Definiciรณn 15. Un conjunto de enteros se dice libre de sumas si no existen tres nรบmeros en dicho conjunto,
A. Anexo: soluciones a los ejercicios planteados
5. El espacio de Bergman A p ๐ผ
En esta secciรณn vamos a ver que podemos caracterizar las๐-medidas de Carleson para los espacios de Bergman๐ด๐๐ผde forma geomรฉtrica vรญa las cajas de Carleson sobre intervalos o vรญa discos pseudohiperbรณlicos.
Para ello necesitaremos un lema de recubrimiento y otro de armonicidad.
Definiciรณn 14(Distancia pseudohiperbรณlica). Definimos la distancia pseudohiperbรณlica entre los puntos ๐ง,๐ โ๐ปcomo
๐(๐ง,๐) =||| ๐งโ ๐ 1โ๐ง๐
||
| .
En particular, definimos el disco pseudohiperbรณlico de centro๐งy radio๐como
๐ฅ(๐ง,๐) = {๐ โ๐ป:๐(๐ง,๐) < ๐}. โ
Una propiedad importante de esta distancia es la desigualdad triangular fuerte.
Proposiciรณn 15(Desigualdad triangular fuerte). Sean๐ง,๐ โ๐ป. Entonces, tenemos que ๐(๐ง,๐) โค ๐(๐ง,๐ผ) + ๐(๐ผ,๐)
1+ ๐(๐ง,๐ผ)๐(๐ผ,๐) para todo๐ผ โ๐ป.
Demostraciรณn. Sea๐ผ โ๐ปy sea
๐๐ผ(๐ง) = ๐ผ โ๐ง
1โ ๐ผ๐ง, ๐งโ๐ป, el automorfismo del disco que verifica que
|๐๐ผ(๐ง)| = ๐(๐ผ,๐ง) y ๐๐ผ(๐ง) = ๐โ๐ผ1(๐ง).
Observemos que, entonces, para cualesquiera๐ง,๐ โ๐ป,
(7) ๐๐ผ(๐ผ) =0 y ๐(๐ง,๐) = ๐(๐๐ผ(๐ง),๐๐ผ(๐)).
Asรญ pues, nos es suficiente ver que la desigualdad triangular anterior se satisface para๐ง,๐ค โ๐ปy๐ผ =0, ya que entonces, si๐ผ โ 0,
๐(๐ง,๐) = ๐(๐๐ผ(๐ง),๐๐ผ(๐)) โค ๐(๐๐ผ(๐ง), 0) + ๐(0,๐๐ผ(๐))
1+ ๐(๐๐ผ(๐ง), 0)๐(0,๐๐ผ(๐)) = ๐(๐ง,๐ผ) + ๐(๐ผ,๐) 1+ ๐(๐ง,๐ผ)๐(๐ผ,๐).
Asรญ pues, consideremos|๐ง| = ๐,|๐ค| = ๐y sea๐ =arg(๐ง๐ค). Entonces, la desiguldad triangular fuerte para estos valores es equivalente a
๐2+ ๐2โ2๐๐cos(๐)
1+ ๐2๐2โ2๐๐cos(๐) โค (๐ + ๐)2 (1+ ๐๐)2. Reescribiendo la parte izquierda de la desigualdad anterior, tenemos que
๐2+ ๐2โ2๐๐cos(๐)
1+ ๐2๐2โ2๐๐cos(๐) =1โ (1โ ๐2)(1โ ๐2)
1+ ๐2๐2โ2๐๐cos(๐) โค1โ(1โ ๐2)(1โ ๐2)
1+ ๐2๐2+2๐๐ = (๐ + ๐)2 (1+ ๐๐)2,
de lo que se sigue la desigualdad esperada. โช
Observemos que de la desigualdad triangular fuerte se sigue que, para todo๐ง,๐,๐ผ โ๐ป, ๐(๐ง,๐) โค ๐(๐ง,๐ผ) + ๐(๐ผ,๐),
por lo que tenemos que๐es una distancia. El siguiente lema serรก necesario para la prueba de la caracteri- zaciรณn y se trata de un lema de recubrimiento del disco unidad por discos pseudohiperbรณlicos.
Lema 16(Lema de recubrimiento 2). Dado๐ โ (0, 1), existe una secuencia de puntos(๐ผ๐)๐โโโ๐ปtales que๐ป= โโ๐=1๐ฅ(๐ผ๐,๐). Ademรกs, para todo๐ โ (0, 1)tenemos que cada punto๐งโ๐ปpertenece a lo sumo a๐ = ๐(๐ ,๐)discos๐ฅ(๐ผ๐,๐ ).
Demostraciรณn. Sea(๐ต๐)๐โโuna sucesiรณn de discos pseudohiperbรณlicos de radio๐/3tales que๐ป= โโ๐=1๐ต๐. Cogemos๐ท1= ๐ต1,๐ท2= ๐ต๐2, donde๐2es el primer nรบmero natural tal que๐ท1โฉ๐ต๐2 = โ , y vamos eligiendo los discos(๐ท๐)๐โโde forma recursiva. Sea(๐ผ๐)๐โโel centro pseudohiperbรณlico de(๐ท๐)๐โโ. Queremos ver que ๐ป= โโ๐=1๐ฅ(๐ผ๐,๐). Para probar esa igualdad, vamos a considerar que existe un punto๐ผ โ๐ปโงตโโ๐=1๐ฅ(๐ผ๐,๐) y llegaremos a una contradicciรณn. Si existe este punto, entonces tenemos que
(a) ๐ฅ (๐ผ, 2๐/3) โฉ ๐ฅ (๐ผ๐,๐/3) = โ para todo๐ โโ, y
(b) existe๐0โโtal que๐ผ โ ๐ต๐0; por lo tanto,๐ต๐0โ ๐ฅ(๐ผ, 2๐/3).
En particular, tenemos que๐ต๐0โ (๐ท๐)๐โโ, pero de(a)y(b)se sigue que๐ต๐0โฉ ๐ท๐= โ para todo๐, lo cual nos da una contradicciรณn y, por lo tanto,๐ป= โโ๐=1๐ฅ(๐ผ๐,๐).
Ahora vamos a ver la segunda parte. Sean๐ โ (0, 1)y๐งโ๐ป. Definimos el conjunto ๐ธ(๐ง) = {๐ผ๐โ๐ปโถ ๐๐ง(๐ผ๐) โ ๐ฅ(0,๐ ) = ๐ท(0,๐ )},
donde
(8) ๐๐ง(๐) = ๐งโ ๐
1โ๐ง๐ es el automorfismo del disco que verifica que
|๐๐ง(๐ผ๐)| < ๐ โบ ๐(๐ผ๐,๐ง) < ๐ .
Sean๐ผ๐,๐ผ๐โ ๐ธ(๐ง)y denotemos๐ค๐= ๐๐ง(๐ผ๐)y๐ค๐= ๐๐ง(๐ผ๐). Observemos que, entonces, ๐(๐๐,๐๐) = ๐(๐ผ๐,๐ผ๐) โฅ 2๐
3 y, como|๐๐| โค ๐ , tenemos que
๐(๐๐,๐๐) = |๐๐โ ๐๐|
|1โ ๐๐๐๐|โค |๐๐โ ๐๐| 1โ ๐ 2 , de donde concluimos que|๐๐โ ๐๐| โฅ2๐(1โ ๐ 2)/3y que los discos
๐ท๐= ๐ท (๐๐,๐(1โ ๐ 2)
3 ) = ๐ท (๐๐ง(๐ผ๐),๐(1โ ๐ 2)
3 )
son disjuntos. Asรญ pues, para cada๐ผ๐โ ๐ธ(๐ง)existe un disco๐ท๐tal que si cogemos otro centro pseudohi- perbรณlico๐ผ๐โ ๐ธ(๐ง), tenemos que๐ท๐โฉ ๐ท๐= โ . Ahora bien, sea๐ โ ๐ท๐. Tenemos que
|๐| โค |๐๐| + |๐ โ ๐๐| < ๐ +๐(1โ ๐ 2) 3 โค1. Usando esta cota obtenemos que
#(๐ธ(๐ง)) [๐๐2(1โ ๐ 2)2
9 ] = โ
๐ผ๐โ๐ธ(๐ง)
|๐ท๐| โค |๐ท (0, 1)| โค ฯ,
por lo que
#(๐ธ(๐ง)) โค 9 ๐2(1โ ๐ 2)2,
donde vemos que, efectivamente, la cota de#(๐ธ(๐ง))depende รบnicamente de๐y๐ y, por consiguiente,
#(๐ธ(๐ง)) โค ๐(๐ ,๐). โช
Para la caracterizaciรณn necesitaremos tambiรฉn el siguiente lema. Recordemos que, si๐es una funciรณn holomorfa en๐ป, entonces, para0 < ๐ < โ, tenemos que|๐|๐es subarmรณnica en๐ป, luego para todo 0< ๐ <1tenemos que
|๐(0)|๐โค 1 ๐ 2 โซ
๐ท(0,๐ )
|๐(๐)|๐d๐ด(๐).
Esta desigualdad puede reformularse en tรฉrminos de los discos hiperbรณlicos como sigue.
Lema 17. Sean๐ โ ๐ช(๐ป),0< ๐ < โ,๐ผ > โ1,0< ๐ <1. Entonces, existe una constante๐(๐ ,๐ผ)de manera que
|๐(๐)|๐โค ๐(๐ ,๐ผ) (1โ |๐|2)(2+๐ผ)โซ
๐ฅ(๐,๐ )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐), ๐ โ๐ป.
Demostraciรณn. Sea๐ โ๐ป. Definimos๐๐โAut(๐ป)como en (8). Por la subarmonicidad de|๐|๐, tenemos que
|๐(๐)|๐= |๐ โ ๐๐(0)|๐โค 1 ๐ 2โซ
๐ฅ(0,๐ )
|๐ โ ๐๐(๐)|๐d๐ด(๐) = ๐(๐ ) ๐ 2 โซ
๐ฅ(๐,๐ )
|๐(๐)|๐|๐๐โฒ(๐)|2d๐ด(๐)
= ๐(๐ ) ๐ 2 โซ
๐ฅ(๐,๐ )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)2
|1โ ๐๐|4 d๐ด(๐),
donde hemos hecho el cambio de variable๐ = ๐๐(๐) = ๐โ๐1(๐). Como๐ โ ๐ฅ(๐,๐ ), se tiene que1โ |๐|2โ
|1โ ๐๐|, por lo que se sigue la desigualdad
|๐(๐)|๐โค ๐(๐ ) (1โ |๐|2)2 โซ
๐ฅ(๐,๐ )
|๐(๐)|๐d๐ด(๐).
Finalmente, nรณtese que tambiรฉn tenemos que1โ |๐|2โ1โ |๐|2, lo que implica que
|๐(๐)|๐โค ๐(๐ ,๐ผ) (1โ |๐|2)2โซ
๐ฅ(๐,๐ )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผ
(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐). โช
Pasemos a demostrar la caracterizaciรณn de las๐-medidas de Carleson en los espacios๐ด๐๐ผ. El resto de casos se pueden encontrar en los libros que aparecen en las referencias.
Teorema 18. Sean0< ๐ โค ๐ < โ,๐ผ > โ1y ๐una medida de Borel positiva en๐ป. Entonces, los siguientes enunciados son equivalentes:
(I) ๐es una๐-medida de Carleson para๐ด๐๐ผ. (II) Para todo๐ โ (0, 1)tenemos que
sup
๐โ๐ป
๐(๐ฅ(๐,๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < โ.
(III) Existe๐ โ (0, 1)tal que
sup
๐โ๐ป
๐(๐ฅ(๐,๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < โ.
(IV) Si ๐(๐)es la caja de Carleson asociada a๐ โ๐ป, entonces sup
๐โ๐ป
๐ (๐(๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < โ.
Observaciรณn19. La condiciรณn(IV)se puede reformular como sigue:
sup
๐ผโ๐
๐(๐(๐ผ))
|๐ผ|(2+๐ผ)๐/๐ < โ. โ
Demostraciรณn. Empezamos por demostrar que(I)โ(II). Nรณtese que el esquema es anรกlogo al realizado en la prueba de la implicaciรณn(II)โ(III)del teorema13, pero ahora tomando el nรบcleo reproductor normalizado de๐ด2๐ผ
๐๐(๐ง) = (1โ |๐|2)(2+๐ผ)/2
(1โ ๐๐ง)2+๐ผ , ๐,๐งโ๐ป,
el cual tiene norma1en๐ด๐ผ2y no tiene ceros. Podemos ver que la funciรณn๐๐(๐ง) = (๐๐(๐ง))2/๐es holomorfa en el disco unidad y que tambiรฉn tiene norma๐ด๐๐ผigual a1, asรญ que podemos aplicar nuestra hipรณtesis de que๐es una๐-medida de Carleson y que, dado๐ โ (0, 1), entonces๐ฅ(๐,๐) โ๐ป, para asรญ obtener que
1= โ๐๐โ๐ด๐๐ผ โณ โ๐๐โ๐ฟ๐= (โซ
๐ป
|๐๐(๐ง)|๐d๐(๐ง))
1/๐
= (โซ
๐ป
|๐๐(๐ง)|2๐/๐d๐(๐ง))
1/๐
โณ (โซ
๐ฅ(๐,๐)
|๐๐(๐ง)|2๐/๐d๐(๐ง))
1/๐
โณ 1
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)/๐(โซ
๐ฅ(๐,๐)
d๐(๐ง))
1/๐
โ ๐(๐ฅ(๐,๐))1/๐ (1โ |๐|2)(2+๐ผ)/๐.
Esto nos da la cota
๐(๐ฅ(๐,๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < ๐ถ,
donde๐ถno depende de๐. Tomando el supremo sobre๐ โ๐ป, obtenemos para๐ โ (0, 1)que sup
๐โ๐ป
๐(๐ฅ(๐,๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < โ.
Para ver que(I)โ(IV)podemos usar exactamente el mismo proceso que para ver que(I)โ(II)cambiando ๐ฅ(๐,๐)por la caja de Carleson๐(๐), y llegamos a la desigualdad
๐(๐(๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < ๐ถ;
como la constante no depende de๐, podemos poner supremos sobre๐ โ๐ป, obteniendo asรญ el resultado deseado.
La condiciรณn(II)โ(III)es trivial. Veamos que(III)โ(I), es decir, queremos ver que la condiciรณn sup
๐โ๐ป
๐ (๐ฅ(๐,๐))
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐ < โ
para algรบn0< ๐ <1implica que๐es una๐-medida de Carleson para๐ด๐๐ผ. Sea(๐ผ๐)๐โโla sucesiรณn generada en el lema16para๐. Entonces,
โซ
๐ป
|๐(๐ง)|๐d๐(๐ง) = โซ
โโ๐=1๐ฅ(๐ผ๐,๐)
|๐(๐ง)|๐d๐(๐ง) โค
โ
โ
๐=1
โซ
๐ฅ(๐ผ๐,๐)
|๐(๐ง)|๐d๐(๐ง) โค
โ
โ
๐=1
|๐( ฬ๐ง๐)|๐๐ (๐ฅ(๐ผ๐,๐)),
donde๐งฬ๐โ ๐ฅ(๐ผ๐,๐)y
|๐( ฬ๐ง๐)| = mรกx
๐งโ๐ฅ(๐ผ๐,๐)
|๐(๐ง)|.
Nรณtese que este mรกximo estรก bien definido ya que ningรบn disco cerrado toca la frontera del disco unidad.
Esto se debe a que, si algรบn punto se encuentra en la frontera, entonces๐(๐ผ๐,๐ง) =1, lo cual es imposible porque suponemos que๐ <1. Tomemos๐ โ (0, 1)tal que๐ < (1โ ๐)/2y, usando el lema17, obtenemos que, para๐ผ > โ1,
โ
โ
๐=1
(|๐( ฬ๐ง๐)|๐๐ (๐ฅ(๐ผ๐,๐))๐/๐)๐/๐โฒ
โ
โ
๐=1
(๐ (๐ฅ(๐ผ๐,๐))๐/๐ (1โ | ฬ๐ง๐|2)๐ผ+2 โซ
๐ฅ( ฬ๐ง๐,๐ )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐))
๐/๐
โฒ
โ
โ
๐=1
((1โ |๐ผ๐|2)๐ผ+2 (1โ | ฬ๐ง๐|2)๐ผ+2 โซ
๐ฅ( ฬ๐ง๐,1+๐2 )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐))
๐/๐
โฒ (
โ
โ
๐=1
โซ
๐ฅ(๐ผ๐,1+๐2 )
|๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐))
๐/๐
โ (โซ
๐ป
(
โ
โ
๐=1
๐๐ฅ(๐ผ
๐,1+๐2 )(๐)) |๐(๐)|๐(1โ |๐|2)๐ผd๐ด(๐))
๐/๐
โฒ ๐(๐,๐ )๐/๐โ๐โ๐๐ด๐ ๐ผ.
Para acabar, veamos que(IV)โ(III). Sea๐ โ ๐ปtal que|๐| >1/3. Escogemos๐ < (1โ |๐|)/4. Entonces, tenemos que
๐ฅ(๐,๐) โ ๐ท (๐, 12(1โ |๐|)) โS(๐โ), ๐โ= 3|๐| โ1
2 ei arg(๐).
Finalmente, por hipรณtesis,
๐ (๐ฅ(๐,๐)) โค ๐(S(๐โ)) โค ๐ถ(1โ |๐โ|2)(2+๐ผ)๐/๐โค ๐ถ (9 2)
(2+๐ผ)๐/๐
(1โ |๐|2)(2+๐ผ)๐/๐. โช
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