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假设读者熟悉Nevanlinna理论的标准记号,具体细节参看文献[1-2].假设f是复平面上的亚纯函数,则其级和下级分别定义为:
为了更精确地刻画亚纯函数的增长性,引入了[p,q]级的定义[1-2],其中p,q都为正整数.
文献[3]利用非减函数φ:[0,1)→(0,∞)定义了单位圆盘上亚纯函数f(z)相对于φ(r)的增长级,并利用此概念,研究了单位圆上线性微分方程解的增长性.单位圆盘上亚纯函数的增长级的刻画,也可以参看文献[4].由单值化定理,复平面和单位圆具有自己独特的地位,因此研究复平面(单位圆)上的复线性微分方程解的性质是十分有意义的.
类似单位圆盘上的情形,为了更加精确地刻画亚纯函数的增长级,文献[5]定义了复平面上亚纯函数的[p,q]-φ级和[p,q]-φ零点收敛指数,其中p≥q≥1或者p>q=1,并利用此定义研究了二阶微分方程f″+A(z)f=0解的性质,得到了解的[p,q]-φ级的刻画.利用对二阶方程的研究方法,人们进一步研究了高阶方程解的性质,如文献[6]研究了方程f(k)+A(z)f=0解的性质,并得到了一些结果.文献[7]利用[p,q]-φ级刻画了线性微分方程
解的增长性,并得到了一些结果.
回顾文献[7]中方程(1)解的情形,都只是考虑了p≥q>1或者p>q=1的情形,而p=1,q=2的情形并未涉及.本文的目的主要是考虑p=1,q=2的情形,继续研究方程(1)解的增长性与系数增长性之间的关系.在本文中我们总是假定φ(r)满足条件:对任意的α≥1,q≥1,有:
类似文献[8]中亚纯函数对数级的定义,我们定义对数φ级如下:
定义1 设φ(r):[0,+∞)→(0,+∞)为非减无界函数,则复平面上亚纯函数f相对于φ的对数φ级定义为
若f为整函数,则f的对数φ级定义为
注1 当φ(r)=r时,定义1即为对数级的定义.显然,任意非常数的有理函数f的对数φ级是1;在复平面上任意超越亚纯函数f的对数φ级不小于1;任意对数φ级有穷的亚纯函数一定是零级函数.
定义2 设φ(r):[0,+∞)→(0,+∞)为非减无界函数,亚纯函数f(z)具有有穷正的对数φ级,则亚纯函数f(z)的对数φ型定义为
如果f(z)是整函数,其对数φ型定义为
注2 显然,任意非常数的多项式p对数φ型等于它的次数deg(p);任意非常数的有理函数的对数φ型是有穷的;在复平面上的对数φ级为1的超越亚纯函数,其对数φ型必为无穷的.
类似文献[9]的引理7和引理8的证明方法,我们可以证明下面的性质:
性质1 如果f1(z),f2(z)为亚纯函数,满足σ[1, 2](f1,φ)=a,σ[1, 2](f2,φ)=b,则:
(ⅰ) σ[1, 2](f1+f2,φ)≤max{a,b},σ[1, 2](f1·f2,φ)≤max{a,b};
(ⅱ)如果a≠b,σ[1, 2](f1+f2,φ)=max{a,b},σ[1, 2](f1·f2,φ)=max{a,b}.
性质2 如果f1(z),f2(z)为亚纯函数,满足τ[1, 2](f1,φ)=a1,τ[1, 2](f2,φ)=b1,则:
(ⅰ) τ[1, 2](f1+f2,φ)≤max{a1,b1},τ[1, 2](f1·f2,φ)≤max{a1,b1};
(ⅱ)如果a1≠b1,τ[1, 2](f1+f2,φ)=max{a1,b1},τ[1, 2](f1·f2,φ)=max{a1,b1}.
集合E⊂[1,+∞)的线性测度定义为
${\text{m}}E = \int {_E{\text{d}}t} $ ,集合E⊂[1,+∞)的对数性测度定义为${{\text{m}}_l}E = \int {_E\frac{{{\text{d}}t}}{t}} $ .类似文献[10]的讨论方法,我们可证明下面的结果:
定理1 设A0,…,Ak-1是整函数,存在超越函数As(0≤s≤k-1)满足
则方程(1)的每个超越整函数解f满足:
如果f不是超越的,则f一定是次数不超过s-1的多项式.进一步,至少存在1个整函数解f1,满足
定理2 设A0,…,Ak-1是整函数,如果A0是超越的,且满足
则方程(1)的每个非平凡解f满足:
定理3 设A0,…,Ak-1是整函数,如果A0是超越的,且满足
及
则方程(1)的每个超越解f满足:
定理4 设A0超越整函数,σ[1, 2](A0,φ)<∞,且A1,…,Ak-1是多项式.则方程(1)的每个非零整函数解f满足:
引理1 设f是复平面上的一个亚纯函数,f的对数φ级为σ[1, 2](f,φ),则存在对数测度无限的集合E⊂[1,∞),使得对所有的r∈E,有
证 由对数φ级σ[1, 2](f,φ)的定义知,存在递增的点列{rn},满足
使得
于是存在充分大的N0,使得当n>N0,
$r \in \left[{{r_n}, \left( {1 + \frac{1}{n}} \right){r_n}} \right]$ 时,有令
由(2),(3)式及条件(F3),r∈E,有
另一方面,对于r∈E,显然
因此,对r∈E,有:
类似于引理1证明方法,有下面的引理:
引理2 设f是超越的整函数,且0<σ[1, 2](f,φ)<+∞,其对数φ型为τ[1, 2](f,φ),则存在对数测度为无穷的集合F⊂(1,+∞),使得对所有的r∈F,有
引理3 设A0,A1,…,Ak-1为整函数,满足max{σ[1, 2](Aj,φ):j=0,1,…,k-1}≤α<+∞.则方程(1)的任意解f满足σ[2, 1](f,φ)=0且σ[2, 2](f,φ)≤α+1.
证 如果f是多项式,则σ[2, 1](f,φ)=0且σ[2, 2](f,φ)=0<α+1,故结论成立.
如果f为方程(1)的任一超越解,则由文献[11]的定理1.15,存在集合
$E \subset {\mathbb{R}_ + }$ ,mlE<∞,使得对:有
把(4)式代入方程(1),得
又因为A0,A1,…,Ak-1的对数φ级有限,则对任意的ε和足够大的r,有
由文献[12]的引理1.1.2,对任意常数β>1和足够大的r0,当r>r0时有
结合文献[11]的定理1.9,有
又由φ的性质(F1),则有
因此σ[2, 1](f,φ)=0且σ[2, 2](f,φ)≤α+1.
引理4 设A0,A1,…,Ak-1为整函数,满足
则方程(1)的任意非平凡解f满足σ[2, 2](f,φ)≥σ[1, 2](A0,φ).
证 假设f是方程(1)的任意非零解,由方程(1),有
由文献[13]的定理4.1和(5)式得到
令
则b<σ[1, 2](A0,φ),则
因为
由引理1,对任意ε(0<3ε<σ-b),存在递增趋于无穷的序列{rn},使得
把(7),(8)式代入(6)式中,得到
即
从而
引理5 设A0,A1,…,Ak-1为整函数,满足
则方程(1)的任意超越整函数解f满足
证 假设f是方程(1)的超越解,由方程(1),有
显然
又由文献[13]的定理4.1,有
即
令
则b<σ[1, 2](As,φ).则有
因为
由引理1,对任意的ε(0<3ε<σ-b),存在递增趋于无穷的序列{rn},使得
把(10)式和(11)式代入(9)式得到
即
从而
定理1的证明 首先假设f是方程(1)的超越整函数解,由引理5,我们有
另一方面,由引理3,我们有:
因此σ[2, 1](f,φ)=0,σ[2, 2](f,φ)≤σ[1, 2](As,φ)+1≤σ[1, 2](f,φ)+1.
假设f是次数大于s的多项式,则f(s)(z)≠0.类似引理5的讨论,有
由文献[13]的定理4.1得
令
则b<σ[1, 2](As,φ),从而
σ[1, 2](As,φ)=σ>0.由引理1,对任意的ε(0<4ε<σ-b),存在对数测度为无穷的集合E,存在递增趋于无穷的序列{rn},使得对所有的rn∈E,有
因此,把(13),(14)式代入(12)式,即对所有rn∈E,有
又由f是多项式,因此
显然,这与ε的选取矛盾,因此如果f是多项式解,则必是次数不超过s-1的多项式.
设{f1,…,fk}为方程(1)的基础解,由文献[14]的引理3有
这表明,在{f1,…,fk}中存在一个解,设为f1,满足
即
因此
定理2的证明 由引理4,得到方程(1)的每个非零整函数解f满足
另一方面,由引理3,我们得到方程(1)的每个解f满足σ[2, 1](f,φ)=0且
定理3的证明 设f是方程(1)任意超越解,由(5)式有
由文献[15]的定理3,存在对数测度有穷的集合E2⊂(1,+∞),使得对于所有|z|=r∉[0, 1]∪E2,有
其中α>1为常数.
由假设:
存在非空集合J1⊆{1,2,…,k-1},使得对j∈J1,有:
且对于i∈{1,2,…,k-1}\J1,我们有
因此,存在常数β1和β,满足
使得:
由引理2,存在对数测度为无穷的集合F,使得对所有的r∈F,有
则对所有的z满足|A0(z)|=M(r,A0)且|z|=r∈F\E2,有
即
再结合φ的条件(F1),有
另一方面,由引理3,我们得到方程(1)的每个解f满足:
定理4的证明 假设A0是零级的超越整函数,其它的系数Aj(j=1,2,…,k-1)是多项式,类似文献[10]的定理1.1的证明,方程(1)的每个非零解满足:
如果σ[1, 2](A0,φ)=1,则τ[1, 2](A0,φ)=+∞,注意Aj(j=1,2,…,k-1)是多项式,且它们的对数φ型有限.因此,对于j=1,2,…,k-1,有:
由定理3得
如果σ[1, 2](A0,φ)>1(j=1,2,…,k-1),则
由定理2的条件得
On the Growth of Solutions of Linear Differential Equations with Entire Coefficients of Finite Logarithmic φ Order
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摘要: 利用亚纯函数的Nevanlinna理论研究了有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性,得到了解的增长级与系数的对数φ级之间的一些关系.
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关键词:
- 线性微分方程 /
- 整函数 /
- 对数φ级 /
- Nevanlinna理论 /
- 增长级
Abstract: The growth of solutions of linear differential equations with entire coefficients of finite logarithmic φ order is investigated by using Nevanlinna theory of meromorphic functions, and the relationships between the order of growth of solutions of the equations and the logarithmic φ order of coefficients are obtained.-
Key words:
- linear differential equation /
- entire functions /
- logarithmic φ order /
- Nevanlinna theory /
- order of growth .
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