一类带有粗糙核的分数次积分广义交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性
Boundedness of a Class of Generalized Commutators of Fractional Integrals with Rough Kernels on λ-Central Morrey Spaces
摘要: 具有粗糙核的积分算子交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性被许多作者所研究。本文利用Hölder不等式、环分解等调和分析中的一些经典理论和方法,研究了由带有粗糙核的分数次积分算子和λ-中心BMO函数空间生成的广义交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性。本文的研究结果推广了Fu、Lin和Lu的部分结论。
Abstract: The boundedness of integral operator commutators with rough kernels on λ-central Morrey spaces and λ-central BMO function spaces has been studied by many authors. In this paper, the generalized commutators generated by fractional integral operators with rough kernels and the λ-central BMO function space are studied to be bounded on the λ-central Morrey space by using some classical theories and methods in the harmonic analysis such as Hölder’s inequality and ring decomposition. The results in this paper extended some conclusions of Fu, Lin and Lu.
文章引用:胡凰雲. 一类带有粗糙核的分数次积分广义交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性[J]. 应用数学进展, 2024, 13(11): 5017-5024. https://doi.org/10.12677/aam.2024.1311484

1. 引言

S n1 R n 上的单位球面,带有通常的Lebesgue测度 dσ=dσ( x ) 。则具有粗糙核的分数次积分算子定义为

T Ω,α ( f )( x ):= R n Ω( xy ) | xy | nα f( y )dy

其中 0<α<n Ω L s ( S n1 ) 1<s< ,并且 Ω R n 上满足零阶齐次性。对于上述算子,文献[1] [2]研究了该分数次积分算子 T Ω,α 的相关性质。

bBMO ,由具有粗糙核的分数次积分算子 T Ω,α 和函数b生成的交换子定义为:

[ b, T Ω,α ]f( x )=b( x ) T Ω,α f( x ) T Ω,α ( bf )( x )

2000年,Alvarez等人在文献[3]中提出λ-中心有界平均震荡和λ-中心Morrey空间,具体定义如下:

定义1 λ<1/n 1<q< ,则λ-中心有界平均振荡空间 CBM O q,λ 定义为:

CBM O q,λ ( R n )={ f L loc q ( R n ): f CBM O q,λ < } ,

其中 f CBM O q,λ = sup R>0 ( 1 | B( 0,R ) | 1+qλ B( 0,R ) | f( x ) f B( 0,R ) | q dx ) 1/q f B( 0,R ) f B( 0,R ) 上的积分平均。

定义2 λR 1<q< ,则λ-中心Morrey空间 B ˙ p,v 定义为:

B ˙ p,v ( R n )={ f L loc p ( R n ): f B ˙ p,v < }

其中 f B ˙ p,v = sup R>0 ( 1 | B( 0,R ) | 1+pv B( 0,R ) | f( x ) | p dx ) 1/p

2002年,Pérez等人在文献[4]定义了奇异积分算子广义交换子,如下:

T b m ( f )( x ):=p.v. R n K( x,y )[ j=1 m b j ( x ) b j ( y ) ]f( y )dy

Tao和Shi在文献[5]证明了上述积分算子广义交换子 T b m ( f )( x ) λ-中心Morrey空间上的有界性。张和陶在文献[6]证明了带有粗糙核的奇异积分广义交换子 T Ω, b m ( f )( x ) 的有界性。受上述启发,本文在Pérez [4]中考虑的奇异积分算子广义交换子的基础上,定义了带粗糙核的分数次积分广义交换子,并讨论该交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性。

定义3 b =( b 1 , b 2 ,, b m ) b i CBM O s i , μ i ( R n ) i=1,2,,m 。则带粗糙核的分数次积分广义交换子定义为:

[ b , T Ω,α ]f( x )= T Ω,α b ,m ( f )( x ):= R n Ω( xy ) | xy | nα j=1 m [ b j ( x ) b j ( y ) ] f( y )dy

本文的主要结果如下:

定理1 0<α<n Ω L s ( S n1 ) s>n/ ( nα ) 1<p<n/α 1/q = i=1 m 1/ s i +1/p α/n <1 λ= i=1 m μ i +v+α/n <0 。如果 b =( b 1 , b 2 ,, b m ) ,其中 b i CBM O s i , μ i 1< s i < 0< μ i <1/n i=1,,m 。并且上述指标满足 α n + 1 s 1 p v< i=1 m μ i α n 1 s i=1 m 1 s i 1 p 。则对任意 f B ˙ p,v ,有:

[ b , T Ω,α ]f B ˙ q,λ C i=1 m b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

2. 主要结果的证明

引理1 [2] 0<α<n 1<p<n/α 1/q =1/p α/n 。若 Ω L s ( S n1 ) s>n/ ( nα ) ,则

T Ω,α f L q C f L p

证明 不失一般性,我们仅考虑 m=2 的情形,对于 m>2 的情形可以类似推出。

固定常数R,定义 B=B( 0,R ) 以及 2 k+1 B=B( 0, 2 k+1 R ) 。对任意 xB ,将交换子分解如下:

[ b , T Ω,α ] 2 ( f )( x )=[ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( f )( x ) [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ] T Ω,α ( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )f )( x ) [ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )f )( x ) + T Ω,α ( ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )f )( x ),

其中 ( b 1 ) B , ( b 2 ) B b 1 ( x ), b 2 ( x ) B上的积分平均。

则有:

( B | [ b , T Ω,α ] 2 ( f )( x ) | q dx ) 1 q ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( f )( x ) | q dx ) 1 q ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ] T Ω,α ( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )f )( x ) | q dx ) 1 q ( B | [ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )f )( x ) | q dx ) 1 q + ( B | T Ω,α ( ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )f )( x ) | q dx ) 1 q = Ι 1 ( x )+ Ι 2 ( x )+ Ι 3 ( x )+ Ι 4 ( x ).

f=f χ 2B +f χ ( 2B ) C = f 1 + f 2 ,其中 χ 2B 为2B上的特征函数。下面分别估计 Ι 1 Ι 2 Ι 3 以及 Ι 4

1) Ι 1 部分

首先由f的分解得:

Ι 1 ( x ) ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( f 1 )( x ) | q dx ) 1 q +( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( f 2 )( x ) | q dx ) = Ι 11 + Ι 12 .

对于 Ι 11 ,令 1 t = 1 q 1 s 1 1 s 2 = 1 p α n ,由Hölder不等式及 T Ω,α L p L t 的有界性可得:

Ι 11 ( B ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B ) s 1 dx ) 1 s 1 ( B ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) s 2 dx ) 1 s 2 ( B | T Ω,α ( f 1 )( x ) | t dx ) 1 t C | B | 1 s 1 + μ 1 + 1 s 2 + μ 2 i=1 2 b i CBM O s i , μ i ( 2B | f( x ) | p dx ) 1 p C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

对于 Ι 12 ,由 α n + 1 s 1 p ,可得 1 q 1 s 1 1 s 2 1 s >0 ,由Minkowski不等式,Hölder不等式以及 v< i=1 m μ i α n 1 s < α n 1 s ,我们有:

Ι 12 ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] T Ω,α ( f 2 )( x ) | q dx ) 1 q ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] k=1 2 k+1 B\ 2 k B Ω( xy ) | xy | nα f( y )dy | q dx ) 1 q C k=1 | 2 k B | α n 1 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | q | b 1 ( x ) ( b 1 ) B | q | b 2 ( x ) ( b 2 ) B | q dx ) 1 q f( y )dy C k=1 | 2 k B | α n 1 ( B | b 1 ( x ) ( b 1 ) B | s 1 dx ) 1 s 1 ( B | b 2 ( x ) ( b 2 ) B | s 2 dx ) 1 s 2 | B | 1 q 1 s 1 1 s 2 1 s 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | s dx ) 1 s | f( y ) |dy.

xB y 2 k+1 B 可得 xy 2 k+2 B ,又 Ω L s ( S n1 ) ,从而有:

( B | Ω( xy ) | s dx ) 1 s = ( 2 k+2 B | Ω( z ) | s dz ) 1 s = ( 0 2 k+1 R S n1 | Ω( z ) | s dσ( z ) r n1 dr ) 1/s =C | 2 k+1 B | 1/s Ω L s ( S n1 ) C | 2 k B | 1/s (2.1)

由Hölder不等式可得:

Ι 12 C | B | 1 q + μ 1 + μ 2 1 s i=1 2 b i CBM O s i , μ i k=1 | 2 k B | α n 1 | 2 k B | 1 s ( 2 k+1 B | f( y ) | p dy ) 1 p | 2 k+1 B | 1 1 p C | B | 1 q + μ 1 + μ 2 1 s k=1 | 2 k B | α n + 1 s +v i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

综上可得 Ι 1 C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

2) Ι 2 部分

Ι 2 ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ] T Ω,α ( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) f 1 )( x ) | q dx ) 1 q + ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ] T Ω,α ( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) f 2 )( x ) | q dx ) 1 q = Ι 21 + Ι 22 .

对于 Ι 21 ,令 1 q 2 = 1 q 1 s 1 = 1 p 2 α n ,由 1/q = i=1 m 1/ s i +1/p α/n <1 ,可得 1 p 2 = 1 s 2 + 1 p ,则 1< p 2 < n α 。通过Hölder不等式以及 T Ω,α L p 2 L q 2 的有界性,有:

Ι 21 ( B ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B ) s 1 dx ) 1 s 1 ( B | T Ω,α ( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) f 1 )( x ) | q 2 dx ) 1 q 2 C | B | 1 s 1 + μ 1 b 1 CBM O s 1 , μ 1 ( B | ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) f 1 ( x ) | p 2 dx ) 1 p 2 C | B | 1 s 1 + μ 1 b 1 CBM O s 1 , μ 1 ( B | b 2 ( x ) ( b 2 ) B | s 2 dx ) 1 s 2 ( 2B | f( x ) | p dx ) 1 p C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

对于 Ι 22 ,由 α n + 1 s 1 p i=1 m 1 s i 1 p ,可得 1 q 1 s 1 s 1 >0 1 1 s 1 1 p >0 。又 v< i=1 m μ i α n 1 s < μ 1 α n 1 s ,通过Minkowski不等式,(2.1)和Hölder不等式可得:

Ι 22 C ( B | [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ] k=1 2 k+1 B\ 2 k B Ω( xy ) | xy | nα [ b 2 ( y ) ( b 2 ) B ]f( y )dy | q dx ) 1 q C k=1 | 2 k B | α n 1 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | q | b 1 ( x ) ( b 1 ) B | q dx ) 1 q ( b 2 ( y ) ( b 2 ) B )f( y )dy C k=1 | 2 k B | α n 1 ( B | b 1 ( x ) ( b 1 ) B | s 1 dx ) 1 s 1 | B | 1 q 1 s 1 1 s × 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | s dx ) 1 s ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )f( y )dy C k=1 | 2 k B | α n 1+ 1 s | B | 1 q + μ 1 1 s b 1 CBM O s 1 , μ 1 ( B | b 2 ( y ) ( b 2 ) B | s 2 dx ) 1 s 2 × ( 2 k+1 B | f( y ) | p dy ) 1 p | 2 k+1 B | 1 1 p 1 s 2 k=1 | 2 k B | α n + 1 s + μ 2 +v | B | 1 q + μ 1 1 s i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

综上可得 Ι 2 C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

3) Ι 3 部分

由于 Ι 3 部分和 Ι 2 部分是对称的,因此类似于 Ι 2 的证明方法可得:

Ι 3 C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

4) Ι 4 部分

Ι 4 ( x ) ( B | T Ω,α ( [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] f 1 )( x ) | q dx ) 1 q +( B | T Ω,α ( [ b 1 ( x ) ( b 1 ) B ][ b 2 ( x ) ( b 2 ) B ] f 2 )( x ) | q dx ) = Ι 41 + Ι 42 .

对于 Ι 41 ,令 1 q 1 = 1 q + α n = 1 s 1 + 1 s 2 + 1 p ,有 1< q 1 < n α 。由 T Ω,α L q 1 L q 的有界及Hölder不等式,得:

Ι 41 ( B | ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )( ( b 2 ( x ) ( b 2 ) B ) f 1 )( x ) | q 1 dx ) 1 q 1 C ( B | b 1 ( x ) ( b 1 ) B | s 1 dx ) 1 s 1 ( B | b 2 ( x ) ( b 2 ) B | s 2 dx ) 1 s 2 ( 2B | f( x ) | p dx ) 1 p C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

对于 Ι 42 ,由 1 q 1 s >0 1 1 s 1 1 s 2 1 p >0 v< i=1 2 μ i α n 1 s ,通过Minkowski不等式,(2.1)和Hölder不等式可得:

Ι 42 ( B | T Ω,α ( b 1 ( x ) ( b 1 ) B )( b 2 ( x ) ( b 2 ) B )( f 2 )( x ) | q dx ) 1 q ( B | k=1 2 k+1 B\ 2 k B Ω( xy ) | xy | nα ( b 1 ( y ) ( b 1 ) B )( b 2 ( y ) ( b 2 ) B )f( y )dy | q dx ) 1 q C k=1 | 2 k B | α n 1 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | q dx ) 1 q ( b 1 ( y ) ( b 1 ) B )( b 2 ( y ) ( b 2 ) B )f( y )dy C k=1 | 2 k B | α n 1 2 k+1 B ( B | Ω( xy ) | s dx ) 1 s | B | 1 q 1 s ( b 1 ( y ) ( b 1 ) B )( b 2 ( y ) ( b 2 ) B )f( y )dy C k=1 | 2 k B | α n 1+ 1 s | B | 1 q 1 s ( 2 k+1 B | b 1 ( y ) ( b 1 ) B | s 1 dy ) 1 s 1 ( 2 k+1 B | b 2 ( y ) ( b 2 ) B | s 2 dy ) 1 s 2 × ( 2 k+1 B | f( y ) | p dy ) 1 p | 2 k+1 B | 1 1 s 1 1 s 2 1 p ,

又因为

| b 2 k+1 B b B | j=0 k | b 2 k+1 B b 2 j B | C j=0 k ( 1 | 2 j+1 B | 2 j +1B | b( y ) b 2 j+1 B | s 1 dy ) 1/ s 1 C j=0 k 2 ( j+1 )n μ 1 | B | μ 1 b CBM O s 1 , μ 1 C | 2 k+1 B | μ 1 b CBM O s 1 , μ 1 ,

有:

( 2 k+1 B | b 1 ( y ) ( b 1 ) B | s 1 dy ) 1 s 1 ( 2 k+1 B | b 1 ( y ) ( b 1 ) 2 k+1 B | s 1 dy ) 1 s 1 +| ( b 1 ) 2 k+1 B ( b 1 ) B | | 2 k+1 B | 1 s 1 C | 2 k+1 B | 1 s 1 + μ 1 b 1 CBM O s 1 , μ 1 .

所以

Ι 42 C | B | 1 q 1 s i=1 2 b i CBM O s i , μ i k=1 | 2 k B | α n + 1 s + μ 1 + μ 2 f B ˙ p,v C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v .

综合可得 Ι 4 C | B | λ+ 1 q i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

综合 Ι 1 , Ι 2 , Ι 3 , Ι 4 ,再对所有的球B取上确界可得:

[ b , T Ω,α ] 2 f B ˙ q,λ C i=1 2 b i CBM O s i , μ i f B ˙ p,v

证毕。

3. 结论

λ-中心Morrey空间和λ-中心BMO空间引起了数学工作者的极大兴趣,并且也是调和分析领域的重要空间。关于此类空间的研究及其积分算子交换子在这些空间中的有界性,可以参见[3] [5]-[7]。与此同时,积分算子广义交换子是经典交换子的推广,文献[4]对此类广义交换子做了深入研究并且得到了一些有意义的结果。本文通过对由带有粗糙核的分数次积分算子和λ-中心BMO函数空间生成的广义交换子进行环分解,利用Hölder不等式,以及带有粗糙核的分数次积分算子 T Ω,α 的有界性和Minkowski不等式,可得出带有粗糙核的分数次积分广义交换子在λ-中心Morrey空间上的λ-中心BMO估计。其中,本文中的主要结果是在Fu、Lu和Lin [7],得出具有粗糙核的分数次积分算子在中心Morrey空间上的有界性以及交换子 [ b, T Ω,α ] λ-中心Morrey空间上的有界性的基础上进行推广,从而得出带有粗糙核的分数次积分广义交换子在λ-中心Morrey空间上的有界性。本文对研究λ-中心Morrey空间和λ-中心BMO函数空间具有重要意义。

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