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有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性

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伍廷蜜, 龙见仁, 吴秀碧, 等. 有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2018, 40(8): 102-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.08.014
引用本文: 伍廷蜜, 龙见仁, 吴秀碧, 等. 有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2018, 40(8): 102-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.08.014
Ting-mi WU, Jian-ren LONG, Xiu-bi WU, et al. On the Growth of Solutions of Linear Differential Equations with Entire Coefficients of Finite Logarithmic φ Order[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(8): 102-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.08.014
Citation: Ting-mi WU, Jian-ren LONG, Xiu-bi WU, et al. On the Growth of Solutions of Linear Differential Equations with Entire Coefficients of Finite Logarithmic φ Order[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(8): 102-109. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.08.014

有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(11501142);贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2015]2112号);贵州师范大学2016年博士科研启动项目,2016年度贵州省"千"层次创新型人才项目
详细信息
    作者简介:

    伍廷蜜(1990-), 女, 硕士研究生, 主要从事函数论的研究 .

    通讯作者: 龙见仁, 教授; 
  • 中图分类号: O174.5

On the Growth of Solutions of Linear Differential Equations with Entire Coefficients of Finite Logarithmic φ Order

  • 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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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-03
  • 刊出日期:  2018-08-20

有穷对数φ级整函数系数线性微分方程解的增长性

    通讯作者: 龙见仁, 教授; 
    作者简介: 伍廷蜜(1990-), 女, 硕士研究生, 主要从事函数论的研究
  • 贵州师范大学 数学科学学院, 贵阳 550001
基金项目:  国家自然科学基金项目(11501142);贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2015]2112号);贵州师范大学2016年博士科研启动项目,2016年度贵州省"千"层次创新型人才项目

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.

English Abstract

  • 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[pq]级的定义[1-2],其中pq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[pq]-φ级和[pq]-φ零点收敛指数,其中pq≥1或者pq=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[pq]-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[pq]-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pq>1或者pq=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

    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](f1φ)=aσ[1, 2](f2φ)=b,则:

    (ⅰ) σ[1, 2](f1+f2φ)≤max{ab},σ[1, 2](f1·f2φ)≤max{ab};

    (ⅱ)如果abσ[1, 2](f1+f2φ)=max{ab},σ[1, 2](f1·f2φ)=max{ab}.

    性质2  如果f1(z),f2(z)为亚纯函数,满足τ[1, 2](f1φ)=a1τ[1, 2](f2φ)=b1,则:

    (ⅰ) τ[1, 2](f1+f2φ)≤max{a1b1},τ[1, 2](f1·f2φ)≤max{a1b1};

    (ⅱ)如果a1b1τ[1, 2](f1+f2φ)=max{a1b1},τ[1, 2](f1·f2φ)=max{a1b1}.

    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≤sk-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

    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](A0φ)<∞,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](fφ),则存在对数测度无限的集合E⊂[1,∞),使得对所有的rE,有

     由对数φσ[1, 2](fφ)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nN0$r \in \left[{{r_n}, \left( {1 + \frac{1}{n}} \right){r_n}} \right]$时,有

    由(2),(3)式及条件(F3),rE,有

    另一方面,对于rE,显然

    因此,对rE,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](fφ)<+∞,其对数φ型为τ[1, 2](fφ),则存在对数测度为无穷的集合F⊂(1,+∞),使得对所有的rF,有

    引理3  设A0A1,…,Ak-1为整函数,满足max{σ[1, 2](Ajφ):j=0,1,…,k-1}≤α<+∞.则方程(1)的任意解f满足σ[2, 1](fφ)=0且σ[2, 2](fφ)≤α+1.

     如果f是多项式,则σ[2, 1](fφ)=0且σ[2, 2](fφ)=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:

    把(4)式代入方程(1),得

    又因为A0A1,…,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rr0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](fφ)=0且σ[2, 2](fφ)≤α+1.

    引理4  设A0A1,…,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](fφ)≥σ[1, 2](A0φ).

     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

    bσ[1, 2](A0φ),则

    因为

    由引理1,对任意ε(0<3εσ-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

    从而

    引理5  设A0A1,…,Ak-1为整函数,满足

    则方程(1)的任意超越整函数解f满足

     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

    bσ[1, 2](Asφ).则有

    因为

    由引理1,对任意的ε(0<3εσ-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

    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](fφ)=0,σ[2, 2](fφ)≤σ[1, 2](Asφ)+1≤σ[1, 2](fφ)+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

    bσ[1, 2](Asφ),从而

    σ[1, 2](Asφ)=σ>0.由引理1,对任意的ε(0<4εσ-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rnE,有

    因此,把(13),(14)式代入(12)式,即对所有rnE,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

    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](fφ)=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jJ1,有:

    且对于i∈{1,2,…,k-1}\J1,我们有

    因此,存在常数β1β,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rF,有

    则对所有的z满足|A0(z)|=M(rA0)且|z|=rF\E2,有

    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](A0φ)=1,则τ[1, 2](A0φ)=+∞,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](A0φ)>1(j=1,2,…,k-1),则

    由定理2的条件得

参考文献 (15)

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