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关于卢帕什的收敛性\((p,q)\)-基于收缩原理的Bernstein算子

摘要

本文研究了Lupaš迭代的极限行为q个-和\((p,q)\)-伯恩斯坦操作员。我们得到了Lupaš的收敛性q个-和\((p,q)\)-Bernstein算子。

1导言和序言

对于任何\(f\in\mathcal{C}[0,1]\),运算符的顺序\(B_{n}:C[0,1]\rightarrow\mathcal{C}[0,1]\)由定义

$$B_{n}(f,x)=\sum_{k=0}^{n}\binom}{k} x个^{k} (1-x)^{n-k}f\biggl(\frac{k}{n}\biggr),\quad x\in[0,1],n\in\mathbb{n}$$
(1.1)

被称为伯恩斯坦多项式[6].

卢帕什[18]定义了第一个q个-Bernstein算子(有理)的模拟\(q>0\)如下所示:

$$L_{n}(f,q;x)=\sum_{k=0}^{n} (f)\biggl(\frac{[k]{q}}{[n]{q{}\biggr)b{n,k}(x;q)$$
(1.2)

哪里

b条 n个 , k (x个;q个)= [ n个 k ] q个 q个 n个 ( n个 1 ) 2 x个 k ( 1 x个 ) n个 k j个 = 0 n个 1 { ( 1 x个 ) + q个 j个 x个 } .

后来的菲利普斯[32]提议另一个q个-伯恩斯坦算子的模拟。

对于\(q={1}\),两者都被还原为原来的。然而,对于\(问题{1}\),它们之间有很大的差异。的迭代的收敛性q个-伯恩斯坦多项式已在[5,29,30,33,37]、和[38].

对于的基本属性q个-伯恩斯坦多项式的类比[12,18,19,31].

这个q个-整数\([k]{q}\)对于\(k\in\mathbb{N}\)和固定实数\(q>{0}\)由定义

$$[k]{q}=\textstyle\begin{cases}\frac{1-q^{k}}{1-q}&\text{if}q\neq1,\\k&\text}if}q=1。\结束{cases}$$

设置\([0]{q}={0}\). Theq个-阶乘系数定义为

$$[k]_{q}!=\textstyle\begin{cases}[k]_{q}[k-1]_{q}\cdots[1]_{q}&\text{if}k\in\mathbb{N},\\1&\text}if}k=0,\end{cases{$$

以及q个-二项式系数

[ n个 k ] q个 = [ n个 ] q个 ! [ k ] q个 ! [ n个 k ] q个 ! ,0kn个,

具有 [ n个 0 ] q个 =1 [ n个 k ] q个 =0对于\(k>n).

也,

$$(x-a)_{q}^{n}=\textstyle\begin{cases}1&\text{if}n=0,\\(x-a,x-qa)\cdots(x-q)^{n-1}a)&\text{if}n\geq{1}。\结束{cases}$$

对于任何功能(f),除以的差值表示为\(\增量{q}^{0}页_{i} =f_{i}\)对于\(i=0,1,2,\ldot,{n-1})递归地,通过\(Delta_{q}^{k+1}f_{i}=Delta_}q}^{k} 如果_{i+1}-{q^{k}}\增量{q}^{k} (f)_{i} \)对于\(k\geqq{0}\),其中\(f_{i}\)表示\(f(\压裂{[i]}{[m]})\)通过归纳法确定

Δ q个 k (f) = 第页 = 0 k ( 1 ) 第页 q个 第页 ( 第页 1 ) 2 [ k 第页 ] (f) + k 第页

(请参见[36]和[17]).

注意,(1.2)可以写在q个-差异形式

L(左) n个 ((f),q个;x个)= k = 0 n个 [ n个 k ] q个 Δ q个 k (f) 0 x个 k .
(1.3)

我们可以推断

$$L_{n}(ax+b,q;x)=ax+b、\quad a、b\in\mathbb{R}$$

此外,我们可以看到这些操作符验证测试功能\(e_{j}(x)=x^{j}\),\(j=0,1,2).

1993年,罗斯[34]引入并发展了(弱)Picard算子理论,它是不动点理论中最强大的工具之一,在算子方程和包含中有多种应用。贝林德[8]表明几乎收缩比文献中的大多数收缩更普遍。

我们现在回顾一下不动点理论的一些基本特征(参见[34]).

定义1.1

操作员S公司关于度量空间\((X,d)\)如果迭代序列为\(((S^{m}(x)){m}\geqq 1)收敛到S公司为所有人\(x中的x).

我们像往常一样表示,\(S ^{0}=I_{X}\),\(S^{m+1}=S\圈S^{m}\),\(m\in\mathbb{N}\).

\(F_{S}=X:S(\xi)=\xi\}\).如果操作员B类是WPO,并且\(F_{S}\)只有一个元素,那么S公司称为Picard操作员(PO)。

首先,我们给出了WPO的特征。

定理1.2

([33])

操作员 S公司 关于度量空间 \((X,d)\) 是弱Picard算子 存在一个分区 \(\{X_{\lambda}:\lambda \in\lambda\}\) 这样,对于每一个 \(\lambda\ in \lambda\) 一个有 \(I(S)中的X_{lambda}\) \(S|_{X_{\lambda}}:X_{\ lambda{\右箭头X_{\lambda}\) 是一个 人事军官,哪里 \(I(S):=\{\emptyset\neq Y\子集X:S(Y)\子集Y\}\) 表示所有非-S下不变的空子集.

此外,对于WPOS公司,我们采取\(X中的S^{\infty}\)定义为

$$S^{\infty}(x)=\lim_{m\rightarrow\infty}S^{m}(x),\quad x\ in x$$

显然,\(S^{\infty}(x)=F_{S}\)此外,如果S公司是WPO,那么我们有\(F_{S}^{m}=F_{S}\neq\空集\),\(m\in\mathbb{N}\).

2卢帕什迭代q个-伯恩斯坦算子

在过去的几十年中,人们对各类正线性算子的迭代进行了深入的研究。Bernstein算子迭代收敛性的研究与概率论、矩阵论、谱理论等有关[1,7,9,10,11,13,14,16,20,25]、和[35].

我们想使用\((p,q)\)-微积分。我们的目的是研究Lupaşş迭代的收敛性\((p,q)\)-Bernstein算子使用收缩原理(弱Picard算子理论)。

定理2.1

([15])

对于 \(f\在C[0,1]\中) 和固定的 \(n\in\mathbb{n}^{ast}\),我们有

$$\lim_{M\rightarrow\infty}L_{n}^{M}(f;x)=f(0)+\bigl(f(1)-f(0)\bigr)x,\quad x\in C[0,1]$$

俄罗斯[35]利用收缩原理证明了这一结果。

在[29]作者定义了

$$L_{n}^{M+1}(f,q;x)=L_{n}\bigl(L_{n-}^{M}(f,q;x)\bigr),\quad M=1,2,\ldot$$

$$L_{n}^{1}(f,q;x)=L_{n}(f,q;x)$$

在同一篇文章中,作者证明了q个-Bernstein运算符\(q>0)使用q个-差异、斯特林多项式和矩阵技术。奥斯特罗夫斯卡[30]使用的特征值和半径[33]利用压缩原理证明了这些迭代的收敛性。以下结果给出了Lupaš的收敛性q个-Bernstein算子也使用了收缩原理。以下结果给出了Lupaš的收敛性q个-Bernstein算子。

定理2.2

\(L_{n}(f,q;x)\) 成为卢帕什 q个-中定义的Bernstein运算符(1.2).那么,对所有人来说 \(q>0),

$$\lim_{M\rightarrow\infty}L_{n}^{M}(f,q;x)=f(0)+\bigl(f(1)-f(0)\bigr)x$$
(2.1)

为所有人 \(f\在C[0,1]\中) \(x\英寸[0,1]\).

证明

首先,我们定义\(X_{alpha,\beta}=\{f\在C[0,1]中:f(0)=\alpha、f(1)=\beta\}\),\({\mathbb{R}}中的\alpha,\beta)显然,每个\(X_{\alpha,\beta}\)是的闭子集\(C[0,1]\)、和\(\{X_{alpha,\beta},(\alpha,\ beta)\in{\mathbb{R}\times\mathbb{R}}\}\)是空间的分区\(C[0,1]\).

它直接遵循卢帕什的定义q个-伯恩斯坦多项式具有端点插值性质。

所以我们有了\(X_{\alpha,\beta}\)是的不变子集\(f\mapsto L_{n}(f,q;\cdot)\)为所有人\((\alpha,\beta)\在{\mathbb{R}\times\mathbb{R}}\中\(n\in\mathbb{n}\).

我们证明了\(f\mapsto L_{n}(f,q;\cdot)\)\(X_{\alpha,\beta}\)是任何\(\alpha,\beta\in\mathbb{R}).放置\(t{n}=[0,1]}中的最小x(b{n,0}(x;q)+b{n也就是说,

$$开始{对齐}t_{n}=&\min_{x\in[0,1]}\biggl(\frac{(1-x)^{n}}{\prod_{j=0}^{n-1}\{(1-x)+q^{j} x个\}}+压裂{q^{压裂{n(n-1)}{2}}x^{n}}{prod_{j=0}^{n-1}{(1-x)+q^{j} x\}}\biggr)\\=&\min_{x\in[0,1]}\biggl(\frac{(1-x)^{n}+q^{\ frac{n(n-1)}{2}}x^{n{}}{\prod_{j=0}^{n-1}\{(1-x)+q^{j} x个\}}\biggr)。\结束{对齐}$$

然后\(0<t_{n}\leq 1\).

\(f,g在X_{α,β}中)。那么

$$\开始{aligned}&\bigl\vert L_{n}(f,q;x)-L_{n{(g,q;x)\bigr\vert\\&\quad=\Biggl\vert\sum_{k=1}^{n-1}b_{n,k}(x;q)(f-g)\biggl(\frac{[k]_{q}}{[n]_{q}}\biggr)\biggr\vert\\&\quad\leq\sum_{k=1}^{n-1}b_{n,k}(x;q)\Vert f-g\Vert_{[0,1]}=\bigl(1-b_{n,0}(x;q)-b_{n、n}(x:q)\bigr)\Vert-f-g\Vert_{[0,1]}\\&\quad=\biggl(1-\frac{(1-x)^{n}{\prod_{j=0}^{n-1}\{(1-x)+q^{j} x个}}-\压裂{q^{\压裂{n(n-1)}{2}}x^{n}}{\prod_{j=0}^{n-1}{(1-x)+q^{j} x\}}\biggr)\Vert f-g\Vert_{[0,1]}\\&\quad=\biggl(1-\frac{((1-x)^{n}+q^{压裂{n(n-1)}{2}}x^{n{)}{\prod_{j=0}^{n-1}\{(1-x)+q^{j} x个\}}\biggr)\Vert f-g\Vert_{[0,1]}\\&\quad\leq(1-t_{n})\Vert-f-g\Vert_{[0.1]},\end{aligned}$$

最后,

$$\bigl\Vert L_{n}(f,q;x)-L_{n{(g,q;x)\bigr\Vert_{[0,1]}\leq(1-t_{n})\Vert f-g\Vert_{[0,1]}$$

限制\(f\mapsto L_{n}(f,q;x)\)\(X_{\alpha,\beta}\)是一种收缩。

另一方面,\(K_{\alpha,\beta}^{\ast}=\alpha-e_{0}+(\beta-\alpha)e_{1}\在X_{\alpha,\ beta}\中).自\(L_{n}(e_{0},q;x)=e_{0}\)\(L_{n}(e_{1},q;x)=e_{1\),因此\(K_{\alpha,\beta}^{\ast}\)是的固定点\(L_{n}(f,q;\cdot)\)。对于任何\(f\在C[0,1]\中),我们有\(在X_{f(0),f(1)}中为f\),并且通过使用收缩原理,我们获得了期望的结果(2.1). □

就WPO而言,使用(1.3),我们可以将上述定理公式化如下。

定理2.3

卢帕什 q个-伯恩斯坦算子 \(f\mapsto L_{n}(f,q;\cdot)\) 是WPO,

$$L^{\infty}_{n}(f,q;x)=f(0)+\bigl(f(1)-f(0)\bigr)x$$
(2.2)

证明

操作员\(S:X\右箭头X\)如果序列为\(((S^{M}(x)){M\geq1}\)收敛到的不动点S公司为所有人\(x中的x).

对于WPO,我们考虑操作员\(S^{\infty}:X\右箭头X\)定义为

$$S^{\infty}(x)=\lim_{M\rightarrow\infty}S^{M}(x)$$
(2.3)

现在,使用定理2.2和(2.3),我们得到了结果(2.2). □

卢帕什\((p,q)\)-伯恩斯坦算子

Mursaleen等人[23]定义了\((p,q)\)-Bernstein算子的类比并研究了它们的近似性质(参见[2,,21,22,24,25,26,27,28]). 为了进一步阅读,我们参考[4,21,22,26,27].

对于任何\(p>0)\(q>0),我们有

$$[n]{p,q}=p^{n-1}+p^{n-2}q+第页^{n-3}q^{2} +\cdots+pq^{n-2}+q^{n-1}=\textstyle\begin{cases}\frac{p^{n} -q个^{n} }{p-q}&\text{when}p\neq\neq1,\\{n} 第页^{n-1}&\text{当}p=q\neq1,\\[n]{q}&\text当}p=1,\\{n}&\ttext{当{p=q=1,\end{cases}$$

\(n=0,1,2,3,4,\ldots\) . 也,

[ k ] 第页 , q个 ! = [ k ] 第页 , q个 [ k 1 ] 第页 , q个 [ 1 ] 第页 , q个 , k = 1 , 2 , , , [ n个 k ] 第页 , q个 = [ n个 ] 第页 , q个 ! [ k ] 第页 , q个 ! [ n个 k ] 第页 , q个 ! , k = 1 , 2 , , ,

( x个 + b条 ) 第页 , q个 n个 = k = 0 n个 第页 ( n个 k ) ( n个 k 1 ) 2 q个 k ( k 1 ) 2 [ n个 k ] 第页 , q个 n个 k b条 k x个 n个 k k , ( x个 + ) 第页 , q个 n个 = ( x个 + ) ( 第页 x个 + q个 ) ( 第页 2 x个 + q个 2 ) ( 第页 n个 1 x个 + q个 n个 1 ) , ( 1 x个 ) 第页 , q个 n个 = ( 1 x个 ) ( 第页 q个 x个 ) ( 第页 2 q个 2 x个 ) ( 第页 n个 1 q个 n个 1 x个 ) .

Khan等人[16]引入了以下Lupaš类型\((p,q)\)-Bernstein算子的模拟(有理):

对于任何\(p>0)\(q>0\),我们得到

$$L_{n}(f,p,q;x)=\sum_{k=0}^{n} (f)\biggl(\frac{p^{n-k}[k]{p,q}}{[n]{p、q}}\biggr)b{n,k}(x;p,q),\quad x \in[0,1]$$
(3.1)

哪里

b条 n个 , k (x个;第页,q个)= [ n个 k ] 第页 , q个 第页 ( n个 k ) ( n个 k 1 ) 2 q个 k ( k 1 ) 2 x个 k ( 1 x个 ) n个 k j个 = 0 n个 1 { 第页 j个 ( 1 x个 ) + q个 j个 x个 } ,

\(b{n,0}(x;p,q),b{n是卢帕什吗\((p,q)\)-伯恩斯坦基函数[12]. 我们回顾以下辅助结果:

$$开始{对齐}&L_{n}^{n-1}x}{[n]{p,q}}+\分形{q^{2} x个^{2} }{p(1-x)+qx}\分形{[n-1]{p,q}}{[n]{p、q}}。\结束{对齐}$$

4卢帕什的迭代\((p,q)\)-伯恩斯坦算子

现在我们将Bernstein算子迭代的研究扩展到\((p,q)\)-微积分。卢帕什的迭代\((p,q)\)-伯恩斯坦多项式定义为

$$L_{n}^{M+1}(f,p,q;x)=L_{n}\bigl$$

$$L_{n}^{1}(f,p,q;x)=L_{n}(f,p,q;x)$$

我们研究了Lupaš迭代的收敛性\((p,q)\)-伯恩斯坦操作员。

定理4.1

\(L_{n}(f,p,q;x)\) 成为卢帕什 \((p,q)\)-中定义的Bernstein运算符(3.1),哪里 \(p>0),\(q>0).

然后是卢帕什 \((p,q)\)-Bernstein算子是弱Picard算子,及其序列 \((L_{n}^{M})_{M\geq1}\) 迭代满足

$$\lim_{M\rightarrow\infty}L_{n}^{M}(f,p,q;x)=f(0)+\bigl(f(1)-f(0)\bigr)x$$
(4.1)

证明

证明步骤与定理相同2.2.让

$$X_{\alpha,\beta}=\bigl\{f\in C[0,1]\mid-f(0)=\alpha,f(1)=\beta\bigr\},\quad\alpha、\beta\ in{mathbb{R}}$$

卢帕什\((p,q)\)-Bernstein多项式具有端点插值性质

$$L_{n}(f,p,q;0)=f(0),\quad\quad L_{n}$$

然后\(X_{\alpha,\beta}\)是的不变子集\(f\mapsto L_{n}(f,p,q;\cdot)\)为所有人\((\alpha,\beta)\in\mathbb{R}\times\mathbb{R}\)\(n\in\mathbb{n}\).

我们证明了\(f\mapsto L_{n}(f,p,q;\cdot)\)\(X_{\alpha,\beta}\)对任何人来说都是收缩吗\(\alpha\in\mathbb{R}\)\(\beta\in\mathbb{R}\).让\((alpha,beta)在mathbb{R}中\(f,g在X_{α,β}中)从定义\((p,q)\)-伯恩斯坦算子,

$$开始{aligned}\bigl\vert L_{n}(f,p,q;x)-L_{n{(g,p,q;x)\bigr\vert&=\Biggl\vert\sum_{k=1}^{n-1}b_{n,k}(x;p,q)(f-g)\biggl(\frac{p^{n-k}[k]{p,q}}{[n]{p、q}}\biggr)\biggr\vert\\&\leq\sum{k=1}^{n-1}b_{n,k}(x;p,q)\垂直f-g\垂直_{[0,1]}\\&=\bigl(1-b_{n,0}(x;p,q)-b_{n、n}(x:p、q)\bigr)\垂直f-g\垂直_{[0,1]}。\结束{对齐}$$

\(w{n}=[0,1]}中的最小值也就是说,

$$w_{n}=\min_{x\in[0,1]}\biggl(\frac{p^{frac{n(n-1)}{2}}(1-x)^{n}}{\prod_{j=0}^{n-1}\{p^}(1-x)+q^{j} x个\}}+压裂{q^{压裂{n(n-1)}{2}}x^{n}}{prod_{j=0}^{n-1}{p^{j}(1-x)+q^{j} x个\}}\biggr)$$

然后\(0<w{n}\leq 1).因此

$$开始{对齐}\bigl\vert L_{n}(f,p,q;x)-L_{n{(g,p,q;x)\bigr\vert&=\biggl(1-\frac{)+q^{j} x个}}\biggr)\Vert f-g\Vert_{[0,1]}\\&\leq(1-w_{n})\Vert-f-g\Vert_{[0.1]}\end{aligned}$$

对于任何\(f,g在X_{α,β}中)也就是说,限制\(f\mapsto L_{n}(f,p,q;\cdot)\)\(X_{\alpha,\beta}\)是一种收缩。

另一方面,\(K_{\alpha,\beta}^{\ast}=\alpha-e_{0}+(\beta-\alpha)e_{1}\在X_{\alpha,\ beta}\中),其中\(e_{0}(x)=1\)\(e_{1}(x)=x\)为所有人\(x\英寸[0,1]\).自\(L_{n}(e_{0},p,q;x)=e_{0}\)、和\(L_{n}(e_{1},p,q;x)=e_{1}\),因此\(K_{\alpha,\beta}^{\ast}\)是的固定点\(L_{n}(f,p,q;\cdot)\).

根据定理1.2卢帕什\((p,q)\)-Bernstein算子是一个WPO,利用收缩原理,我们得到了(4.1). □

5结论

本文研究了Lupaš的收敛性q个-Bernstein算子。我们进一步扩展了Bernstein算子迭代的研究,使用\((p,q)\)-微积分。

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基金

该研究项目得到沙特国王大学科学研究院长“女子科学与医学院研究中心”的资助。

作者信息

作者和附属机构

作者

贡献

第一作者有50%的贡献,第三作者也有50%的贡献,而第二作者在进行必要的更正后检查并起草了当前形式的手稿。所有作者阅读并批准了最终手稿。

通讯作者

通信至穆罕默德·穆萨林.

道德声明

竞争性利益

作者声明,他们没有相互竞争的利益。

其他信息

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引用这篇文章

Bin Jebreen,H.、Mursaleen,M.和Ahasan,M.关于卢帕什的收敛性\((p,q)\)-伯恩斯坦算子通过收缩原理。J不平等申请 2019,34(2019)。https://doi.org/10.1186/s13660-019-1985-y

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