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概周期函數

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數學中,概周期函數(或殆周期函數)是一類有近似於周期性質的函數,是連續週期函數的推廣。不同的周期函數由於周期不盡相同,其乘積不一定再是周期函數。概周期函數儘管未必有嚴格的周期性,但可擁有一些比周期函數更好的性質。這一概念首先於1925年被丹麥數學家哈那德·玻爾引進,後來赫曼·外爾貝西科維奇等人也有研究和推廣[1]貝西科維奇英語Abram Samoilovitch Besicovitch因概周期函數方面的貢獻獲得了1931年劍橋大學亞當斯獎英語Adams Prize[2]

定義

概週期函數有若干個等價定義。根據哈那德·玻爾引進的分析學上的定義,一個定義域在實數域上的連續函數 如果滿足:對任意正實數,都存在實數,使得任意長度為 的區間裡至少存在一個數,使得對於任意的,都有:

[3]

在高維歐幾里得空間中,也可以定義類似的概周期向量函數。

按照定義,所有周期函數都是概周期函數。

值域在復平面上的概周期函數與三角多項式函數有密切關係。哈那德·玻爾首先注意到這類型的函數是在研究有限項狄利克雷級數的時候。當把黎曼ζ函數:ζ(s) 截出有限項後,得到的是一些形如

的項。其中的。如果只考慮復平面上的一條豎直的直線(也就是說固定s 的實數部份,而實數 在正負無窮大之間變動),那麼實際上每一項變成:

如果只觀察有限個這樣的函數的和(以避免 時的解析開拓的問題),那麼由於對不同的n是線性獨立的,這個和不再是一個週期函數。

在相關研究中,哈那德·玻爾開始注意形如:

三角多項式函數。它是若干個週期互不相同的週期函數的和。於是概週期函數的另一個定義出現了:如果對每個,都存在三角多項式函數:,使得對於任意的,都有:

可以證明,這個定義與第一個定義是等價的[1]

例子

考慮若干三角多項式函數:

其中複數。每一個 都是周期函數,因此有限個 的和仍然是概周期函數。然而,對於某些和函數,比如說:

不是周期函數,但仍然是概周期函數。

性質

  • 如同周期函數一樣,任何概周期函數都是有界的, 且一致連續。
  • 如果 是概周期函數,那麼對於任意實數 也是概周期函數。
  • 如果 都是概周期函數,那麼 都是概周期函數。
  • 如果 是概周期函數, 的值域到上的一致連續函數, 則也是概周期函數。
  • 如果概周期函數的序列在實軸上一致收斂於函數 ,則 也是概周期函數。
  • 如果 是概周期函數, 則 為概周期函數的充分必要條件是 的導函數 一致連續。
  • 如果 是概周期函數,,則 為概周期函數的充要條件為 有界[3][1]

參看

參考書籍

  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). 《工科數學》. 1997,. 第13卷第2期 [2010-03-18]. (原始內容 (PDF)存檔於2016-03-04).