Articulo de referencia

Matriz de Grunsky

En análisis complejo y teoría de funciones geométricas , las matrices de Grunsky , u operadores de Grunsky , son matrices infinitas introducidas en 1939 por Helmut Grunsky . Est...

En análisis complejo y teoría de funciones geométricas , las matrices de Grunsky , u operadores de Grunsky , son matrices infinitas introducidas en 1939 por Helmut Grunsky . Estas matrices corresponden a una única función holomorfa en el disco unitario o a un par de funciones holomorfas en el disco unitario y su complemento. Las desigualdades de Grunsky expresan propiedades de acotación de estas matrices, que en general son operadores de contracción o, en casos especiales importantes, operadores unitarios . Como demostró Grunsky, estas desigualdades se cumplen si y solo si la función holomorfa es univalente . Las desigualdades son equivalentes a las desigualdades de Goluzin, descubiertas en 1947. En términos generales, las desigualdades de Grunsky proporcionan información sobre los coeficientes del logaritmo de una función univalente; generalizaciones posteriores de Milin , a partir de la desigualdad de Lebedev-Milin , lograron exponenciar las desigualdades para obtener desigualdades para los coeficientes de la función univalente misma. La matriz de Grunsky y sus desigualdades asociadas se formularon originalmente en un contexto más general de funciones univalentes entre una región delimitada por un número finito de curvas de Jordan suficientemente suaves y su complemento: los resultados de Grunsky, Goluzin y Milin se generalizan a ese caso.

Históricamente, las desigualdades para el disco se utilizaron para demostrar casos especiales de la conjetura de Bieberbach hasta el sexto coeficiente; de ​​Branges empleó las desigualdades exponenciadas de Milin en la solución final. Una exposición detallada de estos métodos se puede encontrar en Hayman (1994) . Los operadores de Grunsky y sus determinantes de Fredholm también están relacionados con las propiedades espectrales de dominios acotados en el plano complejo . Estos operadores tienen además aplicaciones en el mapeo conforme , la teoría de Teichmüller y la teoría de campos conformes .

Matriz de Grunsky

Si f ( z ) es una función holomorfa univalente en el disco unitario, normalizada de modo que f (0) = 0 y f′ (0) = 1, la función

gramo(z)=F(z1)1{\displaystyle g(z)=f(z^{-1})^{-1}}

es una función univalente no nula en | z | > 1 que tiene un polo simple en ∞ con residuo 1:

gramo(z)=z+b0+b1z1+b2z2+{\displaystyle g(z)=z+b_{0}+b_{1}z^{-1}+b_{2}z^{-2}+\cdots }

La misma fórmula de inversión aplicada a g devuelve f y establece una correspondencia biunívoca entre estas dos clases de funciones.

La matriz de Grunsky ( c nm ) de g se define mediante la ecuación

registrogramo(z)gramo(ζ)zζ=metro,norte>0donortemetrozmetroζnorte{\displaystyle \log {\frac {g(z)-g(\zeta )}{z-\zeta }}=-\sum _{m,n>0}c_{nm}z^{-m}\zeta ^{-n}}

Es una matriz simétrica . Sus entradas se denominan coeficientes de Grunsky de g .

Tenga en cuenta que

registrogramo(z1)gramo(ζ1)z1ζ1=registroF(z)F(ζ)zζregistroF(z)zregistroF(ζ)ζ,{\displaystyle \log {g(z^{-1})-g(\zeta ^{-1}) \over z^{-1}-\zeta ^{-1}}=\log {f(z)-f(\zeta ) \over z-\zeta }-\log {f(z) \over z}-\log {f(\zeta ) \over \zeta },}

de modo que los coeficientes puedan expresarse directamente en términos de f . En efecto, si

registroF(z)F(ζ)zζ=metro,norte0dmetronorteznorteζnorte,{\displaystyle \log {f(z)-f(\zeta ) \over z-\zeta }=-\sum _{m,n\geq 0}d_{mn}z^{n}\zeta ^{n},}

entonces para m , n > 0

dmetronorte=dometronorte{\displaystyle d_{mn}=c_{mn}}

y d 0 n = d n 0 viene dado por

registroF(z)z=norte>0d0norteznorte{\displaystyle \log {\frac {f(z)}{z}}=\sum _ {n>0}d_ {0n}z^{n}}

con

d00=0.{\displaystyle d_{00}=0.}

Desigualdades de Grunsky

Si f es una función holomorfa en el disco unitario con matriz de Grunsky ( c nm ), las desigualdades de Grunsky establecen que

|1metro,nortenortedometronorteλmetroλnorte|1nortenorte|λnorte|2norte{\displaystyle \left|\sum _{1\leq m,n\leq N}c_{mn}\lambda _{m}\lambda _{n}\right|\leq \sum _{1\leq n\leq N}{\frac {|\lambda _{n}|^{2}}{n}}}

para cualquier secuencia finita de números complejos λ 1 , ..., λ N .

Polinomios de Faber

Los coeficientes de Grunsky de una función univalente normalizada en | z | > 1

gramo(z)=z+b0+b1z1+b2z2+{\displaystyle g(z)=z+b_{0}+b_{1}z^{-1}+b_{2}z^{-2}+\cdots }

son polinomios en los coeficientes b i que se pueden calcular recursivamente en términos de los polinomios de Faber Φ n , un polinomio mónico de grado n que depende de g .

Al derivar en z la relación definitoria de los coeficientes de Grunsky y multiplicar por z se obtiene

zgramo(z)gramo(z)gramo(ζ)zzζ=metro,norte>0metrodometronortezmetroζnorte.{\displaystyle {\frac {zg'(z)}{g(z)-g(\zeta )}}-{\frac {z}{z-\zeta }}=\sum _{m,n>0}mc_{mn}z^{-m}\zeta ^{-n}.}

Los polinomios de Faber se definen mediante la relación

zgramo(z)gramo(z)w=norte0Φnorte(w)znorte.{\displaystyle {\frac {zg'(z)}{g(z)-w}}=\sum _{n\geq 0}\Phi _{n}(w)z^{-n}.}

Dividiendo esta relación por z e integrando entre z e ∞ se obtiene

registrogramo(z)wz=norte11norteΦnorte(w)znorte.{\displaystyle \log {\frac {g(z)-w}{z}}=-\sum _{n\geq 1}{1 \over n}\Phi _{n}(w)z^{-n}.}

Esto proporciona las relaciones de recurrencia para n > 0

Φnorte(w)=(wb0)Φnorte1(w)nortebnorte0inorte1bnorteiΦi(w){\displaystyle \Phi _{n}(w)=(w-b_{0})\Phi _{n-1}(w)-nb_{n}-\sum _{0\leq i\leq n-1}b_{ni}\Phi _{i}(w)}

con

Φ0(w)1.{\displaystyle \Phi _ {0}(w)\equiv 1.}

De este modo

norte0Φnorte(gramo(z))ζnorte=1+norte1(znorte+metro1donortemetrozmetro)ζnorte,{\displaystyle \sum _{n\geq 0}\Phi _{n}(g(z))\zeta ^{-n}=1+\sum _{n\geq 1}\left(z^{n}+\sum _{m\geq 1}c_{nm}z^{-m}\right)\zeta ^{-n},}

de modo que para n ≥ 1

Φnorte(gramo(z))=znorte+metro1donortemetrozmetro.{\displaystyle \Phi _{n}(g(z))=z^{n}+\sum _{m\geq 1}c_{nm}z^{-m}.}

Esta última propiedad determina de forma única el polinomio de Faber de g .

Teorema del área de Milin

Sea g ( z ) una función univalente en | z | > 1 normalizada de modo que

gramo(z)=z+b1z1+b2z2+{\displaystyle g(z)=z+b_{1}z^{-1}+b_{2}z^{-2}+\cdots }

y sea f ( z ) una función holomorfa no constante en C .

Si

F(gramo(z))=donorteznorte{\displaystyle f(g(z))=\sum _{-\infty }^{\infty }c_{n}z^{n}}

es la expansión de Laurent en z > 1, entonces

norte>0norte|donorte|2norte>0norte|donorte|2.{\displaystyle \sum _{n>0}n|c_{n}|^{2}\leq \sum _{n>0}n|c_{-n}|^{2}.}

Prueba

Si Ω es una región abierta acotada con frontera suave ∂Ω y h es una función diferenciable en Ω que se extiende a una función continua en la clausura, entonces, por el teorema de Stokes aplicado a la 1-forma diferencialω=h(z)dz,{\displaystyle \omega =h(z)dz,}

Ωh(z)dz=Ωω=Ωdω=Ω(iincógnitay)hdincógnitady=2iΩz¯hdincógnitady.{\displaystyle \int _{\partial \Omega }h(z)\,dz=\int _{\partial \Omega }\omega =\iint _{\Omega }d\omega =\iint _{\Omega }(i\partial _{x}-\partial _{y})h\,dx\,dy=2i\iint _{\Omega }\partial _{\overline {z}}h\,dx\,dy.}

Para r > 1, sea Ω r el complemento de la imagen de | z |> r bajo g ( z ), un dominio acotado. Entonces, por la identidad anterior con h = f′ , el área de fr ) viene dada por

A(r)=Ωr|F(z)|2dincógnitady=12iΩrF(z)¯F(z)dz=12i|w|=rF(gramo(w)))¯F(gramo(w))gramo(w)dw.{\displaystyle A(r)=\iint _{\Omega _{r}}|f'(z)|^{2}\,dx\,dy={1 \over 2i}\int _{\partial \Omega _{r}}{\overline {f(z)}}f'(z)\,dz={1 \over 2i}\int _{|w|=r}{\overline {f(g(w)))}}f'(g(w))g'(w)\,dw.}

Por eso

A(r)=πnortenorte|donorte|2r2norte.{\displaystyle A(r)=\pi \sum _{n}n|c_{-n}|^{2}r^{2n}.}

Dado que el área es no negativa

norte>0norte|donorte|2r2nortenorte>0norte|donorte|2r2norte.{\displaystyle \sum _{n>0}n|c_{n}|^{2}r^{-2n}\leq \sum _{n>0}n|c_{-n}|^{2}r^{2n}.}

El resultado se obtiene haciendo disminuir r a 1.

Demostración de Milin de las desigualdades de Grunsky

Si

pag(w)=norte=1nortenorte1λnorteΦnorte(w),{\displaystyle p(w)=\sum _{n=1}^{N}n^{-1}\lambda _{n}\Phi _{n}(w),}

entonces

pag(gramo(z))=(norte=1nortenorte1λnorteznorte)+(metro=1norte=1norteλnortedonortemetrozmetro).{\displaystyle p(g(z))=\left(\sum _{n=1}^{N}n^{-1}\lambda _{n}z^{n}\right)+\left(\sum _{m=1}^{\infty }\sum _{n=1}^{N}\lambda _{n}c_{nm}z^{-m}\right).}

Aplicando el teorema del área de Milin,

metro=1metro|norte=1nortedometronorteλnorte|2norte=1norte1norte|λnorte|2.{\displaystyle \sum _{m=1}^{\infty }m\left|\sum _{n=1}^{N}c_{mn}\lambda _{n}\right|^{2}\leq \sum _{n=1}^{N}{1 \over n}|\lambda _{n}|^{2}.}

(La igualdad se cumple aquí si y solo si el complemento de la imagen de g tiene medida de Lebesgue cero).

Así que a fortiori

metro=1nortemetro|norte=1nortedometronorteλnorte|2norte=1norte1norte|λnorte|2.{\displaystyle \sum _{m=1}^{N}m\left|\sum _{n=1}^{N}c_{mn}\lambda _{n}\right|^{2}\leq \sum _{n=1}^{N}{1 \over n}|\lambda _{n}|^{2}.}

Por lo tanto, la matriz simétrica

ametronorte=metronortedometronorte,{\displaystyle a_{mn}={\sqrt {mn}}c_{mn},}

considerado como un operador en C N con su producto interno estándar, satisface

Aincógnitaincógnita.{\displaystyle \|Ax\|\leq \|x\|.}

Así pues, por la desigualdad de Cauchy-Schwarz

|(Aincógnita,y)|incógnitay.{\displaystyle |(Ax,y)|\leq \|x\|\cdot \|y\|.}

Con

incógnitanorte=λnortenorte=ynorte¯,{\displaystyle x_{n}={\frac {\lambda _{n}}{\sqrt {n}}}={\overline {y_{n}}},}

Esto da como resultado la desigualdad de Grunsky:

|metro=1nortenorte=1nortedometronorteλmetroλnorte|2norte=1norte1norte|λnorte|2,{\displaystyle \left|\sum _{m=1}^{N}\sum _{n=1}^{N}c_{mn}\lambda _{m}\lambda _{n}\right|^{2}\leq \sum _{n=1}^{N}{1 \over n}|\lambda _{n}|^{2},}

Criterio de univalencia

Sea g ( z ) una función holomorfa en z > 1 con

gramo(z)=z+b0+b1z1+b2z2+{\displaystyle g(z)=z+b_{0}+b_{1}z^{-1}+b_{2}z^{-2}+\cdots }

Entonces g es univalente si y solo si los coeficientes de Grunsky de g satisfacen las desigualdades de Grunsky para todo N.

De hecho, ya se ha demostrado que las condiciones son necesarias. Para ver la suficiencia, tenga en cuenta que

registrogramo(z)gramo(ζ)zζ=metro,norte1dometronortezmetroζnorte{\displaystyle \log {g(z)-g(\zeta ) \over z-\zeta }=-\sum _{m,n\geq 1}c_{mn}z^{-m}\zeta ^{-n}}

Tiene sentido cuando | z | y |ζ| son grandes y, por lo tanto, los coeficientes c mn están definidos. Si se satisfacen las desigualdades de Grunsky, es fácil ver que los | c mn | están uniformemente acotados y, por lo tanto, el desarrollo del lado izquierdo converge para | z | > 1 y |ζ| > 1. Al exponenciar ambos lados, esto implica que g es univalente.

Pares de funciones univalentes

DejarF(z){\displaystyle F(z)}ygramo(ζ){\displaystyle g(\zeta )}sean funciones holomorfas univalentes en | z | < 1 y |ζ| > 1, tales que sus imágenes son disjuntas en C. Supongamos que estas funciones están normalizadas de modo que

gramo(ζ)=ζ+a0+b1ζ1+b2ζ2+{\displaystyle g(\zeta )=\zeta +a_{0}+b_{1}\zeta ^{-1}+b_{2}\zeta ^{-2}+\cdots }

y

F(z)=aF(z){\displaystyle F(z)=af(z)}

con a ≠ 0 y

F(z)=z+a2z2+a3z3+.{\displaystyle f(z)=z+a_{2}z^{2}+a_{3}z^{3}+\cdots .}

La matriz de Grunsky ( c mn ) de este par de funciones se define para todos los valores distintos de cero de m y n mediante las fórmulas:

registrogramo(ζ)gramo(η)ζη=metro,norte1dometronorteζmetroηnorteregistrogramo(ζ)F(z)ζregistrogramo(ζ)ζ=metro,norte1dometro,nortezmetroζnorteregistroF(z)F(w)zwregistroF(z)zregistroF(w)w=metro,norte1dometro,nortezmetrownorte{\displaystyle {\begin{aligned}\log {g(\zeta )-g(\eta ) \over \zeta -\eta }&=-\sum _{m,n\geq 1}c_{mn}\zeta ^{-m}\eta ^{-n}\\\log {g(\zeta )-f(z) \over \zeta }-\log {g(\zeta ) \over \zeta }&=-\sum _{m,n\geq 1}c_{-m,n}z^{m}\zeta ^{-n}\\\log {f(z)-f(w) \over z-w}-\log {f(z) \over z}-\log {f(w) \over w}&=-\sum _{m,n\geq 1}c_{-m,-n}z^{m}w^{n}\end{aligned}}}

con

dometro,norte=donorte,metro,metro,norte1,{\displaystyle c_{m,-n}=c_{-n,m},\qquad m,n\geq 1,}

de modo que ( c mn ) sea una matriz simétrica.

En 1972, el matemático estadounidense James Hummel extendió las desigualdades de Grunsky a esta matriz, demostrando que para cualquier secuencia de números complejos λ ±1 , ..., λ ± N

|norte,metro0dometronorteλmetroλnorte|norte01|norte||λnorte|2.{\displaystyle \left|\sum _{n,m\neq 0}c_{mn}\lambda _{m}\lambda _{n}\right|\leq \sum _{n\neq 0}{\frac {1}{|n|}}|\lambda _{n}|^{2}.}

La demostración procede calculando el área de la imagen del complemento de las imágenes de | z | < r < 1 bajo F y |ζ| > R > 1 bajo g bajo un polinomio de Laurent adecuado h ( w ).

Dejarϕnorte{\displaystyle \phi _{n}}yϕnorte{\displaystyle \phi _{-n}}denotemos los polinomios de Faber de g yF(z1)1{\displaystyle f(z^{-1})^{-1}}y establecer

h(w)=norte1λnortenorteΦnorte(w)+norte1λnortenorteΦnorte(aw).{\displaystyle h(w)=\sum _{n\geq 1}{\frac {\lambda _{n}}{n}}\Phi _{n}(w)+\sum _{n\geq 1}{\frac {\lambda _{-n}}{n}}\Phi _{-n}\left({\frac {a}{w}}\right).}

Entonces:

h(F(z))=norte1λnortenorteznorte+α+norte1αnorteznorte,|z|<1,αnorte=metrodonorte,metroλmetroh(gramo(ζ))=norte1λnortenorteζnorte+β+norte1βnorteζnorte,|ζ|>1,βnorte=metrodonortemetroλmetro{\displaystyle {\begin{aligned}h(F(z))&=\sum _{n\geq 1}{\frac {\lambda _{-n}}{n}}z^{-n}+\alpha +\sum _{n\geq 1}\alpha _{n}z^{n},&&|z|<1,\alpha _{n}=\sum _{m}c_{-n,m}\lambda _{m}\\h(g(\zeta ))&=\sum _{n\geq 1}{\frac {\lambda _{n}}{n}}\zeta ^{n}+\beta +\sum _{n\geq 1}\beta _{n}\zeta ^{-n},&&|\zeta |>1,\beta _{n}=\sum _{m}c_{nm}\lambda _{m}\end{aligned}}}

El área es igual a

|h(z)|2dincógnitady=12ido1h¯(z)h(z)dz12ido2h¯(z)h(z)dz,{\displaystyle \int |h'(z)|^{2}\,dx\,dy={\frac {1}{2i}}\int _{C_{1}}{\overline {h}}(z)h'(z)\,dz-{\frac {1}{2i}}\int _{C_{2}}{\overline {h}}(z)h'(z)\,dz,}

donde C 1 es la imagen del círculo |ζ| = R bajo g y C 2 es la imagen del círculo | z | = r bajo F .

Por eso

1π|h|2dincógnitady=[norte11norte|λnorte|2norte1|αnorte|2r2norte]+[norte11norte|λnorte|2norte1|βnorte|2R2norte].{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}\iint |h'|^{2}\,dx\,dy=\left[\sum _{n\geq 1}{\frac {1}{n}}|\lambda _{-n}|^{2}-\sum _{n\geq 1}|\alpha _{n}|^{2}r^{2n}\right]+\left[\sum _{n\geq 1}{1 \over n}|\lambda _{n}|^{2}-\sum _{n\geq 1}|\beta _{n}|^{2}R^{-2n}\right].}

Dado que el área es positiva, el lado derecho también debe ser positivo. Haciendo que r aumente a 1 y R disminuya a 1 , se deduce que

metro0|metro||norte0dometronorteλnorte|2metro01|metro||λmetro|2{\displaystyle \sum _{m\neq 0}|m|\left|\sum _{n\neq 0}c_{mn}\lambda _{n}\right|^{2}\leq \sum _{m\neq 0}{1 \over |m|}|\lambda _{m}|^{2}}

con igualdad si y solo si el complemento de las imágenes tiene medida de Lebesgue cero.

Al igual que en el caso de una sola función g , esto implica la desigualdad requerida.

Unitaridad

La matriz

ametronorte=|metronorte|dometronorte{\displaystyle a_{mn}={\sqrt {|mn|}}\cdot c_{mn}}

Para una función única g o un par de funciones F , g es unitaria si y solo si el complemento de la imagen de g o la unión de las imágenes de F y g tiene medida de Lebesgue cero. Así pues, en términos generales, en el caso de una función, la imagen es una región estrecha en el plano complejo; y en el caso de dos funciones, las dos regiones están separadas por una curva de Jordan cerrada.

De hecho, la matriz infinita A que actúa sobre el espacio de Hilbert de secuencias sumables al cuadrado satisface

AA=I,{\displaystyle A^{*}A=I,}

Pero si J denota la conjugación compleja de una secuencia, entonces

JAJ=A,JAJ=A{\displaystyle JAJ=A^{*},\quad JA^{*}J=A}

ya que A es simétrico. Por lo tanto

AA=JAAJ=I{\displaystyle AA^{*}=JA^{*}AJ=I}

de modo que A sea unitario.

Formas equivalentes de las desigualdades de Grunsky

Desigualdades de Goluzin

Si g ( z ) es una función univalente normalizada en | z | > 1, z 1 , ..., z N son puntos distintos con | z n | > 1 y α 1 , ..., α N son números complejos, las desigualdades de Goluzin, demostradas en 1947 por el matemático ruso Gennadi Mikhailovich Goluzin (1906–1953), establecen que

|metro=1nortenorte=1norteαmetroαnorteregistrogramo(zmetro)gramo(znorte)zmetroznorte|2metro=1nortenorte=1norteαmetroαnorte¯registro11(zmetroznorte¯)1.{\displaystyle \left|\sum _{m=1}^{N}\sum _{n=1}^{N}\alpha _{m}\alpha _{n}\log {g(z_{m})-g(z_{n}) \over z_{m}-z_{n}}\right|^{2}\leq \sum _{m=1}^{N}\sum _{n=1}^{N}\alpha _{m}{\overline {\alpha _{n}}}\log {1 \over 1-(z_{m}{\overline {z_{n}}})^{-1}}.}

Para deducirlas de las desigualdades de Grunsky, sea

λk=norte=1norteαnorteznortek.{\displaystyle \lambda _{k}=\sum _{n=1}^{N}\alpha _{n}z_{n}^{-k}.}

para k > 0.

Por el contrario, las desigualdades de Grunsky se derivan de las desigualdades de Goluzin tomando

αmetro=1nortenorte=1norteλnorteznortemetro.{\displaystyle \alpha _{m}={1 \over N}\sum _{n=1}^{N}\lambda _{n}z_{n}^{m}.}

dónde

znorte=rmi2πinortenorte{\displaystyle z_{n}=re^{2\pi in \over N}}

con r > 1, tendiendo a ∞.

Desigualdades de Bergman-Schiffer

Bergman y Schiffer (1951) dieron otra derivación de las desigualdades de Grunsky utilizando núcleos reproductores y operadores integrales singulares en la teoría de funciones geométricas ; un enfoque relacionado más reciente se puede encontrar en Baranov y Hedenmalm (2008) .

Sea f ( z ) una función univalente normalizada en | z | < 1, sean z 1 , ..., z N puntos distintos con | z n | < 1 y sean α 1 , ..., α N números complejos. Las desigualdades de Bergman-Schiffer establecen que

|metro=1nortenorte=1norteαmetroαnorte[F(zmetro)F(znorte)(F(zmetro)F(znorte))21(zmetroznorte)2]|metro=1nortenorte=1norteαmetroαnorte¯1(1zmetroznorte¯)2.{\displaystyle \left|\sum _{m=1}^{N}\sum _{n=1}^{N}\alpha _{m}\alpha _{n}\left[{\frac {f'(z_{m})f'(z_{n})}{(f(z_{m})-f(z_{n}))^{2}}}-{\frac {1}{(z_{m}-z_{n})^{2}}}\right]\right|\leq \sum _{m=1}^{N}\sum _{n=1}^{N}\alpha _{m}{\overline {\alpha _{n}}}{\frac {1}{(1-z_{m}{\overline {z_{n}}})^{2}}}.}

Para deducir estas desigualdades a partir de las desigualdades de Grunsky, establezca

λk=knorte=1norteαnorteznortek.{\displaystyle \lambda _{k}=k\sum _{n=1}^{N}\alpha _{n}z_{n}^{k}.}

para k > 0.

Por el contrario, las desigualdades de Grunsky se derivan de las desigualdades de Bergman-Schiffer tomando

αmetro=1nortenorte=1norte1norteλnorteznortemetro.{\displaystyle \alpha _{m}={\frac {1}{N}}\sum _{n=1}^{N}{\frac {1}{n}}\lambda _{n}z_{n}^{m}.}

dónde

znorte=rmi2πinortenorte{\displaystyle z_{n}=re^{\frac {2\pi in}{N}}}

con r < 1, tendiendo a 0.

Aplicaciones

Las desigualdades de Grunsky implican muchas desigualdades para funciones univalentes. También fueron utilizadas por Schiffer y Charzynski en 1960 para dar una demostración completamente elemental de la conjetura de Bieberbach para el cuarto coeficiente; una demostración mucho más compleja había sido hallada previamente por Schiffer y Garabedian en 1955. En 1968, Pedersen y Ozawa utilizaron independientemente las desigualdades de Grunsky para demostrar la conjetura para el sexto coeficiente. [ 1 ] [ 2 ]

En la demostración de Schiffer y Charzynski, si

F(incógnita)=z+a2z2+a3z3+a4z4+{\displaystyle f(x)=z+a_{2}z^{2}+a_{3}z^{3}+a_{4}z^{4}+\cdots }

es una función univalente normalizada en | z | < 1, entonces

gramo(z)=F(z2)1/2=z+b1z1+b3z3+{\displaystyle g(z)=f(z^{2})^{-1/2}=z+b_{1}z^{-1}+b_{3}z^{-3}+\cdots }

es una función univalente impar en | z | > 1.

La combinación del teorema de área de Gronwall para f con las desigualdades de Grunsky para el primer menor de 2 x 2 de la matriz de Grunsky de g conduce a una cota para | a 4 | en términos de una función simple de a 2 y un parámetro complejo libre. El parámetro libre puede elegirse de manera que la cota se convierta en una función de la mitad del módulo de a 2 , y luego se puede comprobar directamente que esta función no es mayor que 4 en el intervalo [0,1].

Como demostró Milin, las desigualdades de Grunsky pueden exponenciarse. El caso más simple procede escribiendo

registrogramo(z)gramo(ζ)zζ=norte1anorte(ζ1)znorte.{\displaystyle \log {g(z)-g(\zeta ) \over z-\zeta }=-\sum _{n\geq 1}a_{n}(\zeta ^{-1})z^{-n}.}

con un n ( w ) holomorfo en | w | < 1.

Las desigualdades de Grunsky, con λ n = w n, implican que

norte1norte|anorte(w)|2registro(1|w|2).{\displaystyle \sum _{n\geq 1}n|a_{n}(w)|^{2}\leq -\log(1-|w|^{2}).}

Por otro lado, si

metro0bmetrotmetro=expnorte1anortetnorte{\displaystyle \sum _{m\geq 0}b_{m}t^{m}=\exp \sum _{n\geq 1}a_{n}t^{n}}

como series de potencias formales , entonces la primera de las desigualdades de Lebedev-Milin (1965) establece que [ 3 ] [ 4 ]

norte0|bnorte|2expnorte1norte|anorte|2.{\displaystyle \sum _{n\geq 0}|b_{n}|^{2}\leq \exp \sum _{n\geq 1}n|a_{n}|^{2}.}

De forma equivalente, la desigualdad establece que si g ( z ) es un polinomio con g (0) = 0, entonces

12π02π|migramo|2dθmiA,{\displaystyle {1 \over 2\pi }\int _{0}^{2\pi }|e^{g}|^{2}\,d\theta \leq e^{A},}

donde A es el área de g ( D ),

Para demostrar la desigualdad, observe que los coeficientes están determinados por la fórmula recursiva.

bnorte=1nortemetro=1nortemetroametrobnortemetro{\displaystyle b_{n}={1 \over n}\sum _{m=1}^{n}ma_{m}b_{n-m}}

de modo que por la desigualdad de Cauchy-Schwarz

|bnorte|21nortemetro2|ametro|2|bnortemetro|2.{\displaystyle |b_{n}|^{2}\leq {1 \over n}\sum m^{2}|a_{m}|^{2}|b_{n-m}|^{2}.}

Las cantidades c n obtenidas al imponer la igualdad aquí:

donorte=1nortemetro2|ametro|2donortemetro{\displaystyle c_{n}={1 \over n}\sum m^{2}|a_{m}|^{2}c_{n-m}}

satisfacer|bnorte|2donorte{\displaystyle |b_{n}|^{2}\leq c_{n}}y por lo tanto, revirtiendo los pasos,

|bnorte|2donorte=expmetro1metro|ametro|2.{\displaystyle \sum |b_{n}|^{2}\leq \sum c_{n}=\exp \sum _{m\geq 1}m|a_{m}|^{2}.}

En particular, definiendo b n ( w ) por la identidad

bnorte(ζ1)znorte=expametro(ζ1)zmetro=gramo(z)gramo(ζ)zζ,{\displaystyle \sum b_{n}(\zeta ^{-1})z^{-n}=\exp \sum a_{m}(\zeta ^{-1})z^{-m}={g(z)-g(\zeta ) \over z-\zeta },}

La siguiente desigualdad debe cumplirse para | w | < 1

norte0|bnorte(w)|2(1|w|2)1.{\displaystyle \sum _{n\geq 0}|b_{n}(w)|^{2}\leq (1-|w|^{2})^{-1}.}

Beurling transforma

La transformada de Beurling (también llamada transformada de Beurling-Ahlfors y transformada de Hilbert en el plano complejo ) proporciona uno de los métodos más directos para demostrar las desigualdades de Grunsky, siguiendo a Bergman y Schiffer (1951) y Baranov y Hedenmalm (2008) .

La transformada de Beurling se define en L 2 ( C ) como la operación de multiplicación porz/z¯{\displaystyle z/{\overline {z}}}sobre transformadas de Fourier . Por lo tanto, define un operador unitario. También puede definirse directamente como una integral de valor principal [ 5 ].

(Th)(w)=límiteε01π|zw|εh(z)(zw)2dincógnitady.{\displaystyle (Th)(w)=\lim _{\varepsilon \to 0}-{1 \over \pi }\iint _{|z-w|\geq \varepsilon }{h(z) \over (z-w)^{2}}\,dx\,dy.}

Para cualquier región abierta acotada Ω en C, se define un operador acotado T Ω desde el conjugado del espacio de Bergman de Ω sobre el espacio de Bergman de Ω: una función holomorfa de cuadrado integrable se extiende a 0 fuera de Ω para producir una función en L 2 ( C ) a la que se aplica T y el resultado se restringe a Ω, donde es holomorfa. Si f es una aplicación univalente holomorfa del disco unitario D sobre Ω, entonces el espacio de Bergman de Ω y su conjugado pueden identificarse con el de D y T Ω se convierte en el operador integral singular con núcleo

KF(z,w)=F(z)F(w)(F(z)F(w))2.{\displaystyle K_{f}(z,w)={\frac {f'(z)f'(w)}{(f(z)-f(w))^{2}}}.}

Define una contracción . Por otro lado, se puede comprobar que T D = 0 calculando directamente sobre potencias.z¯norte{\displaystyle {\overline {z}}^{n}}utilizando el teorema de Stokes para transferir la integral al contorno.

De ello se deduce que el operador con núcleo

F(z)F(w)(F(z)F(w))21(zw)2=2zwregistroF(z)F(w)zw=metro,norte1metronortedometronortezmetro1wnorte1{\displaystyle {f'(z)f'(w) \over (f(z)-f(w))^{2}}-{1 \over (z-w)^{2}}={\partial ^{2} \over \partial z\partial w}\log {f(z)-f(w) \over z-w}=-\sum _{m,n\geq 1}mnc_{mn}z^{m-1}w^{n-1}}

actúa como una contracción en el conjugado del espacio de Bergman de D. Por lo tanto, si

pag(z)=λ1+λ2z¯+λ3z¯2++λnortez¯norte1,{\displaystyle p(z)=\lambda _{1}+\lambda _{2}{\overline {z}}+\lambda _{3}{\overline {z}}^{2}+\cdots +\lambda _{N}{\overline {z}}^{N-1},}

entonces

metro=1norte|norte=1nortedometronorteλnorte|2=(TFTz)pag2=TFpag2pag2=norte=1norte1norte|λnorte|2.{\displaystyle \sum _{m=1}^{N}\left|\sum _{n=1}^{N}c_{mn}\lambda _{n}\right|^{2}=\|(T_{f}-T_{z})p\|^{2}=\|T_{f}p\|^{2}\leq \|p\|^{2}=\sum _{n=1}^{N}{1 \over n}|\lambda _{n}|^{2}.}

Operador de Grunsky y determinante de Fredholm

Si Ω es un dominio acotado en C con frontera suave, el operador T Ω puede considerarse como un operador contractivo antilineal acotado en el espacio de Bergman H = A 2 (Ω). Está dado por la fórmula

(TΩ)(z)=límiteε01π|zw|ε(z)¯(zw)2dincógnitady{\displaystyle (T_{\Omega }u)(z)=\lim _{\varepsilon \to 0}{1 \over \pi }\iint _{|z-w|\geq \varepsilon }{{\overline {u(z)}} \over (z-w)^{2}}\,\,dx\,dy}

para u en el espacio de Hilbert H = A 2 (Ω). T Ω se denomina operador de Grunsky de Ω (o f ). Su realización en D mediante una función univalente f que mapea D sobre Ω y el hecho de que T D = 0 muestra que está dado por restricción del núcleo

F(z)F(w)(F(z)F(w))21(zw)2,{\displaystyle {\frac {f'(z)f'(w)}{(f(z)-f(w))^{2}}}-{\frac {1}{(z-w)^{2}}},}

y por lo tanto es un operador de Hilbert-Schmidt .

El operador antilineal T = T Ω satisface la relación de autoadjuntividad.

(T,v)=(Tv,){\displaystyle (Tu,v)=(Tv,u)}

para u , v en H.

Por lo tanto, A = T 2 es un operador lineal autoadjunto compacto en H con

(A,)=(T,T)=T20,{\displaystyle (Au,u)=(Tu,Tu)=\|Tu\|^{2}\geq 0,}

de modo que A es un operador positivo. Por el teorema espectral para operadores autoadjuntos compactos, existe una base ortonormal u n de H que consta de autovectores de A :

Anorte=μnortenorte,{\displaystyle Au_{n}=\mu _{n}u_{n},}

donde μ n es no negativo debido a la positividad de A. Por lo tanto,

μnorte=λnorte2{\displaystyle \mu _{n}=\lambda _{n}^{2}}

con λ n ≥ 0. Dado que T conmuta con A , deja sus autoespacios invariantes. La relación de positividad muestra que actúa trivialmente sobre el autoespacio cero. Los demás autoespacios no nulos son todos de dimensión finita y mutuamente ortogonales. Por lo tanto, se puede elegir una base ortonormal en cada autoespacio de modo que:

Tnorte=λnortenorte.{\displaystyle Tu_{n}=\lambda _{n}u_{n}.}

(Tenga en cuenta queT(inorte)=λnorteinorte{\displaystyle T(iu_{n})=-\lambda _{n}iu_{n}}por la antilinealidad de T .)

Los valores distintos de cero de λ n (o a veces sus recíprocos) se denominan autovalores de Fredholm de Ω:

0λnorteT1.{\displaystyle 0\leq \lambda _{n}\leq \|T\|\leq 1.}

Si Ω es un dominio acotado que no es un disco, Ahlfors demostró que

TΩ<1.{\displaystyle \|T_{\Omega }\|<1.}

El determinante de Fredholm para el dominio Ω se define mediante [ 6 ] [ 7 ].

ΔΩ=det(ITΩ2)=(1λnorte2).{\displaystyle \Delta _{\Omega }=\det(I-T_{\Omega }^{2})=\prod (1-\lambda _{n}^{2}).}

Tenga en cuenta que esto tiene sentido porque A = T 2 es un operador de clase traza .

Schiffer y Hawley (1962) demostraron que si0Ω{\displaystyle 0\in \Omega }y f fija 0, entonces [ 8 ] [ 9 ]

ΔΩ=112π[zregistroFD2+zregistrogramoDdo22zregistroF(z)zD22zregistrogramo(z)zDdo2].{\displaystyle \Delta _{\Omega }=-{\frac {1}{12\pi }}\left[\|\partial _{z}\log f'\|_{D}^{2}+\|\partial _{z}\log g'\|_{D^{c}}^{2}-2\left\|\partial _{z}\log {\frac {f(z)}{z}}\right\|_{D}^{2}-2\left\|\partial _{z}\log {\frac {g(z)}{z}}\right\|_{D^{c}}^{2}\right].}

Aquí las normas están en los espacios de Bergman de D y su complemento D c y g es una aplicación univalente de D c sobre Ω c fijando ∞.

Una fórmula similar se aplica en el caso de un par de funciones univalentes (véase más abajo).

Operadores integrales singulares en una curva cerrada

Sea Ω un dominio acotado simplemente conexo en C con frontera suave C = ∂Ω. Por lo tanto, existe una aplicación holomorfa univalente f del disco unitario D sobre Ω que se extiende a una aplicación suave entre las fronteras S 1 y C .

Notas

  1. ^ Düren 1983 , págs. 131-133 
  2. Koepf 2007
  3. ^ Düren 1983 , págs. 143-144 
  4. Aparte de la demostración elemental de este resultado que se presenta aquí, hay varias otras demostraciones analíticas en la literatura. Nikolski (2002 , p. 220) , siguiendo a de Branges , señala que es una consecuencia de desigualdades estándar relacionadas con núcleos reproductores . Widom (1988) observó que era una consecuencia inmediata de la fórmula límite de Szegő (1951). De hecho, si f es el polinomio trigonométrico de valor real en el círculo dado como el doble de la parte real de un polinomio g ( z ) que se anula en 0 en el disco unitario, la fórmula límite de Szegő establece que los determinantes de Toeplitz de e f aumentan a e A donde A es el área de g ( D ). El primer determinante es por definición solo el término constante en e f = | e g | 2 . 
  5. Ahlfors 1966
  6. Schiffer 1959 , pág. 261 
  7. Schiffer y Hawley 1962 , pág. 246 
  8. Schiffer y Hawley, 1962 , págs. 245-246 
  9. Takhtajan y Teo 2006

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