内容简介
This book is an outgrowth of a course which I gave at Orsay duringthe academic year 1 966.67 MY purpose in those lectures was to pre-sent some of the required background and at the same time clarify theessential unity that exists between several related areas of analysis.These areas are:the existence and boundedness of singular integral op-erators;the boundary behavior of harmonic functions;and differentia-bility properties of functions of several variables.AS such the commoncore of these topics may be said to represent one of the central develop-ments in n.dimensional Fourier analysis during the last twenty years,and it can be expected to have equal influence in the future.These pos.
作者简介
作者:(美国)施泰恩(SteinE.M.)
内页插图
目录
PREFACE
NOTATION
I.SOME FUNDAMENTAL NOTIONS OF REAL.VARIABLE THEORY
The maximal function
Behavior near general points of measurable sets
Decomposition in cubes of open sets in R”
An interpolation theorem for L
Further results
II.SINGULAR INTEGRALS
Review of certain aspects of harmonic analysis in R”
Singular integrals:the heart of the matter
Singular integrals:some extensions and variants of the
preceding
Singular integral operaters which commute with dilations
Vector.valued analogues
Further results
III.RIESZ TRANSFORMS,POLSSON INTEGRALS,AND SPHERICAI HARMONICS
The Riesz transforms
Poisson integrals and approximations to the identity
Higher Riesz transforms and spherical harmonics
Further results
IV.THE LITTLEWOOD.PALEY THEORY AND MULTIPLIERS
The Littlewood-Paley g-function
The functiong
Multipliers(first version)
Application of the partial sums operators
The dyadic decomposition
The Marcinkiewicz multiplier theorem
Further results
V.DIFFERENTIABlLITY PROPERTIES IN TERMS OF FUNCTION SPACES
Riesz potentials
The Sobolev spaces
BesseI potentials
The spaces of Lipschitz continuous functions
The spaces
Further results
VI.EXTENSIONS AND RESTRICTIONS
Decomposition of open sets into cubes
Extension theorems of Whitney type
Extension theorem for a domain with minimally smooth
boundary
Further results
VII.RETURN TO THE THEORY OF HARMONIC FUNCTIONS
Non-tangential convergence and Fatou'S theorem
The area integral
Application of the theory of H”spaces
Further results
VIII.DIFFERENTIATION OF FUNCTIONS
Several qotions of pointwise difierentiability
The splitting of functions
A characterization 0f difrerentiability
Desymmetrization principle
Another characterization of difirerentiabiliW
Further results
APPENDICES
Some Inequalities
The Marcinkiewicz Interpolation Theorem
Some Elementary Properties of Harmonic Functions
Inequalities for Rademacher Functions
BlBLl0GRAPHY
INDEX
精彩书摘
The basic ideas of the theory of reaI variables are connected with theconcepts of sets and ftmctions,together with the processes of integrationand difirerentiation applied to them.WhiIe the essential aspects of theseideas were brought to light in the early part of our century,some of theirfurther applications were developed only more recently.It iS from thislatter perspective that we shall approach that part of the theory thatinterests US.In doing SO,we distinguish several main features: The theorem of Lebesgue about the differentiation of the integral.The study of properties related to this process iS best done in terms of a“maximal function”to which it gives rise:the basic features of the latterare expressed in terms of a“weak-type”inequality which iS characteristicof this situation. Certain covering lemmas.In general the idea iS to cover an arbitraryopen set in terms of a disioint union ofcubes or balls,chosen in a mannerdepending on the problem at hand.ORe such example iS a lemma ofWhitney,fTheorem 3).Sometimes,however,it SHffices to cover only aportion of the set。as in the simple covering lemma,which iS used to provethe weak-type inequality mentioned above. f31 Behavior near a‘'general”point of an arbitrary set.The simplest notion here iS that of point of density.More refined properties are bestexpressed in terms of certain integrals first studied systematically by Marcinkiewicz.
(4)The splitting of functions into their large and small parts.Thisfeature which iS more of a technique than an end in itself,recurs often.ItiS especially useful in proving Linequalities,as in the first theorem ofthis chapter.That part of the proof of the first theorem iS systematizedin the Marcinkiewicz interpolation theorem discussed in§4 of this chapter and also in Appendix B.
......
前言/序言
好的,这是一本关于经典分析学中一个核心主题的综述性著作的简介,该书系统梳理了傅里叶分析与偏微分方程理论中的一些基础构建块。 --- 《调和分析基础:卷积、函数空间与奇异算子》 导言与全书概述 本书《调和分析基础:卷积、函数空间与奇异算子》旨在为研究人员、高级研究生以及希望深入理解现代数学分析,特别是泛函分析与偏微分方程理论中核心工具的学者,提供一个详尽而深入的指南。全书聚焦于调和分析的经典构架,从最基础的卷积运算出发,逐步过渡到处理更具挑战性的算子,如傅里叶积分算子和真正的奇异积分算子(尽管本书不会深入到奇异积分本身的难度,而是构建其必需的基础)。 本书的核心论点在于,理解如何通过卷积来研究函数的平滑性、局部行为以及在高频和低频区域的行为,是掌握现代数学分析的关键。我们详尽地阐述了傅里叶变换在 $mathbb{R}^n$ 上的定义、性质及其在解决微分方程中的应用,同时构建了理解函数在不同尺度下行为所需的函数空间理论。 第一部分:傅里叶变换与卷积的基石 (Foundations of Fourier Analysis and Convolution) 第一部分是全书的理论基础,着重于定义和证明分析学家赖以生存的工具。 第一章:$L^p$ 空间与测度论回顾 在深入傅里叶分析之前,本书首先对必要的测度论工具进行了回顾,特别是勒贝格积分理论。随后,我们将焦点完全转移到 $L^p(mathbb{R}^n)$ 空间。我们详细讨论了这些空间上的范数、完备性,并用严格的测度论语言定义了 Minkowski 不等式和 Fubini 定理在 $L^p$ 框架下的应用。这部分内容为后续讨论函数的“平均平滑性”奠定了严格的测度论基础。 第二章:卷积的定义、性质与应用 卷积是本书的生命线。我们从定义 $displaystyle (f g)(x) = int_{mathbb{R}^n} f(y) g(x-y) dy$ 开始,详细讨论了它作为一种“平滑化”或“平均化”操作的几何和分析意义。关键内容包括: 1. 交换性与结合律:这些基本代数性质如何简化高级运算。 2. 正则化核 (Regularizing Kernels):我们重点分析了诸如高斯核(Heat Kernel)和狄拉克核逼近(如Fejér核、Mollifiers)的性质。这些核如何将不连续函数“近似”成连续函数,是理解函数平滑性的第一步。 3. 卷积在微分方程中的作用:如何利用卷积将非齐次线性常微分方程(ODE)转化为求解积分方程,并最终得到解的积分表示。 第三章:傅里叶变换在 $L^1$ 和 $L^2$ 上的性质 本章详细阐述了傅里叶变换 $mathcal{F}$ 的定义(采用何种标准化,如 $hat{f}(xi) = int e^{-2pi i x cdot xi} f(x) dx$ 或 $hat{f}(xi) = int e^{-i x cdot xi} f(x) dx$ ,本书统一采用后者,并在后文保持一致性),以及它如何将微分转化为代数运算: $$mathcal{F}(partial^alpha f) (xi) = (i xi)^alpha hat{f}(xi)$$ 核心证明包括:卷积定理( $mathcal{F}(f g) = hat{f} cdot hat{g}$ )和微分定理。此外,我们用普朗歇尔定理(Plancherel Theorem)确立了傅里叶变换在 $L^2$ 上的等距性,这是连接时间/空间域和频率域的桥梁。 第二部分:函数空间的扩展与基本不等式 (Extending Spaces and Fundamental Inequalities) 在掌握了 $L^p$ 上的傅里叶变换后,我们必须扩展到更广泛的空间,以处理那些傅里叶变换本身不在 $L^1$ 中的函数(例如,常数函数或增长过快的函数)。 第四章:缓增函数的空间 $mathcal{S}(mathbb{R}^n)$ 与 Schwartz 分布 (Tempered Distributions) 本章引入了Schwartz 空间 $mathcal{S}$,即那些比任何多项式衰减得更快的函数集合。这是傅里叶分析的理想环境,因为 $mathcal{F}$ 将 $mathcal{S}$ 映到 $mathcal{S}$ 上。 随后,我们发展了缓增分布(Tempered Distributions)的理论。分布被定义为连续线性泛函作用于 $mathcal{S}$ 空间上。这使得我们可以为 Dirac 测度 $delta_0$ 和多项式函数赋予“傅里叶变换”,例如 $mathcal{F}(delta_0) = 1$,以及 $mathcal{F}(x^alpha) = (-i partial_xi)^alpha delta(xi)$。这部分内容是理解所有线性偏微分算子(包括拉普拉斯算子 $Delta$)在整个空间上解的唯一可行路径。 第五章:Sobolev 空间 $H^s$ 与嵌入定理 Sobolev 空间是现代 PDE 理论的基石。我们将 Sobolev 范数 $Vert f Vert_{H^s}$ 定义为基于傅里叶系数的范数: $$Vert f Vert_{H^s}^2 = int_{mathbb{R}^n} (1 + |xi|^2)^s |hat{f}(xi)|^2 dxi$$ 通过这个定义,我们能够清晰地量化函数的“平滑度”。 1. Sobolev 不等式:建立了 $H^s$ 范数与 $L^p$ 范数之间的关系。 2. 嵌入定理 (Sobolev Embedding Theorems):精确判断一个函数在 $H^s$ 空间中时,它在哪个 $L^p$ 空间中是连续的或有界可积的。这直接决定了一个解是否“足够好”以满足原始方程的要求。 第三部分:基础算子理论与边界行为 (Foundations of Operator Theory) 本部分应用前述理论来研究一类重要的积分算子,为更复杂的奇异积分算子(如 Calderón-Zygmund 算子)做准备。 第六章:傅里叶乘子 (Fourier Multipliers) 傅里叶乘子 $M$ 是一个作用于函数 $f$ 的算子,定义为 $mathcal{F}^{-1} (Phi cdot hat{f})$,其中 $Phi$ 是一个依赖于频率变量 $xi$ 的函数,称为乘子函数。 我们研究了哪些乘子函数 $Phi(xi)$ 可以保证 $M$ 是一个有界算子,特别是作用于 $L^p$ 空间上。关键结果包括: 1. Hörmander 乘子定理的简单形式:对于 $Phi(xi)$ 仅依赖于 $|xi|$ 的情况,我们给出了 $Phi$ 必须满足的关于其梯度和高阶导数的衰减或振荡条件,以确保算子在 $L^p$ 上有界。 2. 应用:对数导数与平滑化:如何使用乘子来构造一个作用于 $L^2$ 上的单位矩阵(在频率域上),以及如何利用它们来研究函数在微小尺度上的局部性质。 第七章:引向边界行为:卷积积分算子的初步分析 在结束本书之前,我们简要探讨了形如 $Tf(x) = int K(x, y) f(y) dy$ 的积分算子,其中核 $K(x, y)$ 依赖于两个变量。我们重点关注 $K$ 具有平移不变性(即 $K(x, y) = k(x-y)$)的情况,这自然导回卷积。 更进一步,我们考察了粗糙核 (Rough Kernels) 的情况。虽然本书不会深入到 Calderón-Zygmund 理论中的 $L log L$ 边界,但会通过一个简单的示例(如 1D 的 Hilbert 变换的核 $frac{1}{pi(x-y)}$)展示,当核在原点 $x=y$ 处具有奇点(即不满足 $L^1$ 可积性)时,为什么需要引入分布和更精细的技巧来定义其有界性。 结语 本书《调和分析基础:卷积、函数空间与奇异算子》为读者提供了一套坚实的工具箱,用以分析线性算子在函数空间上的作用。通过对傅里叶分析、函数空间理论和乘子算子的深入剖析,本书成功地在经典分析的严谨性和处理现代微分方程的实用性之间架起了一座桥梁。它为读者进入更高级的主题,如真正的奇异积分理论、非线性 PDE 或更复杂的几何分析奠定了不可或缺的基础。