令 A 表示单位圆盘 U={z∈C:|z|<1} 内解析且具有如下形式
的函数类,S 表示 A 中所有的单叶函数子类.
设 u(z) 和 v(z) 在 A 中解析,若存在一个 Schwarz 函数 ω(z),在 U 内满足 ω(0)=0 和 |ω(z)|<1, 使得 u(z)=v(ω(z)) (z∈U),则称函数 u(z) 从属于 v(z), 记作 u(z)≺v(z). 另外,若 v 在 U 内单叶,则有下列关系成立
u(z)≺v(z) (z∈U)⟺u(0)=v(0) 和 u(U)⊂v(U).
用 P 表示在 U 内解析且具有如下形式
的函数 p(z) 的全体. 若 ℜ(p(z))>0 (z∈U),则称 p(z) 为 Caratheodory 函数(见文献[1]).
1936 年,Robertson 在文献[2]中引入如下的函数子类 S∗(α) 和 K(α)
ℜ{zf′(z)f(z)}>α(f(z)∈A)
和
ℜ{1+zf″(z)f′(z)}>α(f(z)∈A).
特别地,当 α=0 时,上述函数类即为我们熟知的星象函数类 S∗ 和凸象函数类 K.
1994 年,Uralegaddi,Ganigi 和 Sarangi 在文献[3]中引入如下的函数子类 M(β) 和 N(β) (β>1)
定义 1.1 设 −1≤B<A≤1,C≠D 和 −1≤D≤1. 函数 p(z)∈P(A,B;C,D) 当且仅当 p(z) 满足下列两个从属关系
在上述函数类 P(A,B;C,D) 中,若令 A=1−2α (0≤α<1),B=−1,C=1−2β (β>1) 和 D=−1,则有
下面,我们引入如下的解析函数类 Sα,β(z):U→C.
定理 1.1 设 α 和 β 为实数且 α<1 和 β>1,则定义如下的函数类 Sα,β(z)
在 U 内单叶解析且满足 Sα,β(0)=1. 此外,Sα,β(z) 映射 U 到条形区域 ω,这里 α<ℜ{ω}<β.
我们注意到由 (1.6) 式定义的 Sα,β(z) 可改写为(见文献[4])
这里
由 (1.5) 式和 (1.6) 式,我们有
利用文献[5, 6, 7]中的结果,易得
若 −1<B<A≤1,则函数 h1(z) 在 U 内单叶且映射 U 到圆盘 {w∈C:|w−σ1|<r1},这里
利用从属的定义,(1.3) 式等价于
若 B=−1,则 (1.3) 式等价于
同理,若 $-1
利用从属的定义,(1.4) 式等价于
若 D=1,则 (1.4) 式等价于
综合 (1.10)-(1.15) 式,我们可知函数 p(z)∈P(A,B;C,D) 当且仅当 p(z) 满足下列两个条件
其中 σ1,r1 和 σ2,r2 分别由 (1.10) 式和 (1.13) 式给出.
在文献 [8] 中,Sălăgean 定义算子 Dmf(z):A→A 如下
D0f(z)=f(z),D1f(z)=Df(z)=zf′(z),
一般地,有
利用算子 Dmf(z),我们引入 A 中如下的函数子类.
定义 1.2 设 m∈N0,−1≤B<A≤1,−1<C<D≤1. 若 f(z)∈A,则函数 f(z)∈Sm(A,B;C,D) 当且仅当 f(z) 满足下列条件
由定义 1.2,(1.16) 式和 (1.17) 式,我们有
引理 1.1 若 m∈N0 和 f(z)∈A,则函数 f(z)∈Sm(A,B;C,D) 当且仅当 f(z) 满足下列两个条件
在函数类 Sm(A,B;C,D) 中,若取不同的参数 m,A,B,C 和 D,易得下列已知的函数子类
(1) S0(1−2α,−1;1−2β,−1)=S(α,β) (0≤α<1,β>1) (Kuroki 和 Owa[4, 9]; Kwon 等[10]);
(2) S1(1−2α,−1;1−2β,−1)=K(α,β) (0≤α<1,β>1) (Sim 和 Kwon[11]).
引理 2.1[12] 设函数 p(z)=1+c1z+c2z2+⋯ 在 U 内单叶解析, 又设 p(z) 映射 U 到一个凸域. 若 q(z)=1+q1z+q2z2+⋯ 在 U 内解析且满足下列从属关系
q(z)≺p(z) (z∈U),
则有 |qn|≤|c1| (n=1,2,⋯).
利用定义1.1,引理2.1和从属的定义,我们易得下面的引理.
引理 2.2 设 −1≤B<A≤1 和 $-1
其中
证 设函数 p(z)=1+c_{1}z+c_{2}z^{2}+\cdots \in P(A,B;C,D),则由定义1.1 和从属的定义可知
p(0)= h_{1}(0),\quad p({\mathbb U})\subset h_{1}({\mathbb U})
p(0)= h_{2}(0),\quad p({\mathbb U})\subset h_{2}({\mathbb U}),
其中 h_{1}(z) 和 h_{2}(z) 分别由(1.3)式和(1.4)式给出. 因此,我们有
p(z)= h_{1}(\omega _{1}(z))\quad(\omega _{1}(0)=0,|\omega _{1}(z)|<1)
p(z)= h_{2}(\omega_{2} (z))\quad(\omega _{2}(0)=0,|\omega _{2}(z)|<1).
且有
由 (2.6) 式和 (2.7) 式,我们不难得到
因为
故由 (2.8) 式,(2.9)式和 (2.10) 式,我们有
下面,我们分四种情形来证明 (2.1) 式.
(i) 若
则由引理2.1,我们有
令
则由 (2.13)-(2.17) 式,得
|c_{n}| \leq 2\delta_{1}.
(ii) 若
则由 (2.18) 式,我们有
由(2.19)式,可知
又由文献[1]可知 |q_{n}| \leq 2, 则由 (2.20) 式,有
另一方面,若
则有
利用 (2.18) 式,(2.21) 式,(2.22) 式和 (2.23) 式,易知
若
\Re(p(z))<\rho_{2}=\min\left\{\frac{1+A}{1+B},\frac{1-C}{1-D}\right\},
则
|c_{n}|\leq 2\delta_{2}.
利用与 (i) 和 (ii) 类似的证明方法,我们易证下面的 (iii) 和 (iv).
(iii) 若 \rho_{1}<\Re(p(z))<\rho_{2},则
|c_{n}|\leq 2\min\{\delta_{1},\delta_{2}\}.
(iv) 若 \frac{1-A}{2}<\Re(p(z))~(B=-1) 和 \Re(2-p(z))<1+\frac{1-C}{2}~(D=1),则
|c_{n}|\leq 2\min\left\{\frac{1+A}{2},\frac{1-C}{2}\right\}.
综合 (i)-(iv),(2.1) 式得证.
引理 2.3 令 -1< B< A\leq 1 和 $-1
其中 S_{\alpha,\beta}(z) 定义如 (1.6) 式.
证 (i) 设 p(z)\in P(A,B;C,D) 且 AD\leq BC,则由 (2.11) 式和 (2.12) 式,我们有
\begin{eqnarray*}\label{eq:b31} \frac{1-A}{1-B}<\Re\{p(z)\}<\frac{1-C}{1-D}. \end{eqnarray*}
利用 (1.6) 式,易得
p(z)\prec p_{1}(z)=S_{\frac{1-A}{1-B},\frac{1-C}{1-D}}(z),\quad AD\leq BC.
类似于(i),我们易得
(ii) p(z)\prec p_{2}(z)=S_{\frac{1+C}{1+D},\frac{1+A}{1+B}}(z),\quad AD\geq BC,
(iii) p(z)\prec p_{3}(z)=S_{\frac{1-A}{1-B},\frac{1+A}{1+B}}(z),\quad A+C\leq B+D
(iv) p(z)\prec p_{4}(z)=S_{\frac{1+C}{1+D},\frac{1-C}{1-D}}(z),\quad A+C\geq B+D.
综上,引理2.3得证.
注 2.1 设 p_{k}(z)~(k=1,2,3,4) 由 (2.24) 式给出且满足 p_{k}(0)=1,则
(i) 函数 p_{1}(z) 具有如下形式
p_{1}(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}B_{n,1}z^{n},
(ii) 函数 p_{2}(z) 具有如下形式
p_{2}(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}B_{n,2}z^{n},
(iii) 函数 p_{3}(z) 具有如下形式
p_{3}(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}B_{n,3}z^{n},
(iv) 函数 p_{4}(z) 具有如下形式
p_{4}(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}B_{n,4}z^{n},
利用引理 2.3,我们易得
引理 2.4 令 -1< B< A\leq 1 和 $-1
其中 p_{k}(z)~(k=1,2,3,4) 由 (2.24) 式给出.
引理 2.5[13] 设函数 p(z) 由 (1.2) 式给出. 若 p(z)\in {\cal P},则对任意的复数 \gamma,有
|c_{2}-\gamma c_{1}^{2}|\leq 2\max\{1,| 2\gamma-1| \}.
若取函数
p(z)= \frac{1+z^{2}}{1-z^{2}},~~p(z)=\frac{1+z}{1-z}.
则上述结果是精确的.
定理 3.1 设 m \in {N_0},-1 \le B < A \le 1,-1 < C < D \le 1,函数 f(z) 由 (1.1) 式给出. 若 f(z)\in S_{m}(A,B;C,D),则
其中 \delta_{1},\delta_{2},\rho_{1} 和 \rho_{2} 分别由 (2.2)式 ,(2.3) 式, (2.4) 式和 (2.5) 式给出.
证 根据定义1.2 和从属的定义,我们易知
其中 h_{1}(z) 和 h_{2}(z) 分别由 (1.3) 式和 (1.4) 式给出.
应用 (3.2) 式和 (3.3) 式,我们有
\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}= p(z)~ (\exists ~p(z)\in P(A,B;C,D))
或等价于
比较 (3.4) 式两边关于 z^{n} 的系数,可得
由 (3.5) 式,可知
利用引理 2.2 和 (3.6) 式,我们得到
|2^{m}a_{2}|\leq\left\{ \begin{array}{ll} 2\delta_{1},& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)>\rho_{1}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ 2\delta_{2},& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ 2\min \{\delta_{1},\delta_{2}\},& \rho_{1}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ 2\min \bigg\{\frac{1+A}{2},\frac{1-C}{2}\bigg\},~& \frac{1-A}{2}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)~(B=-1), \\ & \Re\bigg(2-\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<1+\frac{1-C}{2}~(D=1), \end{array} \right. | 3^{m}a_{3}| \leq\left\{ \begin{array}{ll} \frac{\prod\limits^{1}_{k=0}(k+2 \delta_{1})}{2!} ,& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)>\rho_{1}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{1}_{k=0}(k+2 \delta_{2})}{2!},& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{1}_{k=0}(k+2 \min \{\delta_{1},\delta_{2}\})}{2!},& \rho_{1}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{1}_{k=0}(k+2\min \{\frac{1+A}{2},\frac{1+C}{2}\})}{2!},~& \frac{1-A}{2}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)~(B=-1), \\ & \Re\bigg(2-\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<1+\frac{1-C}{2}~(D=1), \end{array} \right.
| 4^{m}a_{4}|\leq\left\{ \begin{array}{ll} \frac{\prod\limits^{2}_{k=0}(k+2 \delta_{1})}{3!} ,& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)>\rho_{1}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{2}_{k=0}(k+2 \delta_{2})}{3!},& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{2}_{k=0}(k+2 \min \{\delta_{1},\delta_{2}\})}{3!},& \rho_{1}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{2}_{k=0}(k+2\min \{\frac{1+A}{2},\frac{1+C}{2}\})}{3!},~& \frac{1-A}{2}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)~(B=-1), \\ & \Re\bigg(2-\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<1+\frac{1-C}{2}~(D=1) \end{array} \right.
下面我们利用数学归纳法来证明. 当 n=2,3,4 时,结论显然成立. 假设 n=t 时, (3.7) 式成立. 我们来分类证明 (3.7) 式.
(i) 若 \Re(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)})>\rho_{1}, 则由 (3.6) 式,有
| t^{m}a_{t}| \leq\frac{2\delta_{1}}{t-1}\sum\limits_{k=2}^{t}(k-1)^m| a_{k-1}| \leq \frac{\prod\limits^{t-2}_{k=0}(k+2\delta_{1})}{(t-1)!}.
经简单计算,易得
\begin{eqnarray*} |(t+1)^{m}a_{t+1}|&\leq&\frac{2\delta_{1}}{(t+1)-1}\sum\limits_{k=2}^{t+1}(k-1)^m| a_{k-1}| \\ &=&\frac{2\delta_{1}}{t} \bigg(\sum\limits_{k=2}^{t}(k-1)^m| a_{k-1}| +t^m| a_{t}| \bigg)\\ &\leq&\frac{2\delta_{1}}{t} \bigg(1+\frac{2\delta_{1}}{t-1}\bigg)\sum\limits_{k=2}^{t}(k-1)^m| a_{k-1}| \\ &\leq& \frac{t-1+2\delta_{1}}{t}\frac{\prod\limits^{t-2}_{k=0}(k+2\delta_{1})}{(t-1)!} \\ &=&\frac{\prod\limits^{(t+1)-2}_{k=0}(k+2\delta_{1})}{((t+1)-1)!}, \end{eqnarray*}
即证 (3.7) 式成立.
类似于 (i) 的证明,易证
(ii)
| n^{m}a_{n}|\leq\left\{ \begin{array}{ll} \frac{\prod\limits^{n-2}_{k=0}(k+2 \delta_{2})}{(n-1)!},& \Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{n-2}_{k=0}(k+2 \min \{\delta_{1},\delta_{2}\})}{(n-1)!},& \rho_{1}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<\rho_{2}~(B\neq-1,D\neq 1),\\ \frac{\prod\limits^{n-2}_{k=0}(k+2\min \{\frac{1+A}{2},\frac{1+C}{2}\})}{(n-1)!},~& \frac{1-A}{2}<\Re\bigg(\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)~ (B=-1),\\ & \Re\bigg(2-\frac{D^{m+1}f(z)}{D^{m}f(z)}\bigg)<1+\frac{1-C}{2}~(D=1). \end{array} \right.
综上,定理 3.1 得证.
定理 3.2 设 m \in {N_0},-1 < B < A \le 1,-1 < C < D < 1, 函数 f(z) 由 (1.1) 式给出. 若 f(z)\in S_{m}(A,B;C,D),则
证 设函数 p(z) 定义如下
设函数 p_{k}(z)~(k=1,2,3,4) 在 {\mathbb U} 内单叶解析,p_{k}(0)=1,且具有如下形式
p_{k}(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}B_{n,k}z^{n}~(k=1,2,3,4),
其中 B_{n,1},B_{n,2},B_{n,3} 和 B_{n,4} 分别由 (2.25) 式, (2.26) 式,(2.27) 式和 (2.28) 式给出.
若取
p(z)=1+\sum\limits_{n=1}^{\infty}c_{n}z^{n},
则由引理2.2和 (3.10) 式,可知
又由 (3.9) 式,可知
D^{m+1}f(z)=p(z)D^{m}f(z).
比较上式两边关于 z^{n} 的系数,可得
经简单计算并结合 (3.11) 式,易得
| n^{m}a_{n}| \leq \frac{| c_{n-1}| +| c_{n-2}| | 2^{m}a_{2}| +\cdots+| c_{1}| | (n-1)^{m}a_{n-1}| }{n-1},
也即
| n^{m}a_{n}| \leq\left\{ \begin{array}{ll} \frac{|B_{1,1}|}{n-1}\sum\limits_{k=2}^{n}| (k-1)^{m}a_{k-1}| ,&AD\leq BC,\\ \frac{|B_{1,2}|}{n-1}\sum\limits_{k=2}^{n}| (k-1)^{m}a_{k-1}| ,&AD\geq BC,\\ \frac{|B_{1,3}|}{n-1}\sum\limits_{k=2}^{n}| (k-1)^{m}a_{k-1}| ,&A+C\leq B+D,\\ \frac{|B_{1,4}|}{n-1}\sum\limits_{k=2}^{n}| (k-1)^{m}a_{k-1}| ,~&A+C\geq B+D. \end{array} \right.
其中 n=2,3,\cdots,| a_{1}| =1; |B_{1,1}|,|B_{1,2}|,|B_{1,3}| 和 |B_{1,4}| 分别由 (3.12) 式,(3.13) 式,(3.14) 式和 (3.15) 式给出.
要证该定理成立,我们需证
成立.
以下用数学归纳法来证明. 由于
Y_{2}=\left\{ \begin{array}{ll} |B_{1,1}|,&AD\leq BC,\\ |B_{1,2}|,&AD\geq BC,\\ |B_{1,3}|,&A+C\leq B+D,\\ |B_{1,4}|,~&A+C\geq B+D. \end{array} \right.
当 n=2 时,结论显然成立. 假设 n=n_0 时结论成立,则经简单计算,易得
由 (3.18) 式,我们易得
即当 n=n_0+1 时,(3.17) 式也成立. 利用数学归纳法,我们得证
其中 |B_{1,1}|,|B_{1,2}|,|B_{1,3}| 和 |B_{1,4}| 分别由 (3.12) 式,(3.13) 式,(3.14) 式和 (3.15) 式给出. 定理3.2证毕.
定理 3.3 设 -1< B< A\leq 1,$-1
\gamma_{k}=\frac{1}{2}\left[1-\frac{B_{2,k}}{B_{1,k}}-\left(1-2(\frac{3}{4})^{m}\mu\right)B_{1,k}\right], B_{j,1}=\frac{\frac{1-C}{1-D}-\frac{1-A}{1-B}}{j\pi}{\rm i}\left(1-{\rm e}^{2j\pi{\rm i}(1-\frac{1-A}{1-B})/(\frac{1-C}{1-D}-\frac{1-A}{1-B})}\right)~(j=1,2),
B_{j,2}=\frac{\frac{1+A}{1+B}-\frac{1+C}{1+D}}{j\pi}{\rm i}\left(1-{\rm e}^{2j\pi{\rm i}(1-\frac{1+C}{1+D})/(\frac{1+A}{1+B}-\frac{1+C}{1+D})}\right)~(j=1,2),
B_{j,3}=\frac{\frac{1+A}{1+B}-\frac{1-A}{1-B}}{j\pi}{\rm i}\left(1-{\rm e}^{2j\pi{\rm i}(1-\frac{1-A}{1-B})/(\frac{1+A}{1+B}-\frac{1-A}{1-B})}\right)~(j=1,2),
B_{j,4}=\frac{\frac{1-C}{1-D}-\frac{1+C}{1+D}}{j\pi}{\rm i}\left(1-{\rm e}^{2j\pi{\rm i}(1-\frac{1+C}{1+D})/(\frac{1-C}{1-D}-\frac{1+C}{1+D})}\right)~(j=1,2),
且此结果是精确的.
证 若 f(z)\in S_{m}(A,B;C,D),则存在 {\mathbb U} 内的 Schwarz 函数 \omega(z),使得
这里 p_{k}(z)~(k=1,2,3,4) 由 (2.24) 式给出.
设函数 p(z) 定义如下
则由 (3.22) 式和 (3.23) 式,可知 p(z)\prec p_{k}(z). 又设
则 q(z) 在 {\mathbb U} 内解析且为正实部函数. 由 (3.24) 式,易得
再由 (3.25) 式,我们有
利用 (3.22) 式,(3.23) 式和 (3.25) 式,可得
p(z)=p_{k}\left(\frac{q(z)-1}{q(z)+1}\right).
另一方面,由 (3.26) 式,可知
接下来,利用 (1.18) 式和 (3.23) 式,我们有
综合 (3.27) 式,(3.28) 式和 (3.29) 式,可得
a_{2}=\frac{B_{1,k}q_{1}}{2\cdot2^{m}},
a_{3}=\frac{B_{1,k}q_{2}}{4\cdot3^{m}}+\frac{q_{1}^{2}}{8\cdot3^{m}}(B_{1,k}^{2}-(B_{1,k}-B_{2,k})),
a_{3}-\mu a_{2}^{2}= \frac{B_{1,k}}{4\cdot3^{m}}[q_{2}-\gamma_{k} q_{1}^{2}],
\gamma_{k}=\frac{1}{2}\left[1-\frac{B_{2,k}}{B_{1,k}}- \Big(1-\frac{2\cdot3^{m}}{(2^{m})^{2}}\mu\Big)B_{1,k}\right].
最后,应用引理2.5,我们得到
| a_{3}-\mu a_{2}^{2}| \leq \frac{B_{1,k}}{4\cdot3^{m}}| q_{2}-\gamma_{k} q_{1}^{2}| \leq\frac{B_{1,k}}{2\cdot3^{m}}\max\{1,| 2\gamma_{k}-1| \}.
f_{k}(z)=D^{-m}\left\{\int_{0}^{z}\left\{\exp\left(\int_{0}^{\eta}\frac{p_{k}(\xi)-1}{\xi} {\rm d}\xi\right)\right\}{\rm d}\eta\right\},
则上述结果是精确的,其中 p_{k}(z) 由 (2.24) 式给出. 定理3.3证毕.