一类无界域的陆启铿问题
Lu Qi-Keng’s Problem on Some Unbounded Domains
DOI: 10.12677/PM.2023.138234, PDF, HTML, XML,    科研立项经费支持
作者: 刘 健, 钟雨玲, 胡琼方, 杨 尧, 谢 兵, 冯志明*:乐山师范学院数理学院,四川 乐山
关键词: Bergman核陆启铿问题Bergman Kernels Lu Qi-Keng Problem
摘要: 陆启铿问题指的是一个域D是否是陆启铿域,陆启铿域是对所有的z,w∈D,Bergman核K(z,w)都不等于零的域。本文讨论了一类无界域D={(z,u1,u2)∈ℂ×B×B:eλ1|z|2|u1|2+eλ2|z|2|u2|2 < 1}的陆启铿问题。
Abstract: The Lu Qi-keng problem refers to whether a domain D is a Lu Qi-keng domain. The Lu Qi-keng do-main is a domain where all z,w∈D, and its Bergman kernel K(z,w) are not equal to zero. In this paper, we investigate the Lu Qi-Keng problem for unbounded domains D={(z,u1,u2)∈ℂ×B×B:eλ1|z|2|u1|2+eλ2|z|2|u2|2 < 1}.
文章引用:刘健, 钟雨玲, 胡琼方, 杨尧, 谢兵, 冯志明. 一类无界域的陆启铿问题[J]. 理论数学, 2023, 13(8): 2275-2283. https://doi.org/10.12677/PM.2023.138234

1. 引言

假定 D n 中的域,定义D上平方可积解析函数空间

A 2 ( D ) = { f Hol ( D ) : D | f ( z ) | 2 d V ( z ) < + } ,

这里 z D Hol ( D ) 表示D上解析函数全体, d V 表示Lebesgue测度。如果 A 2 ( D ) 0 ,记空间 A 2 ( D ) 的标准正交基为 { φ j ( z ) : 1 j dim A 2 ( D ) } ,称

K ( z , w ) = j = 1 dim A 2 ( D ) φ j ( z ) φ j ( w ) ¯

为域D的Bergman核,Bergman核在中具有再生性,即对任意 f A 2 ( D ) ,有

f ( z ) = D K ( z , w ) f ( w ) d V ( w ) .

对于包含原点的Reinhardt域D,D上解析函数有以下幂级数表示:

f ( z ) = m 0 c m z m ,

这里 z = ( z , , z n ) D m = ( m 1 , , m n ) n z m = z 1 m 1 z n m n 。并且 z m z m A 2 ( D ) 的标准正交基,因此 [1]

K ( z , w ) = m n z m w m ¯ z m 2 .

Bergman核在多复变函数论和复几何中起着重要的作用,虽然 n 中的有界域都存在Bergman核,但其表达式一般没有显示公式,用显式公式计算Bergman核函数是多复变函数论的一个重要研究方向,用Bergman核的显示表达式,可以研究域的陆启铿问题,所谓陆启铿问题指的是一个域是否是陆启铿域,陆启铿域是对所有的 z , w D ,Bergman核 K ( z , w ) 都不等于零的域,如果一个域是陆启铿域,则它的表示域存在 [2] 。关于Bergman核的计算,可参考综述文献 [3] [4] ,有界域的陆启铿问题研究可参考综述文献 [5] ,近期这方面的研究可参考 [6] [7] [8] [9] 等。在 [7] 和 [9] 中研究了一类无界域——Fock-Bargmann-Hartogs域

D n , m = { ( z , w ) n × m : w 2 < e μ z 2 } , μ > 0

的陆启铿问题,本文我们研究另一类无界域(定义见(2.1))的Bergman核的计算,并研究其陆启铿问题。

2. 主要结果

定理2.1. 令 λ 1 λ 2 > 0

D = { ( z , u 1 , u 2 ) × B × B : e λ 1 | z | 2 | u 1 | 2 + e λ 2 | z | 2 | u 2 | 2 < 1 } (2.1)

则域D的Bergman核为

(2.2)

其中

Z = ( z , u 1 , u 2 ) , W = ( w , v 1 , v 2 ) D

ρ 1 = e λ 1 z w ¯ u 1 v 1 ¯ , ρ 2 = e λ 2 z w ¯ u 2 v 2 ¯ .

由定理2.1,我们得到以下结论。

定理2.2. 在定理2.1的假设下,则域D的Bergman核 K ( Z , W ) D × D 上有零点的充要条件是 λ 1 > 2 λ 2 > 0

3. 定理2.1的证明

证明. 记

A 2 ( D ) = { f Hol ( D ) : D | f ( Z ) | 2 d V ( Z ) < + } ,

这里 Z = ( z , u 1 , u 2 ) D Hol ( D ) 表示D上解析函数全体, d V 表示Lebesgue测度。对于包含原点的Reinhardt域D上的全纯函数f,在D上有幂级数展开式(见 [1] )

f ( Z ) = m , n 0 a m n z m u n ,

这里

Z = ( z , u ) = ( z , u 1 , u 2 ) , n = ( n 1 , n 2 ) , u n = u 1 n 1 u 2 n 2 .

容易直接证明 { z m u n z m u n } 是Reinhardt域上的一组规范正交系,可以证明它是完备的。因而有

K ( Z , W ) = m , n 0 z m u n w m v n z m u n 2

其中

Z = ( z , u ) = ( z , u 1 , u 2 ) , W = ( w , v ) = ( w , v 1 , v 2 ) D , z m u n 2 = D | z m u n | 2 d V ( z ) d V ( u 1 ) d V ( u 2 ) .

直接计算得

上面用到

| w 1 | 2 + | w 2 | 2 < 1 | w n | 2 d V ( w 1 ) d V ( w 2 ) = ( 2 π ) 2 r 1 2 + r 2 2 < 1 r 1 0 , r 2 0 r 1 2 n 1 + 1 r 2 2 n 2 + 1 d r 1 d r 2 = π 2 x 1 + x 2 < 1 x 1 0 , x 2 0 x 1 n 1 x 2 n 2 d x 1 d x 2 = π 2 n 2 + 1 0 1 x 1 n 1 ( 1 x 1 ) n 2 + 1 d x 1 = π 2 n 1 ! n 2 ! ( n 1 + n 2 + 2 ) !

以及

这里用到

所以当 Z = ( z , u 1 , u 2 ) , W = ( w , v 1 , v 2 ) D

K ( Z , W ) = m , n 0 z m u n w m v n ¯ z m u n 2 = 1 π 3 m , n 0 ( i = 1 2 ( n i + 1 ) λ i ) m + 1 ( n 1 + n 2 + 2 ) ! m ! n 1 ! n 2 ! z m u n w m v n ¯ = 1 π 3 n 0 φ ( n 1 , n 2 ) e i = 1 2 ( n i + 1 ) λ i z w ¯ ( n 1 + n 2 + 2 ) ! n 1 ! n 2 ! u n v n ¯ = e i = 1 2 λ i z w ¯ π 3 n 0 φ ( n 1 , n 2 ) ( n 1 + n 2 + 2 ) ! n 1 ! n 2 ! ρ 1 n 1 ρ 2 n 2 ,

这里

ρ 1 = e λ 1 z w ¯ u 1 v 1 ¯ , ρ 2 = e λ 2 z w ¯ u 2 v 2 ¯ , φ ( n 1 , n 2 ) = i = 1 2 ( n i + 1 ) λ i

由于

( 1 ρ 1 ρ 2 ) α = n 1 0 , n 2 0 Γ ( α + n 1 + n 2 ) Γ ( α ) n 1 ! n 2 ! ρ 1 n 1 ρ 2 n 2 ( α > 0 ) , ( t d d t ) k t n = n k t n ,

于是有

K ( Z , W ) = 2 e i = 1 2 λ i z w ¯ π 3 n 0 φ ( n 1 , n 2 ) Γ ( n 1 + n 2 + 3 ) Γ ( 3 ) n 1 ! n 2 ! ρ 1 n 1 ρ 2 n 2 = 2 e i = 1 2 λ i z w ¯ π 3 φ ( t 1 d d t 1 , t 2 d d t 2 ) 1 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 3 | t 1 = 1 , t 2 = 1 .

φ ( n 1 , n 2 ) = c 1 n 1 + c 2 n 2 + c 0 ,

这里

c 1 = λ 1 , c 2 = λ 2 , c 0 = λ 1 + λ 2 .

根据

t 1 d d t 1 1 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 3 = 3 ρ 1 t 1 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 4 , t 2 d d t 2 1 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 3 = 3 ρ 2 t 2 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 4 ,

φ ( t 1 d d t 1 , t 2 d d t 2 ) 1 ( 1 t 1 ρ 1 t 2 ρ 2 ) 3 | t 1 = 1 , t 2 = 1 = 3 c 1 ρ 1 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 + 3 c 2 ρ 2 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 + c 0 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 3 .

因此

K ( Z , W ) = 2 e i = 1 2 λ i z w ¯ π 3 ( 3 c 1 ρ 1 + 3 c 2 ρ 2 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 + c 0 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 3 ) = 2 e ( λ 1 + λ 2 ) z w ¯ π 3 ( 2 λ 1 λ 2 ) ρ 1 + ( 2 λ 2 λ 1 ) ρ 2 + λ 1 + λ 2 ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 .

证毕

4. 定理2.2的证明

为了研究定理2.1中域D的陆启铿问题,我们先给出以下结论。

定理4.1. 在定理2.1的条件下,以下结论成立:

(i) 如果 Z , W D ,那么

| ρ 1 | < 1 , | ρ 2 | < 1 , | ρ 1 + ρ 2 | < 1 (4.1)

(ii) 如果 θ 1 , θ 2 , 0 r 1 < 1 , 0 r 2 < 1 r 1 + r 2 < 1 ,则存在 Z , W D ,使得 ρ 1 ( Z , W ) = r 1 e i θ 1 ρ 2 ( Z , W ) = r 2 e i θ 2

证明. (i) 由于

ρ 1 = e λ 1 z w ¯ u 1 v 1 ¯ = u 1 v 1 ¯ m = 0 + ( λ 1 z ) m m ! ( λ 1 w ) m ¯ m ! = m = 0 + ( u 1 ( λ 1 z ) m m ! ) ( v 1 ( λ 1 w ) m m ! ¯ ) = m = 0 + ψ m λ 1 ( z , u 1 ) ψ m λ 1 ( w , v 1 ) ¯

同样得

ρ 2 = e λ 2 z w ¯ u 2 v 2 ¯ = m = 0 + ψ m λ 2 ( z , u 2 ) ψ m λ 2 ( w , v 2 ) ¯ ,

其中

ψ m λ ( z , u ) = u ( λ z ) m m !

于是由不等式

| i = 1 + a i b i ¯ | 2 i = 1 + | a i | 2 i = 1 + | b i | 2

| ρ 1 + ρ 2 | 2 ( m = 0 + ψ m λ 1 ( z , u 1 ) ψ m λ 1 ( z , u 1 ) ¯ + m = 0 + ψ m λ 2 ( z , u 2 ) ψ m λ 2 ( z , u 2 ) ¯ ) × ( m = 0 + ψ m λ 1 ( w , v 1 ) ψ m λ 1 ( w , v 1 ) ¯ + m = 0 + ψ m λ 2 ( w , v 2 ) ψ m λ 2 ( w , v 2 ) ¯ ) = ( e λ 1 | z | 2 | u 1 | 2 + e λ 2 | z | 2 | u 2 | 2 ) ( e λ 1 | w | 2 | v 1 | 2 + e λ 2 | w | 2 | v 2 | 2 ) .

再根据

e λ 1 | z | 2 | u 1 | 2 + e λ 2 | z | 2 | u 2 | 2 < 1 , e λ 1 | w | 2 | v 1 | 2 + e λ 2 | w | 2 | v 2 | 2 < 1

| ρ 1 + ρ 2 | < 1.

同样得

| ρ 1 | < 1 , | ρ 2 | < 1.

(ii) 令 Z = ( z , , u 1 , u 2 ) = ( 0 , u 1 , u 2 ) , W = ( w , v 1 , v 2 ) = ( 0 , v 1 , v 2 ) ,则 ρ 1 = u 1 v 1 ¯ , ρ 2 = u 2 v 2 ¯ ,并且

如果 r 1 r 2 至少有一个为零,则结论成立。以下假定 0 < r 1 < 1 , 0 < r 2 < 1 , r 1 + r 2 < 1 ,并证明关于 ( u 1 , u 2 , v 1 , v 2 ) 的不等式组

{ u 1 v 1 ¯ = r 1 e i θ 1 , u 2 v 2 ¯ = r 2 e i θ 2 , | u 1 | 2 + | u 2 | 2 < 1 , | v 1 | 2 + | v 2 | 2 < 1. (4.2)

有解。

u j = x j e i χ j , 0 < x j , 1 j 2 ,则上面不等式组(4.2)等价于

v j = r j x j e i ( χ j θ j ) , 0 < x 1 + x 2 < 1 , r 1 2 x 1 + r 2 2 x 2 < 1.

进一步化简得

r 1 2 < x 1 < 1 , r 2 2 x 1 x 1 r 1 2 < x 2 < 1 x 1 .

于是不等式组(4.2)有解等价于不等式组

r 1 2 < x 1 < 1 , x 1 2 + ( 1 + r 1 2 r 2 2 ) x 1 r 1 2 > 0

有解。容易验证当 r 1 + r 2 < 1 时, x 1 = 1 2 ( 1 + r 1 2 r 2 2 ) 是它的解。证毕

现在给出定理2.2的证明。

定理2.2的证明。(i) 当 λ 1 = λ 2 时,有

K ( Z , W ) = 2 e 2 λ 1 z w ¯ π 3 λ 1 ( ρ 1 + ρ 2 + 2 ) ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 .

| ρ 1 + ρ 2 + 2 | 2 | ρ 1 + ρ 2 | 1 ,

所以

K ( Z , W ) 0 , Z , W D .

(ii) 当 λ 1 = 2 λ 2 时,有

K ( Z , W ) = 2 e 3 λ 2 z w ¯ π 3 3 λ 2 ( ρ 1 + 1 ) ( 1 ρ 1 ρ 2 ) 4 .

由此得

K ( Z , W ) 0 , Z , W D .

(iii) 当 λ 1 λ 2 , λ 1 2 λ 2 时,如果 K ( Z , W ) = 0 ,根据(2.2)有

ρ 1 = λ 1 2 λ 2 2 λ 1 λ 2 ρ 2 λ 1 + λ 2 2 λ 1 λ 2 , ρ 1 + ρ 2 = 3 ( λ 1 λ 2 ) 2 λ 1 λ 2 ρ 2 λ 1 + λ 2 2 λ 1 λ 2 . (4.3)

ρ 2 = r e i θ ,则

| ρ 1 | 2 = ( λ 1 2 λ 2 ) 2 r 2 2 ( λ 1 + λ 2 ) ( λ 1 2 λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 , | ρ 1 + ρ 2 | 2 = 9 ( λ 1 λ 2 ) 2 r 2 6 ( λ 1 λ 2 ) ( λ 1 + λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 .

根据

| ρ 1 | < 1 , | ρ 2 | < 1 , | ρ 1 + ρ 2 | < 1 ,

得不等式组

{ 0 r < 1 , ( λ 1 2 λ 2 ) 2 r 2 2 ( λ 1 + λ 2 ) ( λ 1 2 λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 < 1 , 9 ( λ 1 λ 2 ) 2 r 2 6 ( λ 1 λ 2 ) ( λ 1 + λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 < 1 (4.4)

关于 ( r , θ ) 有解。

f ( r , θ ) = ( λ 1 2 λ 2 ) 2 r 2 2 ( λ 1 + λ 2 ) ( λ 1 2 λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 , g ( r , θ ) = 9 ( λ 1 λ 2 ) 2 r 2 6 ( λ 1 λ 2 ) ( λ 1 + λ 2 ) r cos ( θ ) + ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 .

f = 0 的解为

r = cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) ± ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( cos ( θ ) ) 2 + 3 ( λ 1 2 λ 2 ) λ 1 λ 1 2 λ 2 ;

g = 0 的解为

r = cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) ± ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( cos ( θ ) ) 2 + 3 ( λ 1 2 λ 2 ) λ 1 3 ( λ 1 λ 2 ) .

(iii-1) 当 λ 1 > 2 λ 2 时,令 θ = 0 , f = 0 的解为

r = 1 , 3 λ 1 λ 1 2 λ 2 = 3 + 6 λ 2 λ 1 2 λ 2 ;

g = 0 的解为

r = λ 1 2 λ 2 3 ( λ 1 λ 2 ) , λ 1 λ 1 λ 2 = 1 + λ 2 λ 1 λ 2 .

此时不等式 f < 0 的解为

θ = 0 , 1 < r < 3 + 6 λ 2 λ 1 2 λ 2 .

不等式 g < 0 的解为

θ = 0 , λ 1 2 λ 2 3 ( λ 1 λ 2 ) < r < 1 + λ 2 λ 1 λ 2 .

这表明不等式组(4.4)有解

θ = 0 , 0 r < 1 ,

ρ 2 = r , ρ 1 = λ 1 2 λ 2 2 λ 1 λ 2 r λ 1 + λ 2 2 λ 1 λ 2 .

0 r < min { 1 , λ 1 2 λ 2 3 ( λ 1 λ 2 ) } 时,有 | ρ 1 | + | ρ 2 | < 1 ,根据定理4.1得 K ( Z , W ) = 0 D × D 内有解。

(iii-2) 当 λ 2 < λ 1 < 2 λ 2 时,如果不等式组(4.4)有解,则 r = 0 不可能是(4.4)的解,这是因为

( λ 1 + λ 2 ) 2 ( 2 λ 1 λ 2 ) 2 > 1.

于是解 ( r , θ ) 满足以下条件

max { 0 , cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) + Δ λ 1 2 λ 2 , cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) Δ 3 ( λ 1 λ 2 ) } < r < min { 1 , cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) Δ λ 1 2 λ 2 , cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) + Δ 3 ( λ 1 λ 2 ) } , (4.5)

这里

Δ = ( λ 1 + λ 2 ) 2 ( cos ( θ ) ) 2 + 3 ( λ 1 2 λ 2 ) λ 1 .

由(4.5)可知

cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) Δ λ 1 2 λ 2 > 0 , cos ( θ ) ( λ 1 + λ 2 ) + Δ 3 ( λ 1 λ 2 ) > 0.

这等价于

Δ λ 1 + λ 2 < cos ( θ ) < Δ λ 1 + λ 2 .

进一步化简得

0 < 3 ( λ 1 2 λ 2 ) λ 1 .

这和条件 λ 1 2 λ 2 < 0 矛盾。因此在 λ 2 < λ 1 < 2 λ 2 时,对一切 Z , W D ,Bergman核 K ( Z , W ) 0 。证毕

致谢

大学生创新创业训练计划项目(No: S202210649222)。

NOTES

*通讯作者。

参考文献

[1] 史济怀. 多复变函数论基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2014.
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