0 k < δ 时, T ϕ A 2 ( D ) 是双正规算子则有 T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ = T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ ,那么有 T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k

对比 z k + 2 δ 的系数可知:

4 ( k + δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k + 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) = 4 ( k + δ + 1 ) 3 ( k + 2 δ + 1 ) ( p + k + δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 )

4 ( k + δ + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) × [ ( k + δ + 1 ) 2 ( p + k + δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) ( p + k + 1 ) ( p + k + 2 δ + 1 ) ] = 0

但当 0 k < δ ,若

( k + δ + 1 ) 2 ( p + k + δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k + 2 δ + 1 ) ( p + k + 1 ) ( p + k + 2 δ + 1 ) = δ 2 p [ 2 ( k + 1 ) + p + 2 δ ] ( p + k + δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k + 2 δ + 1 ) = 0 ,

k = p 2 δ 1 < 0 ,矛盾。所以有 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) = 0

φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) = 0 ,则等式成立。若 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) 0 , φ ^ ( 2 k + 3 δ + 2 ) = 0 ,则 z k + δ 的系数不相等。故当 0 k < δ ,有 φ ^ ( 2 k + δ + 2 ) = 0 ,根据引理2得到 φ = 0

第二种情况,考虑 δ < 0 ,当 0 k < δ

T ϕ T ϕ z k = [ 4 ( k + 1 ) ( k δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 ] z k + 2 ( k δ + 1 ) 2 p + k δ + 1 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) z k δ .

进而

T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 4 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) p + k δ + 1 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 + 4 ( k + 1 ) ( k δ + 1 ) 2 p + k + 1 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 3 ( p + k + 1 ) 3 ] z k + 2 ( k δ + 1 ) 3 ( p + k δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) z k δ .

再由直接计算得到

T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 8 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) 2 p + k + 1 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 3 + 8 ( k δ + 1 ) 3 ( k + 1 ) p + k δ + 1 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 3 + 2 ( k + 1 ) 3 ( k δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 3 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) + 2 ( k δ + 1 ) 4 ( p + k δ + 1 ) 3 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) ] z k δ + 4 ( k δ + 1 ) 3 ( k 2 δ + 1 ) ( p + k δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) z k 2 δ + [ 4 ( k + 1 ) 3 ( k δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 4 ( p + k + 1 ) 4 + 4 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 ] z k .

另一方面

T ϕ T ϕ z k = k + 1 p + k + 1 T ϕ z k = ( k + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 z k + 2 ( k δ + 1 ) ( k + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) z k δ .

进而

T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 2 ( k δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( p + k δ + 1 ) ( p + k + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) + 2 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) ] z k δ + 4 ( k δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) z k 2 δ + ( k + 1 ) 3 ( p + k + 1 ) 3 z k .

再由直接计算得到

T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = [ 8 ( k δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) p + k + 1 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) | 2 + 2 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) 2 ( p + k δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) + 2 ( k δ + 1 ) 3 ( k + 1 ) ( p + k δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) ] z k δ + 4 ( k δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) z k 2 δ + [ 4 ( k + 1 ) 3 ( k δ + 1 ) ( p + k + 1 ) 2 | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 + ( k + 1 ) 4 ( p + k + 1 ) 4 + 4 ( k + 1 ) 2 ( k δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k δ + 1 ) | φ ^ ( 2 k δ + 2 ) | 2 ] z k .

0 k < δ 时, T ϕ A 2 ( D ) 是双正规算子则有 T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ = T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ ,那么有 T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k = T ϕ T ϕ T ϕ T ϕ z k

对比 z k 2 δ 的系数可知:

4 ( k δ + 1 ) ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) = 4 ( k δ + 1 ) 3 ( k 2 δ + 1 ) ( p + k δ + 1 ) 2 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 )

4 ( k δ + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) × [ ( k δ + 1 ) 2 ( p + k δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) ( p + k + 1 ) ( p + k 2 δ + 1 ) ] = 0

但当 0 k < δ ,若

( k δ + 1 ) 2 ( p + k δ + 1 ) 2 ( k + 1 ) ( k 2 δ + 1 ) ( p + k + 1 ) ( p + k 2 δ + 1 ) = δ 2 p [ 2 ( k + 1 ) + p 2 δ ] ( p + k δ + 1 ) 2 ( p + k + 1 ) ( p + k 2 δ + 1 ) = 0 ,

k = p 2 + δ 1 < 0 ,矛盾。所以有 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) = 0

φ ^ ( 2 k δ + 2 ) = 0 ,对比各项系数相等,则 T ϕ 是双正规算子。若 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) 0 , φ ^ ( 2 k 3 δ + 2 ) = 0 ,则 z k δ 的系数不相等。故当 0 k < δ ,有 φ ^ ( 2 k δ + 2 ) = 0 ,根据引理1得到 φ = 0

充分性显然,当 φ = 0 ϕ ( r e i θ ) = r 2 p T ϕ 是双正规算子,定理得证。

显而易见,正规算子蕴含拟正规算子,拟正规算子蕴含双正规算子,因此根据定理2.4还可以得到以下推论。

推论2.5设 ϕ ( r e i θ ) = e i δ θ φ ( r ) + r 2 p ,其中 δ p 。若 T ϕ A 2 ( D ) 是双正规算子当且仅当 T ϕ A 2 ( D ) 是正规算子当且仅当 T ϕ A 2 ( D ) 是拟正规算子。

证明:由定理2.4可知。

本文研究了Bergman空间上以径向函数与拟齐次函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性的充分必要条件。

参考文献

[1] Kim, S. and Lee, J. (2020) Normal Toeplitz Operators on the Bergman Space. Mathematics, 8, 1463.
https://doi.org/10.3390/math8091463
[2] Cuckovi, Z. and Curto, R.E. (2018) A New Necessary Condition for the Hyponormality of Toeplitz Operators on the Bergman Space. Journal of Operator Theory, 79, 287-300.
[3] Lu, Y. and Shi, Y. (2009) Hyponormal Toeplitz Operators on the Weighted Bergman Space. Integral Equations and Operator Theory, 65, 115-129.
https://doi.org/10.1007/s00020-009-1712-z
[4] Lu, Y. and Liu, C. (2009) Commutativity and Hyponormality of Toeplitz Operators on the Weighted Bergman Space. Journal of the Korean Mathematical Society, 46, 621-642.
https://doi.org/10.4134/JKMS.2009.46.3.621