设$f(z)$是平面上亚纯函数.用$n(t, f)$表示$f(z)$在$|z|\leq t$上的极点数, 重数按重数算.
记
若$\limsup\limits_{r\to +\infty} \frac{\log T(r, f)} {\log r}=\rho$, 则称$f(z)$为$\rho$级亚纯函数.当$\rho=+\infty$时, 称$f(z)$为无穷级亚纯函数; 当$\rho=+\infty$时, 称$f(z)$为有限级亚纯函数.
用$T(r)\ll U(r)$表示函数$T(r) \leq U(r)$且存在序列$r_n(\to+\infty(n\to+\infty)) $使$T(r_n)= U(r_n)$.这时称$U(r)$为$T(r)$的型函数.
1935年, 熊庆来[1]首先引进了无穷级亚纯函数的型函数, 并得到了无穷级亚纯函数存在$\rho(r)$级Borel方向.李国平[2, p209], 庄圻泰[3, p171]用熊庆来的型函数研究了涉及小函数的Borel方向.参照文献[4]单位圆内无穷级代数体函数的结果, 我们认为熊庆来、李国平、庄圻泰的结果可进一步改进.
1959年, Hayman[5]得到了用亚纯函数的零点与其某阶导数的1值点的幂指量限制它的特征函数的著名不等式(称为Hayman不等式). 1982年, 杨乐[6]首先证明了存在相应于Hayman不等式的奇异方向(这样的奇异方向称为Hayman方向).之后, 一些文献继续研究Hayman方向, 如顾永兴、龚向宏[7]得到了有限正级亚纯函数存在涉及小函数的Hayman方向; 张庆彩[8]用熊庆来的型函数研究了无穷级亚纯函数涉及重值的Hayman方向; Rossi、Fenton[9]继续研究零级亚纯函数Hayman方向的存在性.同样, 参照文献[4]单位圆内无穷级代数体函数的结果, 无穷级亚纯函数Hayman方向的结果有待进一步改进.再者, 涉及小函数的无穷级亚纯函数Hayman方向也未见研究.
最近, 郑建华[10]证明了非零级且下级有限与下级无穷两类亚纯函数存在一条涉及小函数为$o(T(r, f))$的T方向. Zheng、Wu[11]研究了Hayman-T方向的存在性. Wu、Zheng[12]证明了单位圆内涉及小函数的T点与Hayman-T点的存在性.那么涉及小函数的Hayman-T方向与无穷级亚纯函数涉及小函数的T方向值得研究.
已有平面上有限级亚纯函数涉及小函数的T方向与精确级奇异方向的研究方法与结果不能用于研究无穷级亚纯函数涉及小函数的T方向与精确级奇异方向.
通过建立无穷级亚纯函数涉及小函数的角域内的基本不等式, 我们得到了无穷级亚纯函数存在涉及小函数的精确级Borel方向与Hayman方向, 同时也证明了无穷级亚纯函数存在涉及小函数的T方向与Hayman-T方向.
用$n(r, \theta, \delta, f=a)$表示$f(z)-a$在$\{z:|\arg z-\theta|<\delta, |z|\leq r\}$上的零点数, 重数按重数算.相似于$N(r, f)$, 我们可用$n(r, \theta, \delta, f=a)$写出计数函数$N(r, \theta, \delta, f=a)$.
我们的结果如下:
定理1.1 设$f(z)$是平面上无穷级亚纯函数, 则$f(z)$存在涉及小函数的精确级Borel方向, 即有方向$\arg z=\theta_0(0\leq\theta_0<2\pi)$, 对任意$\delta(>0)$有
至多有$2$个例外的$g(z)$, 其中$g(z)\in {\cal G}$, ${\cal G}=$ $\{g(z): T(r, g)=o(U(r))(r \rightarrow+\infty)\}$, $U(r)$是$T(r, f)$的型函数.
注 从收敛指数与小函数的范围, 定理1.1改进了文献[1-3]的结果.
定理1.2 设$f(z)$是平面上无穷级亚纯函数, 则$f(z)$存在涉及小函数的T方向, 即有方向$\arg z=\theta_0(0\leq\theta_0<2\pi)$, 对任意$\delta(>0)$有
至多有$2$个例外的$g(z)$, 其中$g(z)\in {\cal G}$, ${\cal G}=$ $\{g(z): T(r, g)=o(U(r))(r\to+\infty)\}$, $U(r)$是$T(r, f)$的型函数.
注 若把亚纯函数涉及小函数的T方向的研究分为有限级与无穷级便可得理想结果.
定理1.3 设$f(z)$是平面上无穷级亚纯函数, 则$f(z)$存在涉及小函数的精确级Hayman方向, 即有方向$\arg z=\theta_0(0\leq\theta_0<2\pi)$, 对任意$\delta(>0)$, 正整数$k$与任意有限级亚纯函数$a(z)$, $b(z)$, 当$b(z)-a^{(k)}(z)$不为常数零时有
其中$U(r)=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}}$是$T(r, f)$的型函数.
定理1.4 设$f(z)$是平面上无穷级亚纯函数, 则$f(z)$存在涉及小函数的Hayman-T方向, 即有方向$\arg z=\theta_0(0\leq\theta_0<2\pi)$, 对任意$\delta(>0)$, 正整数$k$与任意有限级亚纯函数$a(z)$, $b(z)$, 当$b(z)-a^{(k)}(z)$不为常数零时有
注1 定理1.3与定理1.4的小函数范围是否可取为${\cal G}= \{g(z): T(r, g)=o(U(r))$ $(r\to+\infty)$, $U(r)$是$T(r, f)$的型函数$\}$有待进一步研究.
注2 有限级亚纯函数涉及小函数的Hayman-T方向的存在性仍是一个须研究的问题.
用$\Omega(\alpha, \beta)$表示角域$\{z: \alpha\leq\arg z\leq\beta, 0<\beta-\alpha\leq 2\pi\}$.用$n(r, \alpha, \beta, f)$表示$f(z)$在$\Omega(\alpha, \beta)\cap\{|z|\leq r\}$上的极点数, 重数按重数算.用$n(r, \alpha, \beta, f=a)$表示$f(z)-a$在$\Omega(\alpha, \beta)\cap\{|z|\leq r\}$上的零点数.相似于$N(r, f)$, 我们可用$n(r, \alpha, \beta, f)$与$n(r, \alpha, \beta, f=a)$写出计数函数$N(r, \alpha, \beta, f)$与$N(r, \alpha, \beta, f=a)$.记
因Nevanlinna特征$T(r, f)$与Ahlfors-Shimizu特征$T_{0}(r, f)$仅相差一个有界量[13], 在本文$T(r, f)$与$T_{0}(r, f)$可交换使用.
设$f(z)$是角域$\Omega(\alpha, \beta)$内的亚纯函数.我们还需下面角域Nevanlinna特征[10, 14]:
其中$\omega=\frac{\pi}{\beta-\alpha}$, $b_{n}=|b_{n}|{\rm e}^{{\rm i}\theta_{n}}$是函数$f(z)$在角域$\Omega(\alpha, \beta)$内的极点, 重极点按重数算; 在$C_{\alpha, \beta}(r, f)$的表示式中, 若$f(z)$的极点仅计一次, 我们用记号$\overline{C}_{\alpha, \beta}(r, f)$.记
那么由文献[10, 14]有
引理2.1[10, 14] 设$f(z)$是平面上亚纯函数.对任一复数$a\in {\Bbb C}$有
对任意$q(\geq 3)$个判别复数$a_{i}\in \mathbb{C}$ $(i=1, 2, \cdots, q-1), a_{q}=\infty$有
其中
则
引理2.2[10] 设$f(z)$是平面上亚纯函数, 则
对任意小$\delta(>0)$有
引理2.3[10, 14] 设$f(z)$是平面上亚纯函数, 记
则对任意$0<r<R$有
其中$\omega=\frac{\pi}{\beta-\alpha}$, $K$是与$r$, $R$无关的常数.
引理2.4[15] 设$f(z)$是$z$平面上亚纯函数, 若$f(0)\neq 0, \infty$, 则对任意$0<r<R$有
其中$k$为正整数, $c_{k}$为仅依于$k$的常数.
下面我们引用无穷级亚纯函数特征函数型函数的孙道椿[16]结果, 它比熊庆来[1]无穷级更精确.
引理2.5[16] 设$T(r)$在$[a, +\infty)$上连续, 且$\limsup\limits_{r\to +\infty}\frac{\log T(r)} {\log r}=+\infty$.则存在连续可微函数$U(r)=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}}$使:
(1)$\rho(r)$单调下降趋于零, $\rho' (r)$单调上升, $\lim\limits_{r\to +\infty}r\rho' (r)\log r\log\log r=0$;
(2)对充分大$r$, 有$T(r)\ll U(r)=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}}$;
(3)$U(r+\frac{r\log r}{\log U(r)\log^2\log U(r)})<(1+o(1))U(r)$.
引理2.6 设$f(z)$, $g_{i}(z)\ (i=1, 2, 3)$是平面上亚纯函数, $g_{i}(z)\ (i=1, 2, 3)$相互判别, 若$\limsup\limits_{r\to +\infty}\frac{\log T(r, f)}{\log r}=+\infty$, $T(r, g_{i})=o(U(r))\ (r\to+\infty)\ (i=1, 2, 3)$, 则对任意小$\delta(>0)$有
其中$C$, $C_{1}$是仅与$\omega$, $\delta$有关的常数, $U(r)$是$T(r, f)$的型函数, $\omega=\frac{\pi}{\beta-\alpha}$.
证 设
那么
由(2.1), (2.6)式与引理2.1的(2.2), (2.3)式得
用(2.4), (2.7)式与引理2.2得
其中$c=\omega\sin(\omega\delta)$.所以
其中$C$, $C_{1}$是仅与$\omega$, $\delta$有关的常数.下面估计$r^{\omega} R_{\alpha, \beta}(r, w)$与$r^{\omega}\cdot\int_{1}^{r} \frac{T_{0}(t, \alpha, \beta, g_i)}{t^{\omega+1}}{\rm d}t$.由(2.5)式知
设
用(2.9)式, 引理2.3, 引理2.4与引理2.5得
由引理2.5(注意: $\rho'(r)<0$)得
用(2.11)式与L'Hospital法则得
由(2.8), (2.10)与(2.12)式, 知本引理正确.
文献[12, 定理4.1]研究了单位圆内角域内的Hayman不等式, 下面我们给出平面上角域内的Hayman不等式, 其证明方法上属于文献[7, 12], 为了方便阅读, 我们给出详细证明.
引理2.7 设$f(z)$, $\varphi(z)$是平面上非常数的亚纯函数, 若$h(z)=\frac{f^{(k)}(z)}{\varphi(z)}$, $g(z)=\frac{\varphi^{2}(h-1)^{k+2}}{(h')^{k+1}}$不为常数, 则
证 用$\frac{1}{f}=\frac{h}{f}-\frac{h-1}{h'}\cdot\frac{h'}{f}$, (2.1)式与(2.2)式得
其中$C_{\alpha, \beta}^{0}(r, \frac{1}{h'})$仅算$h'$在$\Omega_{\alpha, \beta}$内的零点, 而不算$h-1$的零点.那么由(2.13)式, 引理2.1与$\overline{C}_{\alpha, \beta}(r, h)\leq \overline{C}_{\alpha, \beta}(r, f)+C_{\alpha, \beta}(r, \frac{1}{\varphi}) $得
若用$\overline{C}_{\alpha, \beta}^{(2}(r, f)$表示$f(z)$的多重极点仅算一次, 由(2.14)式得
若$z_{0}$是$f(z)$的单极点, 且$\varphi(z_{0})\neq 0, \infty$, 由文献[7]知
用引理2.1得
其中$C_{\alpha, \beta}^{1}(r, \frac{1}{g'})$表示仅算$g'(z)$的零点, 而不算$g(z)$的零点.用$C_{\alpha, \beta}^{1)}(r, f)$表示仅算$f(z)$的单极点, 那么由(2.16), (2.17)式得
这样, 由(2.15), (2.18)式得
引理2.8 设$f(z)$是平面上无穷级亚纯函数, $a(z)$, $b(z)$是平面上有限级亚纯函数, $b(z)-a^{(k)}(z)$不为常数零, 则对任意小$\delta(>0)$有
其中$U(r)=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}}$是$T(r, f)$的型函数, $C$, $C_{1}$是仅与$\omega$, $\delta$有关的常数.
证 记$w(z)=f(z)-a(z)$, $\varphi(z)=b(z)-a^{(k)}(z)$, $h(z)=\frac{w^{(k)}(z)}{\varphi(z)}$, $g(z)=\frac{\varphi^{2}(h-1)^{k+2}}{(h')^{k+1}}$.因$w^{(k)}(z)$与$w(z)$有相同的增长级, 所以$h(z)$不为常数, 且增长级为无穷.又若$g(z)$为常数, 那么$\frac{1}{h(z)-1}=c\cdot (\int(\varphi(z))^{\frac{2}{k+1}}{\rm d}z)^{k+1}$与$h(z)$的增长级为无穷矛盾.由引理2.7与(2.1)式得
由(2.20)式, 引理2.1与引理2.2得
所以
其中$C$, $C_{i}(i=1, 2)$是仅与$\omega$, $\delta$有关的常数.又因
所以, 通过分别估计$r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{w^{(k)}}{w})$, $r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{1}{\varphi})$, $r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{\varphi'}{\varphi})$, $r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{h'}{h-1})$就可估计$r^{\omega}\cdot Q_{\alpha, \beta}(r, w)$.下面估计$r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{w^{(k)}}{w})$, $r^{\omega} D_{\alpha, \beta}(r, \frac{h'}{h-1})$, 其它相同.用引理2.3, 引理2.4, 引理2.5并取$R=r+\frac{r\log r}{\log U(r)\log^2\log U(r)}$得
由(2.21), (2.22)与(2.23)式, 知本引理正确.
注 引理2.8可认为是角域内用Ahlfors-Shimizu特征表示的Hayman不等式, 当$f(z)$是有限级时, 是否可建立角域内类似的Hayman不等式是一个困难问题.
定理1.1的证明 由$T(r, f)\ll U(r)$知, 存在方向$\arg z=\theta_0$, 对任意$\delta(>0)$有
下证对亚纯函数$g(z)\in{\cal G}$与任意$\varepsilon(>\delta)$必有
至多有$2$个例外的$g(z)$.否则, 若有$g_{i}(z)(i=1, 2, 3)$使
记$ m(r)=\frac{U(r)}{r^{\omega}}=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}-\omega}$.用(2.11)式, 仿(2.12)式的证明得$r\to +\infty$时
用(3.3)式与引理2.6得$r\to +\infty$时
这与(3.1)式矛盾.故(3.2)式得证.又由引理2.5 (注意: $\rho'(r)<0$)得
由(3.2)式可知定理1.1正确.否则, 若
即对任意小$\sigma(>0)$, 存在$r_{0}$, 当$r>r_{0}$时有
用(3.4), (3.5)式得
因$\sigma(>0)$任意小, 这与(3.2)式矛盾.定理1.1证毕.
定理1.2的证明 由$T(r, f)\ll U(r)$与(3.2)式知本定理正确.
定理1.3的证明 为了完成本定理证明, 下证(3.1)式中的方向$\arg z=\theta_0$具有本定理性质.即对正数$\varepsilon(>\delta)$, 对任意正整数$k$与任意有限级亚纯函数$a(z)$, $b(z)$, 当$b(z)-a^{(k)}(z)$不为常数零时有
否则, 若有$a(z)$, $b(z)$使
记$m(r)=\frac{U(r)}{r^{\omega}}=r^{{\rm e}^{\frac{1}{\rho(r)}}-\omega}$, 仿(2.12)式的证明得$r\to+\infty$时
用(3.7)式与引理2.8得$r\to +\infty$时
这与(3.1)式矛盾.故(3.6)式正确.用(3.4), (3.6)式仿定理1.1后面的证明知本定理正确.
定理1.4的证明 由$T(r, f)\ll U(r)$与(3.6)式知本定理正确.