1. 研究背景及主要结果
设
表示复平面,
表示在
上的解析函数全体,
表示
上的Lebesgue面积测度,
表示欧几里得圆盘。我们考虑
上的再生核Hilbert空间
,对于有界全纯函数
,若映射
是有界的,则定义
并且
被称为
上的乘法算子,函数
记为
的符号。在上个世纪七十年代主要关注的是单位圆盘上的Hardy空间中解析乘法算子的交换子和约化子空间的问题。在这个时期,Abrahamse和Douglas、Cowen、Baker等人取得了几项显著的进展[1]-[3]。关于Bergman空间的研究,相关课题开始于2000年Zhu关于有限Blaschke积乘法算子的极小约化子空间数量的猜想[4]。而后由于乘法算子与两类积分算子
和
有关系:
,其中
,
为
的自伴算子,所以过去的十几年中,这三类算子引起了学者极大的兴趣。在Hardy空间、Bergman空间、Bloch空间、Derichlet空间、Fock空间等取得了许多显著的成就[5]-[7]。本文中,我们对加权Fock空间上
的有界性和紧性感兴趣。具体来说,在两个Banach空间中,有界算子是指将有界集映射为有界集的算子,紧算子是指将有界集映射为列紧集的算子。接下来,我们给出本文将要讨论的加权Fock空间的相关概念。若一个非负函数
在
上局部可积,则称其为一个权函数。对于
,设
是
上可测函数
构成的空间,满足
。
指标为p的加权Fock空间
定义为
。特别地,当
时,就得到了经典Fock空间
,对于经典Fock空间的有关内容可参考文献[8]。我们用
表示
中边与坐标轴平行的正方形,并记其边长为
。给定
,
与
互为对偶数,若权函数
在
上几乎处处满足
,且对于某个固定的
,有
,
则称
属于
类。Isralowitz在文献[9]中首先引入了
类,并证明了该类与
无关,所以我们可以用
来表示这类权函数。Cascante、Fábrega和Peláez在文献[10]中将Isralowitz的结果推广到
的情形。他们引入了
类,该类由在
上几乎处处满足
且对于某个固定的
,有
,
的权函数
组成。我们在
的两个不同指标p、q的加权Fock空间
到
上给出了乘法算子
的有界性和紧性的等价刻画。注意到当
时,Bonet和Taskinen在文献[11]中研究了一般情况下
的有界性和紧性。在2016年,Mengestie在文献[12]中刻画了当
时,
和
之间的有界性和紧性。特别地,他证明了
和
之间不存在非零紧的乘法算子。而后在2019年,Mengestie和Ueki于文献[13]中考虑了具有径向和某些光滑条件的加权Fock空间之间乘法算子的有界性和紧性,推广了文献[12]中的结果。以此为动机,我们考虑了
的有界性和紧性,我们给出下面两个定理。
定理1:设
,
且
。则
1) 算子
有界当且仅当
。
2) 算子
为紧算子当且仅当
。
定理2:设
,
且
。则下列论述等价
1) 算子
是有界的。
2) 算子
是紧的。
3) 函数
属于
。
本文中,若存在一个绝对常数
,满足
(
),则表示为
(
)。一般的
表示
且
。如果这些常数对某些参数至关重要,我们将具体说明。
2. 预备知识
引理1 [10] 令
,那么对于满足
的任意
,我们有
。
引理2 [10] 设
,
且
。存在一个常数
使得对于任意
以及
都有
。
记
为经典Fock空间
的再生核,下面我们给出
的p范数估计。
引理3 [10] 设
且
。那么我们得到
1)
。
2) 当
时,函数
在
的任意紧子集上一致收敛到0。
3. 定理证明
3.1. 定理1的证明
我们将先证明有界的情况,通过算子有界性的定义以及检验函数的性质证明必要性,然后通过逐点估计等方法证明充分性。而后,通过与有界性类似的方法给出了紧性的证明。详细过程如下:
1) 首先设
有界,注意到标准检验函数
,通过引理3和
的次调和性质,我们有
因此,对任意
,得到
。
反之,对于任意的
,我们可以得到
因此,
有界。
2) 首先证明充分性,由条件可知,对任意的
,存在
使得
。
令
是
里的有界序列满足在
的任意紧子集上一致收敛到0。得到
其中,
表示
上的积分并且
表示
上的积分。根据
的定义,我们得到
,其中
并且
充分大。接下来估计
,
因此,对于
,我们得到
。这表明算子
是紧的。
对于必要性,假设算子
为紧算子,那么
。由已知条件可以得到
。
情况2)得证。至此我们完成了定理1的证明。
3.2. 定理2的证明
显然,2)
1)是平凡的,所以我们只需要证明下面两种情况。对于1)
3),我们对某种级数求和型检验函数应用Khinchine不等式和Fubini定理等技巧。对于3)
2),我们使用了Holder不等式。详细过程如下:
1)
3) 令
是每个
的重排。通过[10] (命题4.2),我们得到对于
、
以及固定的
,有
和
。令
是从[0, 1]到[−1, 1]的Rademacher序列。那么函数
属于
并满足
。由Khinchine不等式,我们得到
。
进一步通过Fubini定理,有
由上式,可以推断出
因为当
时,
的对偶是
,所以我们得到
。
因此,有下面的估计
这表明3)成立。
3)
2) 由假设条件我们知道存在常数
使得对任意固定的
,有
。
故
其中,
表示
上的积分并且
表示
上的积分。对充分大的n,容易看到
。并且对于
,我们使用Holder不等式得到
这表明算子
是紧的,2)成立。由此我们完成了定理2的证明。
4. 结论
在证明过程中,我们巧妙融合逐点估计与范数估计技巧,灵活运用多种经典不等式,证明了文中的主要定理。本文的结论说明了
到
之间存在非零紧的乘法算子。这与文献[12]中经典Fock空间
和
之间的结论不同,其本质原因是权函数
对
的乘法不封闭。这拓展了加权Fock空间乘法算子理论体系,填补了以往研究在指标普适性与条件精准性上的空白,为解析函数空间算子理论注入了新活力,为后续研究奠定了坚实的理论基石。未来,我们还将研究含不同拓扑结构、赋范方式的Banach空间中乘法算子的特性,构建统一理论框架容纳各类空间算子性质,为算子理论发展拓广新域。推动泛函分析在多学科融合创新,如优化理论中算子与复杂空间性能分析。为偏微分方程数值解、图像处理等应用提供理论支撑,如图像滤波中设计新算子优化处理效能。为金融数学中风险模型、材料科学中微观结构模拟等提供创新数学工具。
基金项目
河北省自然科学基金资助项目(A2020202005, A2023202031, A2023202037)。