概周期函数
数学领域术语
概周期函数又称殆周期函数,周期函数的一种推广,具有某种近似周期性的有界连续函数。概周期函数是在研究周期函数某种性质的基础上进一步提出来的。三角多项式以及三角多项式序列的极限都是周期函数。而三角和序列的极限却未必是周期函数。但这类极限函数的特征可以用某种近似周期性来刻画。
含义
在数学中,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,其和、差或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。贝西科维奇因概周期函数方面的贡献获得了1931年剑桥大学亚当斯奖
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f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 t,使得对于任意的 ,都有:
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t 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, 是线性独立的,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。
例子
考虑若干三角多项式函数:
其中 是复数。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:
f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f 是概周期函数,那么对于任意实数a,f(x+a)、 f(ax)、af(x)、 |f(x)|也是概周期函数。
如果 f 和g 都是概周期函数,那么f+g、f-g和 都是概周期函数。
如果f(x) 是概周期函数,H是f 的值域到R上的一致连续函数,则 H(f(x))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f(x) ,则f(x) 也是概周期函数。
如果f(x) 是概周期函数,则f'(x)为概周期函数的充分必要条件是f(x) 的导函数f'(x) 一致连续。
如果f(x) 是概周期函数, ,则F(x)为概周期函数的充要条件为F(x)有界
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参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:46
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