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ラプラス変換の実逆変換への再生核空間の応用 (II) (再生核の応用についての研究)

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全文

(1)

ラプラス変換の実逆変換への再生核空間の応用

II

京都大学情報学研究科

梶野

直孝

(Naotaka Kajino)

Graduate School

of

Informatics,

Kyoto

University, Kyoto,

606-8501,

Japan,

学習院大学理学部数学科

澤野

嘉宏

(Yoshihiro Sawano)

Department of

Mathematics Gakushuin

University,

1-5-1

Mejiro, Toshima-ku,

Tokyo

171-8588,

Japan

京都大学情報学研究科

藤原

宏志

(Hiroshi Fujiwara)

Graduate School

of Informatics,

Kyoto

University,

Kyoto,

606-8501,

Japan.

1

Introduction

The

present

paper contains

new

results

on

the modified Laplace

transform

$\mathcal{L}f(p)=pLf(p)=/0^{\infty}pe^{-p}{}^{t}f(t)dt$

.

The

results

are

intended to

publish

elsewhere.

2

Preliminaries

Theorem 2.1. The following

estimates hold.

$\sup_{p>0}|\mathcal{L}f(p)|\leq\sup_{t>0}|f(t)|$ $/0^{\infty}| \mathcal{L}f(p)|dp\leq/0^{\infty}\frac{|f(t)|}{t^{2}}dt$

.

If

we

interpolate

the results

above,

we

obtain the following inequality.

Theorem 2.2.

$/0^{\infty}| \mathcal{L}f(p)|^{2}dp\leq 4/0^{\infty}|f(t)|^{2}\frac{dt}{t^{2}}$

.

Proof.

By

using the distribution

function,

we

have

$/0^{\infty}|\mathcal{L}f(p)|^{2}dp=4/0^{\infty}\lambda|\{p>0:|\mathcal{L}f(p)|>2\lambda\}|d\lambda$

.

数理解析研究所講究録

(2)

By the

$L^{\infty}$

-estimate,

we

obtain

$/0^{\infty}|\mathcal{L}f(p)|^{2}dp\leq 4/0^{\infty}\lambda|\{p>0:|\mathcal{L}[\chi\{|f|\leq\lambda\}f](p)|>\lambda\}|d\lambda$

.

Next,

we

invoke

the

$L^{1}$

-estimate

and

the

Chebychev inequality.

The

result is

$/0^{\infty}|\mathcal{L}f(p)|^{2}dp\leq 4/o^{\infty}(l_{0^{\infty}}^{|\mathcal{L}[\chi\{|f|\leq\lambda\}^{f](p)|dp)}}d\lambda$

.

Having

used up

our

estimates

which

were

already proved,

we

have

only

to

calculate the

integral

elaborately.

$/0^{\infty}| \mathcal{L}f(p)|^{2}dp\leq 4/o^{\infty}(/0^{\infty}\chi\{|f(t)|\leq\lambda\}|f(t)|\frac{dt}{t^{2}})d\lambda\leq 4/0^{\infty}|f(t)|^{2}\frac{dt}{t^{2}}$

.

The power

2

is best

possible

in

the following

sense.

Example

2.3.

Let

us

establish

that

$/ R^{\mathcal{L}f(p)^{2}dp}\leq/R|f(t)|^{2}\frac{dt}{t^{1+\beta}}$

fails

for

$0<\beta<1$

.

Take

$\alpha\in R$

so

that

$\frac{\beta}{2}<\alpha<\frac{1}{2}$

.

Then

$f_{\alpha}(x)=(\chi[0,1](x)x)^{\alpha}$

satisfies

$\mathcal{L}f_{\alpha}(p)=p/0^{1_{t^{\alpha}e^{-tp}dt}}$

$=p/o^{p}(p^{-1}s)^{\alpha}e^{-*}d(p^{-1}s)$

$\simeq p^{-\alpha}$

as

$parrow\infty$

.

As

a

result,

we have

$f_{\alpha}\in L^{2}((0, \infty),$$\frac{dt}{t^{1+\beta}}),$

$0<\beta<\alpha$

,

while

$\mathcal{L}f\not\in L^{2}(0, \infty)$

.

In the

rest of this

paper, we consider

$H_{K}=$

{

$f;[0,$

$\infty)arrow[0,$$\infty)$

:

$f(O)=0,$

$f$

is absolutely

continuous

and

$||f||_{H_{K}}<\infty$

},

where the

norm

is given by

$||f||_{H_{K}}=(l_{0}^{\infty}|f’(t)|^{2} \frac{e^{t}dt}{t})^{*}$

.

To

prove that

$\mathcal{L}$

is

compact,

we

have only

to

establish

the

following.

Theorem 2.4.

$H_{K}\subset L^{2}((0, \infty),$$\frac{dt}{t^{2}})$

in

the

sense

of

compact embedding.

(3)

Proof.

This is

because

$H_{K} \subset L^{\infty}((0, \infty),\max(|t|^{-1},1))$

is

a

continuous

embedding and

$L^{\infty}(( O, \infty), \max(|t|^{-1},1))\subset L^{2}((0, \infty),$

$\frac{dt}{t^{2}})$

is

a

compaet

embedding.

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