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+c1z+c2z2+⋯∈P(A,B;C,D),则由定义1.1 和从属的定义可知
p(0)=h1(0),p(U)⊂h1(U)
p(0)=h2(0),p(U)⊂h2(U),
其中 h1(z) 和 h2(z) 分别由(1.3)式和(1.4)式给出. 因此,我们有
p(z)=h1(ω1(z))(ω1(0)=0,|ω1(z)|<1)
p(z)=h2(ω2(z))(ω2(0)=0,|ω2(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
|cn|≤2δ1.
(ii) 若
则由 (2.18) 式,我们有
由(2.19)式,可知
又由文献[1]可知 |qn|≤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
ℜ(p(z))<ρ2=min{1+A1+B,1−C1−D},
则
|cn|≤2δ2.
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 ρ1<ℜ(p(z))<ρ2,则
|cn|≤2min{δ1,δ2}.
(iv) 若 1−A2<ℜ(p(z)) (B=−1) 和 ℜ(2−p(z))<1+1−C2 (D=1),则
|cn|≤2min{1+A2,1−C2}.
综合 (i)-(iv),(2.1) 式得证.
引理 2.3 令 −1<B<A≤1 和 $-1
其中 Sα,β(z) 定义如 (1.6) 式.
证 (i) 设 p(z)∈P(A,B;C,D) 且 AD≤BC,则由 (2.11) 式和 (2.12) 式,我们有
1−A1−B<ℜ{p(z)}<1−C1−D.
利用 (1.6) 式,易得
p(z)≺p1(z)=S1−A1−B,1−C1−D(z),AD≤BC.
类似于(i),我们易得
(ii) p(z)≺p2(z)=S1+C1+D,1+A1+B(z),AD≥BC,
(iii) p(z)≺p3(z)=S1−A1−B,1+A1+B(z),A+C≤B+D
(iv) p(z)≺p4(z)=S1+C1+D,1−C1−D(z),A+C≥B+D.
综上,引理2.3得证.
注 2.1 设 pk(z) (k=1,2,3,4) 由 (2.24) 式给出且满足 pk(0)=1,则
(i) 函数 p1(z) 具有如下形式
p1(z)=1+∞∑n=1Bn,1zn,
(ii) 函数 p2(z) 具有如下形式
p2(z)=1+∞∑n=1Bn,2zn,
(iii) 函数 p3(z) 具有如下形式
p3(z)=1+∞∑n=1Bn,3zn,
(iv) 函数 p4(z) 具有如下形式
p4(z)=1+∞∑n=1Bn,4zn,
利用引理 2.3,我们易得
引理 2.4 令 −1<B<A≤1 和 $-1
其中 pk(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)∈P,则对任意的复数 γ,有
|c2−γc21|≤2max{1,|2γ−1|}.
若取函数
p(z)=1+z21−z2, p(z)=1+z1−z.
则上述结果是精确的.
定理 3.1 设 m∈N0,−1≤B<A≤1,−1<C<D≤1,函数 f(z) 由 (1.1) 式给出. 若 f(z)∈Sm(A,B;C,D),则
其中 δ1,δ2,ρ1 和 ρ2 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 h1(z) 和 h2(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
Dm+1f(z)Dmf(z)=p(z) (∃ p(z)∈P(A,B;C,D))
或等价于
比较 (3.4) 式两边关于 zn 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
|2ma2|≤{2δ1,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))>ρ1 (B≠−1,D≠1),2δ2,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),2min{δ1,δ2},ρ1<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),2min{1+A2,1−C2}, 1−A2<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z)) (B=−1),ℜ(2−Dm+1f(z)Dmf(z))<1+1−C2 (D=1), |3ma3|≤{1∏k=0(k+2δ1)2!,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))>ρ1 (B≠−1,D≠1),1∏k=0(k+2δ2)2!,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),1∏k=0(k+2min{δ1,δ2})2!,ρ1<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),1∏k=0(k+2min{1+A2,1+C2})2!, 1−A2<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z)) (B=−1),ℜ(2−Dm+1f(z)Dmf(z))<1+1−C2 (D=1),
|4ma4|≤{2∏k=0(k+2δ1)3!,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))>ρ1 (B≠−1,D≠1),2∏k=0(k+2δ2)3!,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),2∏k=0(k+2min{δ1,δ2})3!,ρ1<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),2∏k=0(k+2min{1+A2,1+C2})3!, 1−A2<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z)) (B=−1),ℜ(2−Dm+1f(z)Dmf(z))<1+1−C2 (D=1)
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 ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))>ρ1, 则由 (3.6) 式,有
|tmat|≤2δ1t−1t∑k=2(k−1)m|ak−1|≤t−2∏k=0(k+2δ1)(t−1)!.
经简单计算,易得
|(t+1)mat+1|≤2δ1(t+1)−1t+1∑k=2(k−1)m|ak−1|=2δ1t(t∑k=2(k−1)m|ak−1|+tm|at|)≤2δ1t(1+2δ1t−1)t∑k=2(k−1)m|ak−1|≤t−1+2δ1tt−2∏k=0(k+2δ1)(t−1)!=(t+1)−2∏k=0(k+2δ1)((t+1)−1)!,
即证 (3.7) 式成立.
类似于 (i) 的证明,易证
(ii)
|nman|≤{n−2∏k=0(k+2δ2)(n−1)!,ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),n−2∏k=0(k+2min{δ1,δ2})(n−1)!,ρ1<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z))<ρ2 (B≠−1,D≠1),n−2∏k=0(k+2min{1+A2,1+C2})(n−1)!, 1−A2<ℜ(Dm+1f(z)Dmf(z)) (B=−1),ℜ(2−Dm+1f(z)Dmf(z))<1+1−C2 (D=1).
综上,定理 3.1 得证.
定理 3.2 设 m∈N0,−1<B<A≤1,−1<C<D<1, 函数 f(z) 由 (1.1) 式给出. 若 f(z)∈Sm(A,B;C,D),则
证 设函数 p(z) 定义如下
设函数 pk(z) (k=1,2,3,4) 在 U 内单叶解析,pk(0)=1,且具有如下形式
pk(z)=1+∞∑n=1Bn,kzn (k=1,2,3,4),
其中 Bn,1,Bn,2,Bn,3 和 Bn,4 分别由 (2.25) 式, (2.26) 式,(2.27) 式和 (2.28) 式给出.
若取
p(z)=1+∞∑n=1cnzn,
则由引理2.2和 (3.10) 式,可知
又由 (3.9) 式,可知
Dm+1f(z)=p(z)Dmf(z).
比较上式两边关于 zn 的系数,可得
经简单计算并结合 (3.11) 式,易得
|nman|≤|cn−1|+|cn−2||2ma2|+⋯+|c1||(n−1)man−1|n−1,
也即
|nman|≤{|B1,1|n−1n∑k=2|(k−1)mak−1|,AD≤BC,|B1,2|n−1n∑k=2|(k−1)mak−1|,AD≥BC,|B1,3|n−1n∑k=2|(k−1)mak−1|,A+C≤B+D,|B1,4|n−1n∑k=2|(k−1)mak−1|, A+C≥B+D.
其中 n=2,3,⋯,|a1|=1; |B1,1|,|B1,2|,|B1,3| 和 |B1,4| 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
Y2={|B1,1|,AD≤BC,|B1,2|,AD≥BC,|B1,3|,A+C≤B+D,|B1,4|, A+C≥B+D.
当 n=2 时,结论显然成立. 假设 n=n0 时结论成立,则经简单计算,易得
由 (3.18) 式,我们易得
即当 n=n0+1 时,(3.17) 式也成立. 利用数学归纳法,我们得证
其中 |B1,1|,|B1,2|,|B1,3| 和 |B1,4| 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≤1,$-1
γk=12[1−B2,kB1,k−(1−2(34)mμ)B1,k], Bj,1=1−C1−D−1−A1−Bjπi(1−e2jπi(1−1−A1−B)/(1−C1−D−1−A1−B)) (j=1,2),
Bj,2=1+A1+B−1+C1+Djπi(1−e2jπi(1−1+C1+D)/(1+A1+B−1+C1+D)) (j=1,2),
Bj,3=1+A1+B−1−A1−Bjπi(1−e2jπi(1−1−A1−B)/(1+A1+B−1−A1−B)) (j=1,2),
Bj,4=1−C1−D−1+C1+Djπi(1−e2jπi(1−1+C1+D)/(1−C1−D−1+C1+D)) (j=1,2),
且此结果是精确的.
证 若 f(z)∈Sm(A,B;C,D),则存在 U 内的 Schwarz 函数 ω(z),使得
这里 pk(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)≺pk(z). 又设
则 q(z) 在 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)=pk(q(z)−1q(z)+1).
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
a2=B1,kq12⋅2m,
a3=B1,kq24⋅3m+q218⋅3m(B21,k−(B1,k−B2,k)),
a3−μa22=B1,k4⋅3m[q2−γkq21],
γk=12[1−B2,kB1,k−(1−2⋅3m(2m)2μ)B1,k].
最后,应用引理2.5,我们得到
|a3−μa22|≤B1,k4⋅3m|q2−γkq21|≤B1,k2⋅3mmax{1,|2γk−1|}.
fk(z)=D−m{∫z0{exp(∫η0pk(ξ)−1ξdξ)}dη},
则上述结果是精确的,其中 pk(z) 由 (2.24) 式给出. 定理3.3证毕.