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概周期函数

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数学中,概周期函数(或殆周期函数)是一类有近似于周期性质的函数,是连续周期函数的推广。不同的周期函数由于周期不尽相同,其乘积不一定再是周期函数。概周期函数尽管未必有严格的周期性,但可拥有一些比周期函数更好的性质。这一概念首先于1925年被丹麦数学家哈那德·玻尔引进,后来赫曼·外尔贝西科维奇等人也有研究和推广[1]贝西科维奇英语Abram Samoilovitch Besicovitch因概周期函数方面的贡献获得了1931年剑桥大学亚当斯奖英语Adams Prize[2]

定义

概周期函数有若干个等价定义。根据哈那德·玻尔引进的分析学上的定义,一个定义域在实数域上的连续函数 如果满足:对任意正实数,都存在实数,使得任意长度为 的区间里至少存在一个数,使得对于任意的,都有:

[3]

在高维欧几里得空间中,也可以定义类似的概周期向量函数。

按照定义,所有周期函数都是概周期函数。

值域在复平面上的概周期函数与三角多项式函数有密切关系。哈那德·玻尔首先注意到这类型的函数是在研究有限项狄利克雷级数的时候。当把黎曼ζ函数:ζ(s) 截出有限项后,得到的是一些形如

的项。其中的。如果只考虑复平面上的一条竖直的直线(也就是说固定s 的实数部分,而实数 在正负无穷大之间变动),那么实际上每一项变成:

如果只观察有限个这样的函数的和(以避免 时的解析开拓的问题),那么由于对不同的n是线性无关的,这个和不再是一个周期函数。

在相关研究中,哈那德·玻尔开始注意形如:

三角多项式函数。它是若干个周期互不相同的周期函数的和。于是概周期函数的另一个定义出现了:如果对每个,都存在三角多项式函数:,使得对于任意的,都有:

可以证明,这个定义与第一个定义是等价的[1]

例子

考虑若干三角多项式函数:

其中复数。每一个 都是周期函数,因此有限个 的和仍然是概周期函数。然而,对于某些和函数,比如说:

不是周期函数,但仍然是概周期函数。

性质

  • 如同周期函数一样,任何概周期函数都是有界的, 且一致连续。
  • 如果 是概周期函数,那么对于任意实数 也是概周期函数。
  • 如果 都是概周期函数,那么 都是概周期函数。
  • 如果 是概周期函数, 的值域到上的一致连续函数, 则也是概周期函数。
  • 如果概周期函数的序列在实轴上一致收敛于函数 ,则 也是概周期函数。
  • 如果 是概周期函数, 则 为概周期函数的充分必要条件是 的导函数 一致连续。
  • 如果 是概周期函数,,则 为概周期函数的充要条件为 有界[3][1]

参看

参考书籍

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 C. Corduneanu. Almost periodic functions. American Mathematical Society. 1989. ISBN 978-0-828-40331-3. 
  2. ^ A.S. Besicovitch (1932), Almost periodic functions , Cambridge Univ. Press
  3. ^ 3.0 3.1 汪宏喜. 概周期函数及其主要性质 (PDF). 《工科数学》. 1997,. 第13卷第2期 [2010-03-18]. (原始内容 (PDF)存档于2016-03-04).