数学物理学报, 2021, 41(6): 1606-1615 doi:

论文

单位球Hardy空间上加权复合算子的交换子

徐宁,1, 周泽华,2, 丁颖1

1 江苏海洋大学理学院 江苏连云港 222005

2 天津大学数学学院 天津 300072

Commutators of Weighted Composition Operators on Hardy Space of the Unit Ball

Xu Ning,1, Zhou Zehua,2, Ding Ying1

1 School of Science, Jiangsu Ocean University, Jiangsu Lianyungang 222005

2 Department of Mathematics, Tianjin University, Tianjin 300072

通讯作者: 周泽华, E-mail: gx899200@126.com

收稿日期: 2020-06-4  

基金资助: 国家自然科学基金.  11771323
江苏海洋大学博士科研启动金.  KQ17006

Received: 2020-06-4  

Fund supported: the NSFC.  11771323
the Doctoral Research Launch Fund of Jiangsu Ocean University.  KQ17006

作者简介 About authors

徐宁,E-mail:xuning@jou.edu.cn , E-mail:xuning@jou.edu.cn

Abstract

In this paper, we study commutators of weighted composition operators with linear fractional non-automorphisms on Hardy space of the unit ball. First, we obtain the formula of commutators of weighted composition operators. Then, we characterize compactness of commutators according to two special situations of linear fractional maps. Finally, we obtain that commutators are compact when linear fractional maps are parabolic and commutators are not compact when linear fractional maps are hyperbolic.

Keywords: Hardy spaces ; Weighted composition operators ; Commutators

PDF (330KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

徐宁, 周泽华, 丁颖. 单位球Hardy空间上加权复合算子的交换子. 数学物理学报[J], 2021, 41(6): 1606-1615 doi:

Xu Ning, Zhou Zehua, Ding Ying. Commutators of Weighted Composition Operators on Hardy Space of the Unit Ball. Acta Mathematica Scientia[J], 2021, 41(6): 1606-1615 doi:

1 引言

$ {\Bbb B}_n $$ {\Bbb C}^n $上单位开球, $ \varphi $$ {\Bbb B}_n $上解析自映射. 记$ H({\Bbb B}_n) $$ {\Bbb B}_n $上所有解析函数全体, $ H^\infty $$ {\Bbb B}_n $上所有有界解析函数全体. 设$ u \in H^\infty $, $ f\in H({\Bbb B}_n) $, 定义加权复合算子$ W_{u, \varphi}f = u\cdot(f \circ \varphi) $. 特别地, 当$ u = 1 $时, 即为复合算子$ C_\varphi $. 注意到, $ W_{u, \varphi} = M_uC_\varphi $, 其中, $ M_u $为乘积算子. 记$ {\cal B}(X) $为可分复Hilbert空间上所有有界线性算子全体. 当$ S, T\in {\cal B}(X) $, $ ST $$ TS $非零且都不是紧时, 若$ [S, T] = ST-TS $紧, 则称交换子$ [S, T] $是非平凡紧. 若$ [T^*, T] = 0 $, 则称$ T\in {\cal B}(X) $正规. 若$ [T^*, T] $紧, 则称$ T\in {\cal B}(X) $本性正规.

许多学者都对一维以及高维线性分式复合算子的交换子感兴趣. Clifford等[1]研究了当$ \varphi $$ \psi $是单位圆盘$ {\Bbb D} $的线性分式映射时, Hardy空间$ H^2({\Bbb D}) $上复合算子交换子$ [C^*_\psi, C_\varphi] $非平凡紧性. Jung等[2]研究了当$ \varphi $$ \psi $是单位圆盘非自同构线性分式映射时, Hardy空间$ H^2({\Bbb D}) $上加权复合算子交换子$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $紧性. Lacruz等[3]研究了单位圆盘上线性分式映射复合算子二次交换子性质. 对于多变量情形, 江良英等[4]研究了线性分式复合算子的本性正规性, 然后第一作者在文献[5] 中研究了单位球Hardy空间$ H({\Bbb B}_n) $上自同构复合算子交换子$ [C^*_\psi, C_\varphi] $紧性.

本文将研究$ \varphi $$ \psi $是单位球$ {\Bbb B}_n $的非自同构线性分式映射时, Hardy空间$ H({\Bbb B}_n) $上加权复合算子交换子$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $紧性. 第2节给出主要定理的一些准备引理. 第3节给出线性分式加权复合算子交换子$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $的计算公式, 然后讨论当$ \|\varphi\|_\infty = 1 $$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $的紧性. 本文重点讨论当$ \varphi $在单位球边界$ \partial{\Bbb B}_n $上有一个不动点$ e_1 $情形. 显然, 通过酉变换, 不妨设$ e_1 = (1, 0, \cdots, 0) $.

2 预备知识

$ \sigma $$ \partial{\Bbb B}_n $上正规Lebesgue测度. 当$ n\geq1 $, 定义Hardy空间为

$ u $$ \partial{\Bbb B}_n $上有界可测复值函数, $ H^2({\Bbb B}_n) $上Toeplitz算子定义为$ T_u(f) = P(uf) $, 其中$ P $$ L^2(\partial{\Bbb B}_n) $$ H^2({\Bbb B}_n) $的正交投影. 如果$ u $是解析的, 则$ T_u $$ M_u $. Cowen等[6]定义单位球$ {\Bbb B}_n $上线性分式映射如下:

定理2.1  设

$ \begin{equation} \varphi(z) = \frac{Az+B}{\langle z, C\rangle+D} \end{equation} $

$ {\Bbb B}_n $的线性分式映射, 其中$ \langle\cdot, \cdot\rangle $表示$ {\Bbb C}^n $中欧式内积, $ A $表示$ n\times n $矩阵, $ B $$ C $表示$ n\times 1 $列向量, $ D $是一个复数. $ C_\varphi $$ H^2({\Bbb B}_n) $上由$ \varphi $诱导的复合算子. 则$ C_\varphi $的伴随算子$ C^*_\varphi $

$ \begin{equation} C^*_\varphi = T_gC_{\sigma_\varphi}T^*_h, \end{equation} $

其中

$ \begin{equation} \sigma_\varphi(z) = \frac{A^*z-C}{\langle z, -B\rangle+\overline{D}} \end{equation} $

$ \varphi $的Kreǐn伴随, $ g(z) = (\langle z, -B\rangle+\overline{D})^{-n} $, $ h(z) = (\langle z, C\rangle+D)^n $, $ T_g, T_h $分别是解析Toeplitz算子.

在下文中, 记$ LFM({\Bbb B}_n) $$ Aut({\Bbb B}_n ) $分别表示$ {\Bbb B}_n $上所有线性分式映射全体与自同构全体. 如果$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $映到自身, 则$ |D| > |C| $, 因此有$ D \neq 0 $, 且$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $的某个邻域内解析. 我们使用下面定义的矩阵验证两个复合算子是否为Kreǐn伴随算子. 设

分别为线性分式映射$ \varphi $及其伴随映射$ \sigma_\varphi $的矩阵表示, 则矩阵$ m_\varphi $$ m_{\sigma_\varphi} $是Kreǐn伴随矩阵, 即$ m_\varphi = m_{\sigma_\varphi}^\times = Jm^*_{\sigma_\varphi}J $, 其中

$ m^*_{\sigma_\varphi} $是Hilbert空间上$ m_\varphi $伴随. 要验证两个复合算子Kreǐn伴随, 只要证明$ m_\varphi $$ m_{\sigma_\varphi} $是Kreǐn伴随矩阵即可.

下面回顾不动点及其分类.

定理2.2[7]  设$ \varphi\in LFT({\Bbb B}_n) $$ {\Bbb B}_n $内部无不动点, 则存在唯一一个不动点$ \zeta\in \partial{\Bbb B}_n $使得$ \varphi(\zeta) = \zeta $以及$ \langle {\rm d}\varphi_\zeta(\zeta), \zeta\rangle = \lambda $其中$ 0<\lambda\leq1 $.

上述定理中的唯一点$ \zeta\in \partial{\Bbb B}_n $称为$ \varphi $的Denjoy-Wolff点, $ \lambda $称为$ \varphi $的边界扩张系数. 根据定理2.2, $ {\Bbb B}_n $的线性分式映射半群分为三类: 如果$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $内部有不动点, 则称$ \varphi $是椭圆型. 如果$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $内部无不动点且$ \lambda $$ \varphi $的Denjoy-Wolff点的边界扩张系数, 当$ \lambda<1 $时, 称$ \varphi $是双曲型, 当$ \lambda = 1 $时, 称$ \varphi $是抛物型.

江良英等[4]研究了Hardy空间上复合算子本性正规性时改善文献[8]中其他条件, 获得式(2.4). 本文将在式(2.4)前提下研究加权复合算子交换子.

引理2.1[4]  设$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $的线性分式映射且满足$ \varphi(e_1) = e_1 $. 对某个$ c > 0 $$ e_1 $附近一点$ \zeta\in\partial{\Bbb B}_n $, $ \varphi $满足

$ \begin{equation} 1-|\varphi(\zeta)|^2\geq c|e_1-\varphi(\zeta)|^2, \end{equation} $

则对每一个复指标$ \alpha $, 算子$ [T^*_{z^\alpha}, C_\varphi] $$ H^2({\Bbb B}_n) $的紧算子.

为了方便, 下面列出主要定理证明过程中用到的一些引理.

引理2.2[8]  设$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $的线性分式映射且$ \varphi(e_1) = e_1 $. 对于$ \zeta\in \partial{\Bbb B}_n, \ |\varphi(\zeta)| = 1 $当且仅当$ \zeta = e_1 $.$ W(z) $$ \overline{{\Bbb B}_n} $上连续且$ W(e_1) = 0 $, 则算子$ T_WC_\varphi $$ H^2({\Bbb B}_n) $的紧算子.

引理2.3[8]  设$ \varphi $$ {\Bbb B}_n(n>1) $的线性分式映射, $ \sigma $$ \varphi $的伴随映射, 由式(2.1)给出. 若$ \zeta, \eta \in\partial{\Bbb B}_n $$ \varphi(\zeta) = \eta $, 则$ \sigma(\eta) = \zeta. $

引理2.4[8]  设$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $的线性分式映射且有一个边界不动点. $ [C_\sigma , C_\varphi] $$ H^2({\Bbb B}_n) $的紧算子当且仅当$ [C_\sigma , C_\varphi] = 0 $, 即$ \varphi\circ\sigma = \sigma\circ\varphi. $

下面用符号$ \psi_\zeta $表示$ \psi $沿$ \zeta $方向坐标, 即$ \psi_\zeta(z) = \langle \psi(z), \zeta\rangle $. 定义$ {\cal D}_\eta\psi_\zeta(z) = \langle \psi'(z)\eta, \zeta\rangle $$ \psi_\zeta $沿$ \eta $方向导数, 记为$ {\cal D}_\eta\psi_\zeta $. 特别地, 当$ \zeta = \eta = e_1 $, 记为$ {\cal D}_1\psi_1(z) $. 我们给出如下引理:

引理2.5  设$ \varphi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $满足$ \varphi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in \partial{\Bbb B}_n $.$ \varphi $满足式(2.1), $ \sigma_\varphi $满足式(2.4). 记

其中$ b_1 $, $ c_1 $分别是列向量$ B $$ C $的首项, $ C_\varphi $$ H^2({\Bbb B}_n) $上复合算子. 则存在一个紧算子$ K\in H^2({\Bbb B}_n) $使得$ C^*_\varphi = sC_{\sigma_\varphi}+K $, 其中$ \sigma_\varphi $$ \varphi $的Kreǐn伴随.

  设$ \sigma_\varphi $如定理2.1中是$ \varphi $伴随, 则$ \sigma_\varphi(e_1) = e_1 $. 由文献[9], 对于$ \overline{\langle z, C\rangle}\in C(\overline{{\Bbb B}_n}) $, 任意非负整数$ j $以及紧算子$ K $, 有$ T_{(\overline{\langle z, C\rangle})^j} = (T_{\overline{\langle z, C\rangle}})^j+K $. 从而有

于是可得

其中$ C^j_n\ (j = 1\cdots n) $是二项式展开系数, $ C_j\ (j = 1\cdots n) $是向量$ C $的分向量,

由引理2.1, 可知$ [C_{\sigma_\varphi}, T^*_{z_j}] $是紧算子. 由$ [C_{\sigma_\varphi}, K] $的紧性, 可得$ [C_{\sigma_\varphi}, T^*_h] $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子. 因此由$ T_gT^*_h = T_{g\overline{h}}+K $可得

由引理2.2以及$ W = \overline{h}g-\overline{h(e_1)}g(e_1) $可知

是紧的. 故

引理2.5证毕.

$ {\Bbb C}^n $中域$ \Omega $$ \Omega' $, $ \varphi $$ \Phi $分别是$ \Omega $$ \Omega' $上解析映射. 如果存在一个双全纯映射$ \sigma:\Omega\rightarrow \Omega' $使得$ \Phi = \sigma^{-1}\circ\varphi\circ\sigma $, 则称$ \varphi $$ \Phi $共轭. 我们都知道通过广义Cayley变换$ \sigma_C $, 单位球$ {\Bbb B}_n $双全纯等价于Siegel半平面$ H_n: = \{(w_1, \cdots, w_n) = (w_1, w')\in {\Bbb C}^n, \ \mbox{Re}w_1>|w'|^2\} $, 其中$ \sigma_C $定义为

注意到$ \sigma_C $ ($ \sigma_C(e_1) = \infty $) 是从$ \overline{{\Bbb B}_n} $延拓到$ H_n\bigcup\partial H_n\bigcup\{\infty\} $的双连续映射, $ \overline{H_n} $的一点紧致化.

$ \varphi\in LFM({\Bbb B}_n) $有唯一一个边界不动点$ e_1 $且边界扩张系数$ \lambda\leq 1 $. 由文献[7, 定理3.2] 知$ \varphi $是具有Denjoy-Wolff点$ e_1 $的非椭圆型. 则由文献[10, 引理4.1]知, $ \varphi $

$ \begin{eqnarray} \Phi(w_1, w') = \frac{1}{\lambda}(w_1+\langle w', b\rangle+c, \ Aw'+d), \ \ \ \ (w_1, w')\in H_n \end{eqnarray} $

共轭, 其中$ c\in{\Bbb C}, b, d\in {\Bbb C}^{n-1}, \lambda \mbox{Re}c\geq |d|^2 $, $ A\in {\Bbb C}^{(n-1)\times(n-1)} $$ \lambda I-A^*A $是Hermitian半正定矩阵. 应用这种形式, 我们得到$ {\Bbb B}_2 $的如下结果.

引理2.6  设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_2)\backslash Aut({\Bbb B}_2) $是抛物型, 具有相同的边界固定点$ e_1 $. 假设$ \varphi, \psi $分别与$ H_2 $的解析自映射$ \Phi, \Psi $共轭, $ \Phi, \Psi $形式为

其中$ a_j, b_j, c_j, d_j\in {\Bbb C} $满足

$ \begin{eqnarray} |a_2|<1, \ \mbox{Re}c_2>\frac{|b_2|^2}{4}, \ \mbox{Re}(\overline{c_1}-2\overline{d_1}d_2+c_2)>|\overline{a_1}d_2-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2. \end{eqnarray} $

$ \sigma_\psi $$ \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4).

  直接计算可得

其中

于是$ \varphi, \psi $的伴随映射$ \sigma_\varphi, \sigma_\psi $分别为

我们可以得到分别与$ \sigma_\varphi, \sigma_\psi $共轭的$ H_2 $的解析自映射$ \Delta, \Gamma $, 形式如下

由文献[4]中定理4.3, 若$ z = (z_1, z_2) = \sigma_C^{-1}(w)\in\partial{\Bbb B}_2 $, 则$ w = (w_1, w_2) = \sigma_C(z)\in\partial H_2 $且满足$ \mbox{Re} w_1 = |w_2|^2 $, 于是可得

与文献[4]中命题3.1和定理4.3的证明类似, 选取

$ \begin{eqnarray} k<\min\Big\{\frac{1-|a_2|^2}{|a_2|^2}, \frac{\mbox{Re}\overline{c_2}-\frac{|b_2|^2}{4}}{1+\frac{|b_2|^2}{4}}\Big\}, \end{eqnarray} $

$ 1-|\sigma_\psi(z)|^2\geq k|e_1-\sigma_\psi(z)|^2 $$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $的某个邻域内成立.

通过具体计算, 我们可以得到与$ \sigma_\varphi\circ\psi $共轭的$ H_2 $的解析自映射$ \Lambda $, 形式如下

同理可得

与文献[4]中命题3.1和定理4.3的证明类似, 选取

$ \begin{eqnarray} k<\min\bigg\{\frac{1-|a_1a_2|^2}{|a_1a_2|^2}, \frac{\mbox{Re}(\overline{c_1}-2\overline{d_1}d_2+c_2)-|\overline{a_1}d_2-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2} {1+|\overline{a_1}d_2-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2}\bigg\}, \end{eqnarray} $

$ 1-|\sigma_\varphi\circ\psi(z)|^2\geq k|e_1-\sigma_\varphi\circ\psi(z)|^2 $$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $的某个邻域内成立.

结合式(2.5), (2.7)与(2.8), 可得

引理2.6证毕.

引理2.7  设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_2)\backslash Aut({\Bbb B}_2) $是双曲型, 具有相同的边界固定点$ e_1 $. 假设$ \varphi, \psi $分别与$ H_2 $的解析自映射$ \Phi, \Psi $共轭, $ \Phi, \Psi $具有如下形式

其中$ a_j, b_j, c_j, d_j\in {\Bbb C} $满足

$ \begin{eqnarray} |a_2|^2<\lambda_2, \ \lambda_2\mbox{Re}c_2>\frac{|b_2|^2}{4}, \ \frac{\lambda_1}{\lambda_2}\mbox{Re}(\overline{c_1}-2\overline{d_1}d_2+c_2)>|\frac{\overline{a_1}d_2}{\lambda_2}-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2, \end{eqnarray} $

$ \sigma_\psi $$ \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4).

  与引理2.6同理, 选取

$ \begin{equation} k<\min\bigg\{\frac{\lambda_2-|a_2|^2}{|a_2|^2}, \frac{\lambda_2\mbox{Re}\overline{c_2}-\frac{|b_2|^2}{4}}{1+\frac{|b_2|^2}{4}}\bigg\}, \end{equation} $

$ 1-|\sigma_\psi(z)|^2\geq k|e_1-\sigma_\psi(z)|^2 $$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $的某个邻域内成立. 选取

$ \begin{equation} k<\min\bigg\{\frac{\lambda_1\lambda_2-\lambda_2|a_1a_2|^2}{|a_1a_2|^2}, \frac{\frac{\lambda_1}{\lambda_2}\mbox{Re}(\overline{c_1}-2\overline{d_1}d_2+c_2)-|\frac{\overline{a_1}d_2}{\lambda_2}-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2} {1+|\frac{\overline{a_1}d_2}{\lambda_2}-\frac{\overline{b_1}}{2}|^2}\bigg\}, \end{equation} $

$ 1-|\sigma_\varphi\circ\psi(z)|^2\geq k|e_1-\sigma_\varphi\circ\psi(z)|^2 $$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $的某个邻域内成立. 结合式(2.5), (2.10) 以及(2.11), 可得

引理2.7证毕.

我们以定理2.3结束本节, 该定理可在文献[11]中找到. 后面我们将使用定理2.3来证明定理3.2.

定理2.3  假设$ \varphi $$ \psi $$ {\Bbb B}_n $的线性分数映射, 且$ C_\varphi-C_\psi $$ H^2({\Bbb B}_n) $的紧算子, 则$ \varphi = \psi $或者$ \|\varphi\|_\infty<1 $$ \|\psi\|_\infty<1 $, 因此$ C_\varphi $$ C_\psi $都是$ H^2({\Bbb B}_n) $的紧算子.

3 主要定理

本节给出加权复合算子的交换子方程, 然后研究线性分式映射分别为抛物型和双曲型时交换子的紧性.

定理3.1  设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $, 且满足$ \varphi(e_1) = \psi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in\partial{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\psi, \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4). $ W_{u, \varphi} $$ W_{v, \psi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的加权复合算子, 若$ u, v\in H^\infty({\Bbb B}_n) $$ \partial{\Bbb B}_n $上连续, 则

其中$ K $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子.

  由引理2.5知$ C^*_\psi = ({\cal D}_1\psi_1(e_1))^{-n} C_{\sigma_\psi}+K. $因此

由引理2.2知, $ T^*_vC_\varphi-\overline{v(e_1)}C_\varphi $$ T_uC_\varphi-u(e_1)C_\varphi $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子, 因此

通过具体计算得

从而有$ m_{\sigma_\psi\circ\varphi} = Jm^*_{\sigma_\varphi\circ\psi}J, $$ m_{\sigma_\psi\circ\varphi} $$ m_{\sigma_\varphi\circ\psi} $是Kreǐn伴随矩阵. 因此

再由引理2.2, 可知$ T_vC_{\sigma_\varphi\circ\psi}-v(e_1)C_{\sigma_\varphi\circ\psi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子. 因此

从而得到

定理3.1得证.

从上面的定理3.1, 我们得到当$ \varphi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $时加权复合算子自交换子公式.

推论3.1   (ⅰ) 设$ \varphi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $, 且满足$ \varphi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in\partial{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\varphi, \sigma_\varphi\circ\varphi $满足式(2.4). $ W_{u, \varphi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上由$ \varphi $诱导加权复合算子. 若$ H^\infty({\Bbb B}_n)\ni u $$ \partial{\Bbb B}_n $上连续, 则

(ⅱ) 设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $, 且满足$ \varphi(e_1) = \psi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in\partial{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\psi, \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4). $ C_\varphi $$ C_\psi $$ H^2({\Bbb B}_n) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的复合算子.则

  (ⅰ) 在定理3.1中取$ u = v, \varphi = \psi $即可.

(ⅱ) 在定理3.1中取$ u = v = 1 $即可.

下面我们刻画$ H^2({\Bbb B}_n) $$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $紧性的充要条件.

定理3.2   设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $, 且满足$ \varphi(e_1) = \psi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in\partial{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\psi, \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4). $ W_{u, \varphi} $$ W_{v, \psi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的加权复合算子. 若$ H^\infty({\Bbb B}_n)\ni u, v $$ \partial{\Bbb B}_n $上连续, 则$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子的充要条件是下面两个条件中至少一个成立.

(ⅰ) $ u(e_1)v(e_1) = 0 $,

(ⅱ) $ \varphi\circ\sigma_\psi = \sigma_\psi\circ\varphi $.

  由定理3.1知, $ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $紧当且仅当$ ({\cal D}_1\psi_1(e_1))^{-n}u(e_1)\overline{v(e_1)}[C_{\sigma_\psi}, C_\varphi] $是紧的.

首先, 假设$ ({\cal D}_1\psi_1(e_1))^{-n}u(e_1)\overline{v(e_1)}[C_{\sigma_\psi}, C_\varphi] $是紧的, 则$ u(e_1)\overline{v(e_1)} = 0 $或者$ [C_{\sigma_\psi}, C_\varphi] $是紧的. 于是有$ u(e_1)v(e_1) = 0 $或者$ C_{\varphi\circ\sigma_\psi}-C_{\sigma_\psi\circ\varphi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上紧算子. 由定理2.3知$ \varphi\circ\sigma_\psi = \sigma_\psi\circ\varphi $或者$ \|\varphi\circ\sigma_\psi\|_\infty<1, \ \|\sigma_\psi\circ\varphi\|_\infty<1. $再由定理条件知$ \varphi\circ\sigma_\psi(e_1) = e_1, \sigma_\psi\circ\varphi(e_1) = e_1 $, 所以$ \|\varphi\circ\sigma_\psi\|_\infty<1 $$ \|\sigma_\psi\circ\varphi\|_\infty<1 $不成立. 另外, 线性分式映射$ \varphi\circ\sigma_\psi $$ \sigma_\psi\circ\varphi $的角导数都是有限的. 由文献[12] 的定理3.43知, $ C_{\varphi\circ\sigma_\psi} $$ C_{\sigma_\psi\circ\varphi} $都不是紧的, 从而必要条件得证.

另一方面, 如果(ⅰ)、(ⅱ)中至少有一个成立, 显然$ ({\cal D}_1\psi_1(e_1))^{-n}u(e_1)\overline{v(e_1)}[C_{\sigma_\psi}, C_\varphi] $是紧的, 从而充分性得证.

推论3.2   设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_n)\backslash Aut({\Bbb B}_n) $, 且满足$ \varphi(e_1) = \psi(e_1) = e_1 $, $ e_1\in\partial{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\psi, \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4). $ W_{u, \varphi} $$ W_{v, \psi} $$ H^2({\Bbb B}_n) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的加权复合算子. 设$ H^\infty({\Bbb B}_n)\ni u, v $$ \partial{\Bbb B}_n $上连续且满足$ u(e_1)v(e_1)\neq0 $.$ \varphi $是抛物型(双曲型), $ \psi $是双曲型(抛物型), 则$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $非紧.

  假设$ \varphi $$ \psi $分别是抛物型与双曲型. 由定理3.1, 可得

因为$ \psi $是双曲型, 所以$ {\cal D}_1({\sigma_\psi})_1(e_1) = \frac{1}{\lambda}>1 $, 即$ \sigma_\psi $不是双曲型. 由文献[7] 中定理3.2可知, $ \sigma_\psi $有一个孤立不动点$ \alpha\in{\Bbb B}_n $.$ \sigma_\psi\circ\varphi = \varphi\circ\sigma_\psi $, 则$ \sigma_\psi\circ\varphi(\alpha) = \varphi\circ\sigma_\psi(\alpha) = \varphi(\alpha), $上式说明$ \varphi(\alpha) $也是$ \sigma_\psi $的一个不动点. 由于$ \varphi $$ {\Bbb B}_n $内部没有不动点, 即$ \varphi(\alpha)\neq \alpha $. 由引理2.3可知若$ \psi $$ \partial {\Bbb B}_n $上无不动点, 所以$ \sigma_\psi $$ \partial {\Bbb B}_n $上也没有不动点. 综上讨论说明$ \sigma_\psi $存在$ \alpha\in\partial{\Bbb B}_n $$ \varphi(\alpha)\in{\Bbb B}_n $两个不动点, 与$ \sigma_\psi $有一个不动点矛盾. 因此, $ \sigma_\psi\circ\varphi\neq\varphi\circ\sigma_\psi $. 通过定理3.2知$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $非紧. 当$ \varphi $为双曲型, $ \psi $为抛物型时, 同理可证.

注3.1   由推论3.2, 我们判断$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $的紧性, 只要考虑$ \varphi $$ \psi $都是抛物型或都是双曲型即可.

现在利用引理2.6和引理2.7研究线性分式映射$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_2)\backslash Aut({\Bbb B}_2) $诱导的加权复合算子交换子$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $的紧性.

定理3.3   设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_2)\backslash Aut({\Bbb B}_2) $都是抛物型且具有相同边界不动点$ e_1 $.$ \varphi, \psi $分别与$ H_2 $的解析自映射$ \Phi, \Psi $共轭, $ \Phi, \Psi $具有如下形式

其中$ a_j, b_j, c_j, d_j\in {\Bbb C} $满足式(2.6). $ W_{u, \varphi} $$ W_{v, \psi} $$ H^2({\Bbb B}_2) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的加权复合算子. 若$ H^\infty({\Bbb B}_n)\ni u, v $$ \partial{\Bbb B}_2 $上连续且满足$ u(e_1)v(e_1)\neq 0 $, 则$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $是紧的当且仅当

  由引理2.6可知, $ \sigma_\psi \ \mbox{与}\ \sigma_\varphi\circ\psi $都满足式(2.4). 通过具体计算

因为$ u(e_1)v(e_1)\neq0 $, 由定理3.2以及上式, $ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $是紧的当且仅当$ \varphi\circ\sigma_\psi = \sigma_\psi\circ\varphi $当且仅当$ \Phi\circ\Gamma = \Gamma\circ\Phi $当且仅当

上式等价于

定理3.3得证.

定理3.4  设$ \varphi, \psi\in LFM({\Bbb B}_2)\backslash Aut({\Bbb B}_2) $都是双曲型, 且具有相同边界不动点$ e_1 $.$ \varphi, \psi $分别与$ H_2 $的解析自映射$ \Phi, \Psi $共轭, $ \Phi, \Psi $具有如下形式

其中$ \lambda_1 $$ \lambda_2 $分别是$ \varphi $$ \psi $的边界扩张系数. $ a_j, b_j, c_j, d_j\in {\Bbb C} $满足式(2.9). $ W_{u, \varphi} $$ W_{v, \psi} $$ H^2({\Bbb B}_2) $上分别由$ \varphi $$ \psi $诱导的加权复合算子. 若$ H^\infty({\Bbb B}_n)\ni u, v $$ \partial{\Bbb B}_2 $上连续且$ u(e_1)v(e_1)\neq0 $, 则$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $非紧.

  由引理2.7可知, $ \sigma_\psi $$ \sigma_\varphi\circ\psi $满足式(2.4). 由定理3.2, 只要证明$ \varphi\circ\sigma_\psi\neq\sigma_\psi\circ\varphi $即可.

假设$ \varphi\circ\sigma_\psi = \sigma_\psi\circ\varphi $. 由定理条件知, $ \psi $只有一个不动点$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $, 所以$ \psi $的伴随映射$ \sigma_\psi $也只有一个不动点$ e_1 $. 因为$ \psi $是双曲型, 所以它的边界扩张系数$ \lambda_2<1 $.$ \sigma_\psi $的边界扩张系数$ \frac{1}{\lambda_2}>1 $. 由文献[7] 定理3.2知, $ \sigma_\psi $有一个孤立不动点$ \alpha\in{\Bbb B}_2 $. 如果$ \sigma_\psi\circ\varphi = \varphi\circ\sigma_\psi $, 则$ \sigma_\psi\circ\varphi(\alpha) = \varphi\circ\sigma_\psi(\alpha) = \varphi(\alpha). $上式说明$ \varphi(\alpha) $$ \sigma_\psi $一个不动点. 然而, $ \varphi $$ {\Bbb B}_2 $内无不动点, 因此$ \varphi(\alpha)\neq \alpha $. 由引理2.3, 若$ \psi $没有其它不动点, 则$ \sigma_\psi $也无其它不动点. 通过上述讨论$ \sigma_\psi $有三个不动点$ e_1\in\partial{\Bbb B}_2 $, $ \alpha\in{\Bbb B}_2 $以及$ \varphi(\alpha)\in{\Bbb B}_2 $, 这与$ \sigma_\psi $只有一个不动点$ \alpha\in{\Bbb B}_2 $矛盾. 因此$ \varphi\circ\sigma_\psi\neq\sigma_\psi\circ\varphi $, 由定理3.2可知$ [W^*_{v, \psi}, W_{u, \varphi}] $非紧.

参考文献

Clifford J , Levi D , Narayan S .

Commutators of composition operators with adjoints of composition operators

Complex Var Elliptic Equ, 2012, 57, 677- 686

DOI:10.1080/17476933.2010.534142      [本文引用: 1]

Jung S , Kim Y , Ko E .

Commutators of weighted composition operators

Internat J Math, 2014, 25 (6): 1450053

DOI:10.1142/S0129167X14500530      [本文引用: 1]

Lacruz M , León-Saavedra F , Petrovic S , et al.

The double commutant property for composition operators

Collect Math, 2019, 70, 501- 532

DOI:10.1007/s13348-019-00244-7      [本文引用: 1]

Jiang L Y , Ouyang C H .

Essential normality of linear fractional composition operators in the unit ball of CN

Science in China: Mathematics, 2009, 52 (12): 2668- 2678

DOI:10.1007/s11425-009-0055-1      [本文引用: 6]

Jiang L Y .

Commutators of composition operators with adjoints of composition operators on the ball

Complex Var Elliptic Equ, 2016, 61 (3): 405- 421

DOI:10.1080/17476933.2015.1085519      [本文引用: 1]

Cowen C C , MacCluer B D .

Linear fractional maps of the ball and their composition operators

Acta Sci Math(Szeged), 2000, 66 (1/2): 351- 376

URL     [本文引用: 1]

Bisi C , Bracci F .

Linear fractional maps of the unit ball: a geometric study

Adv Math, 2002, 167 (2): 265- 287

DOI:10.1006/aima.2001.2042      [本文引用: 3]

MacCluer B D , Weir R J .

Linear-fractional composition operators in several variables

Integral Equations and Operator Theory, 2005, 53 (3): 373- 402

DOI:10.1007/s00020-005-1372-6      [本文引用: 4]

McDonald G .

Fredholm properties of a class of Toeplitz operators on the ball

Indiana Univ Math J, 1977, 26, 567- 576

DOI:10.1512/iumj.1977.26.26044      [本文引用: 1]

Bracci F , Contreras M , Diaz-Madrigal S .

Classification of semigroups of linear fractional maps in the unit ball

Adv Math, 2007, 208, 318- 350

DOI:10.1016/j.aim.2006.02.010     

Heller K , MacCluer B D , Weir R J .

Compact differences of composition operators in several variables

Integral Equations and Operator Theory, 2011, 69 (2): 247- 268

DOI:10.1007/s00020-010-1840-5      [本文引用: 1]

Cowen C C , MacCluer B D . Composition Operators on Spaces of Analytic Functions. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1995

[本文引用: 1]

/