数学物理学报, 2021, 41(1): 46-62 doi:

论文

Heisenberg群上与Schrödinger算子相关的Riesz变换在Hardy空间上的有界性

陈萱,

Boundness of Riesz Transforms on Hardy Spaces Associated with Schrödinger Operators on the Heisenberg Group

Chen Xuan,

收稿日期: 2019-08-28  

基金资助: 国家自然科学基金.  11871293
国家自然科学基金.  11571217
山东自然科学基金.  ZR2017JL008
山东自然科学基金.  ZR2016AM05
山东省高校科技项目.  J15LI15

Received: 2019-08-28  

Fund supported: Supported by the NSFC.  11871293
Supported by the NSFC.  11571217
the Shandong Natural Science Foundation.  ZR2017JL008
the Shandong Natural Science Foundation.  ZR2016AM05
the University Science and Technology Projects of Shandong Province.  J15LI15

作者简介 About authors

陈萱,E-mail:cxlyuqdu@163.com , E-mail:cxlyuqdu@163.com

Abstract

Let $L=-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V $ be a Schrödinger operator on the Heisenberg group ${\Bbb H}^{n} $, where $V $ is a nonnegative potential belonging to the reverse Hölder class. By the molecular decomposition of the Hardy space $ H_{L}^{p}({\Bbb H}^{n})$, we obtain the $ H^p_L$-boundedness of the Riesz transform associated with $L $.

Keywords: Hardy spaces ; Heisenberg group ; Riesz transform ; Schrö dinger operators

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本文引用格式

陈萱. Heisenberg群上与Schrödinger算子相关的Riesz变换在Hardy空间上的有界性. 数学物理学报[J], 2021, 41(1): 46-62 doi:

Chen Xuan. Boundness of Riesz Transforms on Hardy Spaces Associated with Schrödinger Operators on the Heisenberg Group. Acta Mathematica Scientia[J], 2021, 41(1): 46-62 doi:

1 引言

$ L = -\Delta_{{\Bbb H}^n}+V $是Heisenberg群$ {{\Bbb H}^n} $上Schrödinger算子, 其中非负位势$ V $属于逆Hölder类$ B_q $ ($ q\geq Q/2 $, $ Q>3 $), $ \Delta_{{\Bbb H}^n} $$ {{\Bbb H}^{n}} $上次Laplace算子.

一些与$ L $有关的奇异积分算子已被许多学者研究过.在欧氏空间中, Fefferman[2]和Zhong[11]建立了一些满足逆Hölder不等式的Schrödinger算子的基本结果. Dong, Huang和Liu[1]给出了$ H^p_L({{\Bbb R}} ^{n}) $的分子刻画, 并证明了算子$ {(-\Delta+V)^{{i}\gamma}} $$ {\nabla}(-\Delta+V)^{-1/2} $$ H_L^p({{\Bbb R}} ^{n}) $上有界. Wang和Li[10]研究了与广义Schrödinger算子有关的Riesz变换在$ H_L^1({{\Bbb R}} ^{n}) $上的有界性.在Heisenberg群上, Liu和Tang[7]证明了算子$ V(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V)^{-1} $$ V^{1/2}{(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V)^{-1/2}} $$ H^p_L({\Bbb H}^{n}) $$ L^{p}({\Bbb H}^n) $上有界. Lin, Liu和Liu[6]利用$ H^1_L({\Bbb H}^{n}) $上的原子分解证明了$ H^1_L({\Bbb H}^{n}) $可以用与$ L $相关的Riesz变换来刻画.

本文的目的是将文献[1]中的相关结果推广到Heisenberg群上, 通过$ H^p_L({\Bbb H}^{n}) $的分子刻画, 研究与$ L $相关的Riesz变换的$ H_{L}^{p} $ -有界性.与文献[1]不同的是, 文献[1]中所用到的一些欧氏空间上与$ L $相关的热半群的核函数估计已被Shen在文献[9]中证明过, 为了证明本文的主要结果, 我们需要将文献[9]中关于Riesz变换的核函数的相关估计推广到Heisenberg群的情形, 并利用得到的核函数估计, 建立Hardy型空间$ H_{L}^{p}({\Bbb H}^{n}) $的分子刻画以及算子在该函数空间上的有界性.

下面, 我们首先叙述Heisenberg群的一些基本知识(参见文献[6]). $ (2n+1) $ -维Heisenberg群$ {\Bbb H}^{n} $是具有底流形$ {{\Bbb R}} ^{2n}\times{{\Bbb R}} $的Lie群, 其乘法定义为

向量场

构成其Lie代数的一组基.所有非平凡交换子表示为$ [X_{j}, X_{n+j}] = -4X_{2n+1}, \ j = 1, \cdots, n $.次Laplace算子$ \Delta_{{\Bbb H}^{n}} $定义为$ \Delta_{{\Bbb H}^{n}} = \sum\limits_{j = 1}^{2n}{X_{j}}^{2} $, 梯度$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}} $定义为$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}} = (X_{1}, \cdots, X_{2n}) $. $ {\Bbb H}^{n} $上的伸缩变换为$ \delta_{r}(x, t) = (rx, r^{2}t) $, $ r>0 $.

Heisenberg群$ {\Bbb H}^{n} $上的Haar测度等同于$ {{\Bbb R}} ^{2n}\times{{\Bbb R}} $上的Lebesgue测度.任意可测集$ E $的测度系为$ |E| $. $ {\Bbb H}^{n} $上齐次范数定义为$ |g| = (|x|^{4}+|t|^{2})^{1/4} $, $ g = (x, t)\in{\Bbb H}^{n} $.该范数满足三角不等式且导出左不变距离$ d(g, h) = |g^{-1}h| $. $ {\Bbb H}^{n} $中以$ g $为球心, $ r $为半径的球定义为$ B(g, r) = \{h\in{\Bbb H}^{n}:|g^{-1}h|<r\} $.存在一个正常数$ \alpha_{1} $, 使得$ |B(g, r)| = \alpha_{1}r^{Q} $, 其中

$ L = -\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V $$ {\Bbb H}^{n} $上Schrödinger算子, 其中非负位势$ V\not\equiv0 $属于逆Hölder类$ B_{q} $, $ q\geq{Q}/{2} $.即存在$ C>0 $, 对$ {\Bbb H}^{n} $上任意球$ B $, 下述逆Hölder不等式成立

显然, 若$ V\in B_{q} $, 存在$ \varepsilon>0 $, $ V\in B_{q+\varepsilon} $.$ {q_{1}}>{q_{2}} $, 则$ {B_{{q}_{1}}}\subset {B_{{q}_{2}}} $.

假设$ V\in B_{{q}_{0}} $, $ q_{0}>Q/2 $.$ q_{0}>Q $时, 令$ \delta = $min$ \{1, 2-Q/q_{0}\} $.$ H_{s}(\cdot) $为热半群$ \{T_{s}\}_{s>0} = \{e^{-s(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}})}\}_{s>0} $的卷积核, $ \{T_s^L\}_{s>0} = \{e^{-sL}\}_{s>0} $是与算子$ L $相关的热半群, 其积分核记为$ {K_s^L}(\cdot, \cdot) $.由Trotter积公式(参见文献[3])可知, $ 0\leq{K_s^L}(\cdot, \cdot)\leq H_{s}(h^{-1}g) $.

如下辅助函数在本文中起到重要的作用

$ \begin{equation} \rho(g, V) = \rho(g) = \frac{1}{m(g, V)} = \sup\limits_{r>0} \Big\{r:\ \frac{1}{r^{Q-2}}\int_{B(g.r)}V(h){\rm d}h\leq1 \Big\}\nonumber. \end{equation} $

$ \{T_s^L\}_{s>0} $相关的极大函数定义为$ M^{L}f(g) = $$ \sup\limits_{s>0}|{T_s^L}f(g)| $.$ f $$ {\Bbb H}^{n} $上的局部可积函数, $ B = B(g, r) $是球心为$ g $半径为$ r $的球.令$ {f_B} = \frac{1}{|B|}\int_{B}f(h){\rm d}h $, 有

$ Q/(Q+\delta)<p<1 $, $ 1\leq q'\leq\infty $.一个局部可积函数$ f $属于Campanato型空间$ \Lambda^L_{1/p-1, q'}({\Bbb H}^{n}) $, 若

类似于$ {{\Bbb R}} ^{n} $中的情况, 在等价范数意义下, 所有$ \Lambda^L_{1/p-1, q'}({\Bbb H}^{n}) $空间等价范数是一致的, 而且是$ {H_L^p}({\Bbb H}^{n}) $的对偶空间(参见文献[7, p34]), 简记为$ \Lambda^L_{1/p-1}({\Bbb H}^{n}) $.根据文献[7], 对任意$ t>0 $, $ \sup\limits_{h\in{\Bbb H}^{n}}\|{H^L_t}(\cdot, h)\|_{\Lambda^L_{1/p-1}({\Bbb H}^{n})}<Ct^{-Q/2p} $, 对于$ f\in(\Lambda^L_{1/p-1}({\Bbb H}^{n}))^{\ast} $, 极大函数$ M^{L}f $是良定的. $ {\Bbb H}^{n} $上与$ L $相关的Hardy型空间定义为

(ⅰ) $ {H_L^p}({\Bbb H}^{n}) = \Big\{f\in(\Lambda^L_{1/p-1}({\Bbb H}^{n}))^{\ast}:\ M^{L}f\in L^{p}({\Bbb H}^{n})\Big\} $, $ Q/(Q+\delta)<p<1 $.其范数定义为$ \|f\|^p_{{H_L^p}({\Bbb H}^{n})} = \|M^{L}f\|^p_{L^{p}({\Bbb H}^{n})} $;

(ⅱ) $ {H_L^1}({\Bbb H}^{n}) $ = $ \Big\{f\in{L^{1}({\Bbb H}^{n})}:\ M^{L}f\in{L^{1}({\Bbb H}^{n})}\Big\} $.其范数定义为$ \|f\|_{H^1_L({\Bbb H}^{n})} = \|M^{L}f\|_{L^{1}({\Bbb H}^{n})} $.

与经典的Hardy空间类似, 与$ L $相关的Hardy空间具有原子刻画, 原子的定义如下.

定义1.1  令$ Q/(Q+\delta)<p\leq1\leq q\leq\infty $$ p\neq q $.一个函数$ a $被称为一个与球$ B(g_{0}, r) $有关的$ H_L^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子, 如果$ a $满足以下几个条件

(ⅰ) supp$ a \subset B(g_{0}, r) $;

(ⅱ) $ \|a\|_{{L^{q}}({\Bbb H}^{n})}\leq|B(g_{0}, r)|^{1/q-1/p} $;

(ⅲ)若$ r<\rho(g_{0}) $, 则$ \int a(g)dg = 0 $.

通过文献[7, 命题1], 我们可以得到下列$ H^{p}_{L}({\mathbb H}^{n}) $的原子刻画.此处省略证明.

命题1.1  令$ Q/(Q+\delta)<p\leq1\leq q\leq\infty $, $ p\neq q $, $ \delta = \min\Big\{1, 2-Q/q_{0}\Big\} $, 则$ f\in{H_L^p}({\Bbb H}^{n}) $当且仅当$ f $可以表示为$ f = \sum_{j}\lambda_{j}a_{j} $, 其中$ a_{j} $$ H_L^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子和$ \sum_{j}|\lambda_{j}|^{p}<\infty $, 和式$ \sum_{j} $$ {H_L^p}({\Bbb H}^{n}) $范数收敛.此外, $ \|f\|_{H_L^p}\sim\|f\|_{H_L^{p, q}} = \inf\Big\{\Big({\sum\limits_j}|\lambda_{j}|^{p}\Big)^{1/p}\Big\} $, 其中下确界取遍所有原子分解$ f = \sum_{j}\lambda_{j}a_{j} $, 其中$ a_{j} $$ H_L^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子, $ \lambda_{j} $是标量.

2 基础知识

2.1 辅助函数

在本节中, 我们叙述一些关于辅助函数的已知结果.假设非负位势$ V\in B_{q_{0}} $, $ q_{0}>Q/2 $.对于下面的引理2.1–2.5, 参见文献[5, 8].

引理2.1  测度$ V(h){\rm d}h $满足双倍条件, 即存在$ C>0 $, 使得

对所有球$ B(g, r) $$ {\Bbb H}^{n} $上成立.

引理2.2  存在$ C>0 $, 使得

引理2.3  若$ r = \rho(g) $, 则

此外, $ \frac{1}{r^{Q-2}}\int_{B(g, r)}{V(h)}{\rm d}h\sim1 $当且仅当$ r\sim\rho(g) $.

引理2.4  存在$ l_{0}>0 $, 使得

特别地, 若$ |h^{-1}g|<C\rho(g) $, 则$ \rho(h)\sim\rho(g) $.

引理2.5  存在$ l_{1}>0 $, 使得

引理2.6  对于$ 0\leq\sigma\leq\delta $, $ \delta = \min \{1, 2-Q/q_{0} \} $, 有

  由Hölder不等式和$ B_{q_{0}+\varepsilon} $条件, 我们得到

特别地, 当$ q_{0}>Q $时, $ \delta = 1 $, 可以取$ \sigma = 1 $, 引理仍然成立, 即

引理2.6证毕.

2.2 核的估计

本节中, 我们分别估计算子$ -\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+{\rm i}\lambda $$ L+{\rm i}\lambda $的基本解, 其中$ \lambda\in{{\Bbb R}} $.此外, 我们还分别得到了$ L^{i\gamma} $$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}L^{-1/2} $的核的估计.

引理2.7(参见文献[6, (3) & (4)式])  令$ \Gamma(g, h, \lambda) $表示$ -\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+{\rm i}\lambda $的基本解, 其中$ \lambda\in{{\Bbb R}} $.对任意的$ N>0 $, 存在$ C_{N}>0 $, 使得

$ \begin{equation} |\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\Gamma(g, h, \lambda)|\leq\frac{C_{N}}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}}\cdot\frac{1}{|h^{-1}g|^{Q-1}}. \end{equation} $

$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g} $表示变量$ g $的梯度.将$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g} $换成$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, h} $, 估计(2.1)仍然成立.

引理2.8(参见文献[8, 定理4.8])  令$ \Gamma^{L}(g, h, \lambda) $表示算子$ L+i\lambda $, $ \lambda\in{{\Bbb R}} $, 的基本解.对任意$ N>0 $, 存在$ C_{N}>0 $, 使得

引理2.9 (参见文献[6, 引理6])  对任意的$ N>0 $, 存在$ C_{N}>0 $, 若$ |h^{-1}g|\leq\rho(h) $, 则有

引理2.10  对任意的$ N>0 $, 存在$ C_{N}>0 $, 如果$ |h^{-1}g|\leq\rho(h) $, 那么

  令$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\widetilde{\Gamma}(g, h.\lambda) = \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\Gamma^{L}(g, h, \lambda)-\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\Gamma(g, h, \lambda) $.由泛函演算可知

$ |h^{-1}g|\leq\rho(h) $, 通过引理2.7和引理2.8, 我们得到

其中

注意到$ \rho(g)\sim\rho(h) $.$ |\omega^{-1}g|<|h^{-1}g|/2 $, 则$ |h^{-1}\omega|\sim|h^{-1}g| $.由引理2.2、引理2.5和引理2.6, 可得

类似地, 有

对于$ I_{3} $, 有

利用Hölder不等式和$ B_{q_{0}} $条件, 我们得到

$ N $足够大, 应用引理2.5, 可以推出

因此, 可得

引理2.10得证.

$ K_{\gamma}^{L}(g, h) $, $ K_{\gamma}(g, h) $, $ R^{L}(g, h) $$ R(g, h) $分别表示$ L^{i\gamma} $, $ (-\Delta_{{\Bbb H}^{n}})^{i\gamma} $, $ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}L^{-1/2} $$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}})^{-1/2} $的核.设$ \widetilde{K}_{\gamma}(g, h) = K_{\gamma}^{L}(g, h)-K_{\gamma}(g, h) $$ \widetilde{R}(g, h) = R^{L}(g, h)-R(g, h) $.

引理2.11 (参见文献[4, 引理5], [6, (13)式])  对于$ Q/2<q_{0}<Q $, 有

引理2.12   (ⅰ)当$ q_{0}>Q/2 $时, 对于$ |\xi|\leq|h^{-1}g|/2 $, 有

(ⅱ)当$ q_{0}>Q $时, 对于$ |\xi|\leq|h^{-1}g|/2 $, 有

  通过泛函演算可知

$ \begin{equation} \left\{\begin{array}{ll} { } (-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V)^{i\gamma}f(g) = \int_{{\Bbb H}^{n}}K_{\gamma}^{L}(g, h)f(h){\rm d}h;\nonumber\\ { } \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}+V)^{-1/2}f(g) = \int_{{\Bbb H}^{n}}R^{L}(g, h)f(h){\rm d}h;\nonumber\\ { } (-\Delta_{{\Bbb H}^{n}})^{i\gamma}f(g) = \int_{{\Bbb H}^{n}}K_{\gamma}(g, h)f(h){\rm d}h;\nonumber\\ { }\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}(-\Delta_{{\Bbb H}^{n}})^{-1/2}f(g) = \int_{{\Bbb H}^{n}}R(g, h)f(h){\rm d}h, \nonumber \end{array}\right. \end{equation} $

其中

我们可以得到

$ q_{0}>Q $, 则

$ \begin{equation} |R^{L}(g, h)|\leq\frac{C_{N}}{(1+|h^{-1}g|\rho(h)^{-1})^{N}}\cdot\frac{1}{|h^{-1}g|^{Q}} \end{equation} $

$ \begin{equation} |\widetilde{R}(g, h)|\leq\frac{C_{N}}{|h^{-1}g|^{Q-\delta}\rho(h)^{\delta}}. \end{equation} $

从而有

通过Morrey的嵌入定理, 对于$ 1/t = 1/q_{0}-1/Q $, 可以推出

$ R = |h^{-1}g|/4 $.对于$ |u^{-1}h|\leq2R $, 易知$ |g^{-1}u|\geq c|h^{-1}g| $, 有

可得

$ \begin{eqnarray} &&|\Gamma^{L}(g, h\xi, \lambda)-\Gamma^{L}(g, h, \lambda)|{}\\ &\leq &C\Big(\frac{\xi}{R}\Big)^{\delta}\Big(1+\frac{R}{\rho(h)}\Big)^{N_{0}}\frac{C_{N}}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}(1+|h^{-1}g|\rho(h)^{-1})^{N}}\cdot\frac{1}{|h^{-1}g|^{Q-2}}{}\\ &\leq &\frac{C}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}(1+|h^{-1}g|\rho(h)^{-1})^{N}}\cdot\frac{|\xi|^{\delta}}{|h^{-1}g|^{Q-2+\delta}}. \end{eqnarray} $

最终, 我们得到

$ \begin{eqnarray} &&|K_{\gamma}^{L}(g, h\xi)-K_{\gamma}^{L}(g, h)|{}\\ &\leq& C\int_{{{\Bbb R}} }\frac{|\xi|^{\delta}}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}(1+|h^{-1}g|\rho(h)^{-1})^{N}|h^{-1}g|^{Q-2+\delta}}{\rm d}\lambda{}\\ &\leq& \frac{C|\xi|^{\delta}}{|h^{-1}g|^{Q-2+\delta}}\int_{{{\Bbb R}} }\frac{1}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}}{\rm d}\lambda \leq \frac{C|\xi|^{\delta}}{|h^{-1}g|^{Q+\delta}}. \end{eqnarray} $

$ q_{0}>Q $, 利用类似于(2.6)式的证明中的方法可以得到

引理2.12得证.

引理2.13  对于$ q_{0}>Q $, 有

对于$ Q/2<q_{0}<Q $, 有

  易知

其中$ |\xi|\leq|h^{-1}g|/2 $.$ |h^{-1}g|>\rho(h) $, 我们得到

$ \begin{equation} \left\{ \begin{array}{ll} { } |\widetilde{R}(g, h\xi)-\widetilde{R}(g, h)|\leq \frac{C|\xi|^{\delta}}{|h^{-1}g|^{Q+\delta}}, \\ { } |\widetilde{K}_{\gamma}(g, h\xi)-\widetilde{K}_{\gamma}(g, h)|\leq \frac{C|\xi|^{\delta}}{|h^{-1}g|^{Q+\delta}}. \end{array} \right. \end{equation} $

显然, 引理2.13成立.下面我们假设$ |h^{-1}g|<\rho(h) $.$ q_{0}>Q $时, 由引理2.7和(2.5)式可得$ |\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\widetilde{\Gamma}(g, h\xi, \lambda)-\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\widetilde{\Gamma}(g, h, \lambda)|\leq I_{1}+I_{2}+I_{3} $, 其中

对于$ |h^{-1}g|<\rho(h) $$ \rho(g)\sim\rho(h) $.$ |\omega^{-1}g|<|h^{-1}g|/2 $, 则$ |h^{-1}\omega|\sim|h^{-1}g| $.应用引理2.2、引理2.5和引理2.6可得

类似地, 若$ |h^{-1}\omega|<|h^{-1}g|/2 $, 则$ |\omega^{-1}g|\sim|h^{-1}g| $, 有

对于$ I_{3} $, 有

通过引理2.2和引理2.5, 我们有

从而

这里, 我们取$ 0<l_{1}<1 $.所以

$ \begin{equation} |\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\widetilde{\Gamma}(g, h\xi, \lambda)-\nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}\widetilde{\Gamma}(g, h, \lambda)| \leq\frac{C_{N}}{(1+|\lambda|^{1/2}|h^{-1}g|)^{N}|h^{-1}g|^{Q-1}}\Big(\frac{|\xi|}{\rho(h)}\Big)^{\delta}. \end{equation} $

对于$ \widetilde{\Gamma}(g, h, \lambda) = -\int_{{\Bbb H}^{n}}\Gamma(g, \omega, \lambda)V(\omega)\Gamma^{L}(\omega, h, \lambda){\rm d}\omega $.$ Q/2<q_{0}<Q $时, 使用与(2.8)式相同的方法, 可以得到

最终得到

引理2.13得证.

3 主要结果

定义3.1  令$ Q/(Q+\delta)<p\leq1\leq q\leq\infty $, $ p\neq q $$ \varepsilon>1/p-1 $.$ a = 1-1/p+\varepsilon $, $ b = 1-1/q+\varepsilon $.函数$ M\in L^{q}({\Bbb H}^{n}) $被称为一个以$ g_{0} $为球心的$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子, 若满足以下条件

(ⅰ) $ |g_{0}^{-1}\cdot|^{Qb}M \in L^{q}({\Bbb H}^{n}) $;

(ⅱ) $ {\mathfrak N}(M) = \alpha_1^{b-a}\|M\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{a/b}\||g_{0}^{-1}\cdot|^{Qb}M\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1-a/b} $$ \leq1 $;

(ⅲ)若$ \|M\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1/(a-b)} $$ <\alpha_1\rho(g_{0})^{Q} $, 则$ \int M(g)dg = 0 $, 其中$ \alpha_1 $$ {\Bbb H}^{n} $上单位球的体积.

引理3.1  任意一个$ H_{L}^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子$ a $是一个常数因子小于或等于$ 1 $$ H_{L}^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子.

  若$ a $是一个$ H_{L}^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子, 则有$ \|a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq|B(g_{0}, r)|^{1/q-1/p} $.我们可得

这意味着$ |g_{0}^{-1}\cdot|^{Qb}a\in L^{q}({\Bbb H}^{n}) $.从而$ \||g_{0}^{-1}\cdot|^{Qb}a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1-a/b}\leq\alpha_{1}^{a-b}|B(g_{0}, r)|^{a-a^{2}/b} $.

易知$ \|a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{a/b}\leq|B(g_{0}, r)|^{a^{2}/b-a} $.则有$ {\mathfrak N}(a) = \alpha_{1}^{b-a}\|a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{a/b}\||g_{0}^{-1}\cdot|^{Qb}a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1-a/b}\leq1 $.然后, 我们可以得到$ |B(g_{0}, r)|\leq\|a\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1/(a-b)}<\alpha_{1}\rho(g_{0})^{Q} $, 即$ \alpha_{1}r^{Q}<\alpha_{1}\rho(g_{0})^{Q} $.因此, $ r<\rho(g_{0}) $时, 有$ \int a(g)dg = 0 $.

命题3.1  令$ Q/(Q+\delta)<p\leq1\leq q\leq\infty $, $ p\neq q $, $ \varepsilon>1/p-1 $. $ f\in H_L^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $当且仅当$ f $可以表示为$ f = \sum_{j}\lambda_{j}M_{j} $, 其中$ M_{j} $$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子, $ \sum_{j}|\lambda_{j}|^{p}<\infty $.和式$ \sum_{j} $$ H_L^{p}({\Bbb H}^{n}) $范数收敛.此外, $ \|f\|_{H_L^p}\sim\|f\|_{H_L^{p, q, \varepsilon, M}} = \inf\Big\{\Big({\sum\limits_j}|\lambda_{j}|^{p}\Big)^{1/p}\Big\} $, 其中下确界取遍所有上述的分子分解.

  命题1.1蕴含着任意$ H_{L}^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子$ M(g) $可以分解为原子的线性组合:$ M = \sum_{j}\lambda_{j}a_{j} $, 其中$ a_{j} $$ H_{L}^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子, $ \sum_{j}|\lambda_{j}|^{p}<C $.

假设$ M(g) $是一个以$ g_{0} $为球心的$ H_{L}^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子.令$ \mu = \|M\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1/(a-b)} $, $ a = 1-1/p+\varepsilon $$ b = 1-1/q+\varepsilon $, 其中$ \varepsilon>1/p-1 $.$ \mu<\alpha_{1}\rho(g_{0})^{Q} $, 则就回到了经典的分子理论.若$ \mu\geq\alpha_{1}\rho(g_{0})^{Q} $, 令$ B_{k} = \{g:|g_{0}^{-1}g|\leq2^{k}\alpha_{1}^{-1/Q}\mu^{1/Q}\}, \ k = 0, 1, 2, \cdots $; $ E_{0} = B_{0} $; $ E_{k} = B_{k}\setminus B_{k-1}, \ k = 1, 2, \cdots $.则有$ M(g) = \sum\limits_{k = 0}^{\infty}M(g)\chi_{E_{k}}(g) = \sum\limits_{k = 0}^{\infty}M_{k}(g) $.注意到supp$ M_{k}\subset B_{k} $$ 2^{k}\alpha_{1}^{-1/Q}\mu^{1/Q}\geq\rho(g_{0}) $, $ k = 0, 1, 2, \cdots $.我们得到$ \|M_{0}\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq\|M\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})} = \mu^{a-b} = |B_{0}|^{1/q-1/p} $

因此, $ M_{k}(g) = \lambda_{k}a_{k}(g) $, $ k = 0, 1, 2, \cdots $, 其中$ a_{k} $$ H_{L}^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子, $ \sum\limits_{k = 0}^{\infty}|\lambda_{k}|^{p}<C $, $ \sum\limits_{k = 0}^{\infty}M_{k}(g) $$ H_{L}^{p}({\Bbb H}^{n}) $范数收敛.命题3.1证毕.

定理3.1  令$ \delta = \min\Big\{1, 2-Q/q_{0}\Big\} $, $ Q/(Q+\delta)<p\leq1 $.为简便起见, 我们记$ R^{L}: = \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}L^{-1/2} $$ R: = \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}({-\Delta_{{\Bbb H}^{n}}})^{-1/2} $.

(ⅰ)当$ q_{0}>Q $时, $ R^{L} $$ H_L^{p}({\Bbb H}^{n}) $上有界;

(ⅱ)当$ Q/2<q_{0}<Q $时, $ R^{L} $$ H_L^{1}({\Bbb H}^{n}) $上有界.

   (ⅰ)设$ a $是一个与球$ B(g_{0}, r) $有关的$ H_L^{p, q}({\Bbb H}^{n}) $ -原子.若$ r\geq\rho(g_{0}) $, 我们将证明$ R^{L}a(g) $小于或等于一个常数因子倍的$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子.若$ r<\rho(g_{0}) $, $ R^{L}a(g) $可能不小于或等于一个常数因子倍的$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子, 但$ Ra(g) $小于或等于一个常数因子倍的$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子.所以, 我们将证明$ (R^{L}-R)a(g) $小于或等于一个常数因子倍的$ H_L^{p, q, \varepsilon}({\Bbb H}^{n}) $ -分子.

情形I   $ r\geq\rho(g_{0}) $.$ \varepsilon>1/p-1 $, $ a = 1-1/p+\varepsilon $$ b = 1-1/q+\varepsilon $.$ \|R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C\|a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a-b} $.因此, $ \|R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}^{1/(a-b)}\geq\frac{1}{C}\rho(g_{0})^{Q} $.我们只需要估计$ {\mathfrak N}(R^{L}a(g)) $.

我们可以得到$ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq I_{1}+I_{2} $, 其中

对于$ I_{1} $, 有$ I_{1}\leq(2r)^{Qb}\|R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $.

$ h\in B(g_{0}, r) $, $ \rho(h)>r $时, 由引理2.4可知$ \rho(h)\leq C\rho(g_{0})\leq Cr $.$ g\not\in B(g_{0}, 2r) $, $ h\in B(g_{0}, r) $, 则有$ |h^{-1}g|\sim|g_{0}^{-1}g| $.令(2.2)中的$ N>Q\varepsilon $, 可得

所以, 我们得到$ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $$ {\mathfrak N}(R^{L}a(g))\leq C $.

情形II  $ r<\rho(g_{0}) $.不难看出, $ \|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq J_{1}+J_{2}+J_{3} $, 其中

如果$ h\in B(g_{0}, r) $, $ g\in B(g_{0}, 2r) $, 我们可以得到$ \rho(h)\sim\rho(g_{0}) $$ |h^{-1}g|\sim|g_{0}^{-1}g| $.从而应用(2.4)式可以推出

这里我们取$ q $使得$ 1<q<Q/(Q-\delta) $$ Q/q-Q/p+\delta>0 $成立.

$ 2r\leq|g_{0}^{-1}g|<2\rho(g_{0}) $, 利用$ a $的消失性条件和引理2.13得到

其中, 最后一个不等式用到了Hölder不等式.因此

$ |g_{0}^{-1}g|\geq2\rho(g_{0}) $, 由(2.7)式可得

$ \begin{eqnarray} |(R^{L}-R)a(g)| &\leq&\int_{B(g_{0}, r)}|\widetilde{R}(g, h)-\widetilde{R}(g, g_{0})|a(h)|{\rm d}h{}\\ &\leq&\frac{C}{|g_{0}^{-1}g|^{Q+\delta}}\int_{B(g_{0}, r)}|g_{0}^{-1}h|^{\delta}|a(h)|{\rm d}h{}\\ &\leq&\frac{Cr^{Q-Q/p+\delta}}{|g_{0}^{-1}g|^{Q+\delta}}. \end{eqnarray} $

因此

所以, $ \|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq J_{1}+J_{2}+J_{3}\leq C\rho(g_{0})^{Q(a-b)} $.

接下来, 只需要证明$ {\mathfrak N}((R^{L}-R)a(g))\leq C $.我们有

其中

显而易见, $ G_{1}\leq C\rho(g_{0})^{Qb}\|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.对于$ G_{2} $, 由(3.1)式得

这里我们取$ \varepsilon $使得$ 1/p-1<\varepsilon<\delta/Q $, 这意味着$ (Qb-Q-\delta)q+Q<0 $.所以, $ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}|(R^{L}-R)a(g)|\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq G_{1}+G_{2}\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.因此, $ {\mathfrak N}((R^{L}-R)a(g))\leq C $.这就证明了, 当$ q_{0}>Q $时, $ R^{L} $$ H_{L}^{p}({\Bbb H}^{n}) $上有界.

(ⅱ)现在, 我们证明当$ Q/2<q_{0}<Q $时, $ R^{L} $$ H_L^{1}({\Bbb H}^{n}) $上有界.

情形I   $ r\geq\rho(g_{0}) $.考虑$ \|R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C\|a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a-b} $, 取$ 1<q<p_{0} $, 其中$ 1/p_{0} = 1/q_{0}-1/Q $, $ a = \varepsilon>0 $, $ b = 1-1/q+\varepsilon $.$ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq I_{1}+I_{2} $, 其中

显然, $ I_{1}\leq Cr^{Qb}\|R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $.对于$ I_{2} $, 我们得到

$ |g_{0}^{-1}g|\geq2r $$ h\in B(g_{0}, r) $, 则$ |h^{-1}g|\sim|g_{0}^{-1}g| $.由引理2.4可知$ \rho(h)\leq C\rho(g_{0})\leq Cr $, 通过引理2.11可得$ G(h)\leq G_{1}+G_{2} $, 其中

对于$ h\in B(g_{0}, r) $, $ \rho(h)\leq Cr $, 有$ G_{2}\leq Cr^{Q/q+Qb-Q}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $, 其中$ N>Qa $, $ 1<q<p_{0} $, $ 1/p_{0} = 1/q_{0}-1/Q $.$ 1/q = 1/s-1/Q $$ s\leq q_{0} $.利用分数次积分的有界性, $ B_{s} $条件和引理2.5, 我们得到

这里取$ N $足够的大.所以得到$ G(h)\leq G_{1}+G_{2}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $

$ \begin{equation} I_{2}\leq\int_{B(g_{0}, r)}|a(h)|G(h){\rm d}h\leq C|B(g_{0}, r)|^{a}\|a(h)\|_{L^{1}({\Bbb H}^{n})}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a}. \end{equation} $

因此, $ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}R^{L}a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq I_{1}+I_{2}\leq C|B(g_{0}, r)|^{a} $.进而得到$ {\mathfrak N}(R^{L}a(g))\leq C $.

情形II   $ r<\rho(g_{0}) $.我们有$ \|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq H_{1}+H_{2} $, 其中

对于$ H_{1} $, 由Minkowski不等式, 有

通过引理2.11, 得到

其中

如果$ h\in B(g_{0}, r) $, 那么$ \rho(h)\sim\rho(g_{0}) $, $ |h^{-1}g|\geq c\rho(g_{0}) $.所以有$ \widetilde{F}_{2}(h)\leq C\rho(g_{0})^{Q/q-Q} = C\rho(g_{0})^{Q(a-b)} $, 其中$ 1<q<Q/(Q-\delta) $.注意到$ 1/q = 1/s-1/Q $.由分数次积分有界性和$ B_{s} $条件($ s\leq q_{0} $), 然后利用引理2.5可推出

从而, $ \widetilde{F}(h) = \widetilde{F}_{1}(h)+\widetilde{F}_{2}(h)\leq C\rho(g_{0})^{Q(a-b)} $.因此, $ H_{1}\leq\int_{B(g_{0}, r)}|a(h)|\widetilde{F}(h){\rm d}h\leq C\rho(g_{0})^{Q(a-b)} $.$ |g_{0}^{-1}g|\geq2\rho(g_{0}) $$ h\in B(g_{0}, r) $时, 有$ |h^{-1}g|\sim|g_{0}^{-1}g| $$ |\widetilde{R}(g, h)|\leq{C}/{|h^{-1}g|^{Q}} $.

因此可得$ \|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq H_{1}+H_{2}\leq C\rho(g_{0})^{Q(a-b)} $.我们得到$ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq J_{1}+J_{2}+J_{3} $, 其中

显然, $ J_{1}\leq C\rho(g_{0})^{Qb}\|(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.对于$ J_{2} $, 有

$ |g_{0}^{-1}g|\geq2\rho(g_{0}) $, $ h\in B(g_{0}, r) $, 则有$ |h^{-1}g|\sim|g_{0}^{-1}g| $$ \rho(h)\sim\rho(g_{0}) $.由引理2.11得

类似于(3.2)式的证明中的$ G(h) $, 通过相同的方法, 我们可以得到$ J_{0}(h)\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.类似地, 我们还可以得到$ J_{2}\leq\int_{B(g_{0}, r)}|a(h)|J_{0}(h){\rm d}h\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.利用$ a $的消失性条件, 可得

其中$ 0<\varepsilon<1/n $.所以$ \||g_{0}^{-1}g|^{Qb}(R^{L}-R)a(g)\|_{L^{q}({\Bbb H}^{n})}\leq C\rho(g_{0})^{Qa} $.从而有$ {\mathfrak N}((R^{L}-R)a(g))\leq C $. (ⅱ)得证.

定理3.2  令$ \delta = \min\Big\{1, 2-Q/q_{0}\Big\} $, $ Q/(Q+\delta)<p\leq1 $.对于任意的$ \gamma\in{{\Bbb R}} $, $ L^{i\gamma} $$ H_L^{p}({\Bbb H}^{n}) $上有界.

   $ L^{i\gamma} $的核估计与$ \nabla_{{\Bbb H}^{n}, g}L^{-1/2} $$ q_{0}>Q $情况下的核估计类似.因此, $ L^{i\gamma} $$ H_{L}^{p}({\Bbb H}^{n}) $上的有界性可以用定理3.1中证明(ⅰ)的方法来证, 其中$ Q/(Q+\delta)<p\leq1 $.

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