Простір Гарді — особливий вид функціональних просторів в комплексному аналізі, аналог
-простору з функціонального аналізу. Названий за іменем англійського математика Ґодфрі Гарольда Гарді.
Простори Гарді відіграють важливу роль у вивченні граничних властивостей функцій, гармонічному аналізі, теорії степеневих рядів, лінійних
операторів, випадкових процесів, екстремальних і апроксимаційних задачах.
Означення
Простір Гарді
при
— це клас голоморфних функцій на відкритому одиничному колі на комплексної площині, що задовольняють наступній умові

Ліва частина цієї нерівності називається
-нормою в просторі Гарді або просто нормою Гарді для
, і позначається
.
Як і у випадку
-просторів, ця норма узагальнюється на випадок
як

Простори Гарді на верхній комплексній півплощині
Простір Гарді Hp(H) на верхній комплексній півплощині H за означенням є простором функцій f голоморфних на H з обмеженою квазінормою заданою як

Простір H∞(H) є простором голоморфних функцій із обмеженою нормою:

Хоча одиничний круг D і верхня комплексна півплощина H відображаються один на одного за допомогою перетворень Мебіуса вони не є рівнозначними як області для просторів Гарді. Зокрема це пояснюється тим, що одиничне коло має скінченну (одновимірну) міру Лебега, а дійсна пряма має нескінченну міру. Проте для H2 справедливим є твердження: якщо m : D → H позначає перетворення Мебіуса

то лінійний операторr M : H2(H) → H2(D) заданий як

є ізометричним ізоморфізмом просторів Гільберта.
Простори Гарді на одиничному колі
Простори Гарді на одиничному крузі можна розглядати як замкнуті векторні підпростори комплексних
-просторів на одиничному колі.
Якщо f ∈ Hp, де p > 0, то радіальна границя

існує для майже всіх θ. Функція
належить до Lp - простору на одиничному колі і також

Також виконується рівність

Якщо функція
є рівною нулю на підмножині додатної міри одиничного кола, то f є рівною нулю на всьому одиничному крузі.
Якщо позначити одиничне коло як T і Hp(T) — векторний підпростір простору Lp(T) елементами якого є граничні функції
, де f належить Hp, то для p ≥ 1,

де ĝ(n) є коефіцієнтами Фур'є функції g:

Простір Hp(T) є замкнутим підпростором простору Lp(T).
Навпаки для функції
∈ Lp(T), де p ≥ 1, можна одержати функцію f , що є гармонічною на одиничному крузі за допомогою інтегральної формули Пуассона Pr:

Тоді f належить Hp тоді і тільки тоді, коли
належить Hp(T). Якщо
належить Hp(T), тобто
має коефіцієнти Фур'є (an)n∈Z і an = 0 для n < 0, тоді функція f простору Гарді Hp пов'язана з
є голоморфною функцією із розкладом в ряд Тейлора:

Властивості
- Для p ≥ 1, простір
є простором Банаха.
- Для випадку
є підмножиною множини
.
- Доведення включення
здійснюється з використанням нерівності Єнсена функції
яка є опуклою на проміжку (0, 1) згідно умови
Тоді
![{\displaystyle \int \limits _{0}^{2\pi }|f(re^{i\theta })|^{p}d\theta =\left[(2\pi )^{q/p}\left(\int \limits _{0}^{2\pi }|f(re^{i\theta })|^{p}(d\theta /2\pi )\right)^{q/p}\right]^{p/q}\leqslant (2\pi )^{(q-p)/q}\left(\int \limits _{0}^{2\pi }|f(re^{i\theta })|^{q}d\theta \right)^{p/q}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0b51d569c8376ab372d7a5459cad34e1375a1c55)
- Якщо
то супремум по r у правій стороні нерівності є скінченним і тому скінченним є супремум з лівої сторони, а отже 
- Приклад нижче показує, що включення є строгим, тобто для
, як простори функцій 
- Згідно теореми Гарді в означенні можна взяти границю при прямуванні r до 1:

- Якщо функція
і
є нулями функції в одиничному крузі з врахуванням кратності, то
Навпаки, якщо не більш ніж зліченна множина комплексних чисел із одиничного круга задовольняє цю нерівність, то вона є множиною нулів деякої функції із простору Гарді.
- Якщо
, то існують збіжний добуток Бляшке
і голоморфна ніде не рівна нулю на одиничному крузі функція
для яких
До того ж
Добуток Бляшке записується через нулі функції f:
де n — кратність 0 як нуля функції f.
- Функція
розкладається у добуток зовнішньої функції

- і внутрішньої сингулярної функції:

- де
є функцією класу
на одиничному колі, а
є невід'ємною сингулярною мірою на одиничному колі.
- Також три умови
є рівносильними і
майже всюди на одиничному колі.
- Функція
є внутрішньою функцією і функції такого виду повністю характеризуються умовами
у відкритому одиничному колі і
майже всюди на одиничному колі.
Приклади
- Якщо
то функція
визначена за допомогою основної гілки логарифма належить простору
але не належить простору 
- Для цієї функції виконуються нерівності:

- Оскільки для
виконується нерівність
то додатково ці інтеграли є меншими, ніж
а тому 
- З іншого боку виконуються нерівності

- Оскільки
то вираз справа у формулі прямує до нескінченності при прямуванні r до 1. Тому також
і тому
не належить простору 
- Якщо голоморфна функція f є однолистою (ін'єктивною) на одиничному крузі, тоді
для всіх
Якщо додатково ця функція не є рівною нулю у жодній точці одиничного круга. то
для всіх 
- Якщо f є голоморфною у відкритому одиничному крузі, то
тоді і тільки тоді, коли f є неперервною на замкнутому одиничному крузі і абсолютно неперервною на одиничному колі.
- Важливим окремим випадком є
Нехай
і її розклад у ряд Тейлора має вид
Для функції можна ввести норму
Тоді
і зокрема
тоді і тільки тоді коли її норма
є скінченною.
- Позначаючи
де
і
і враховуючи
маємо
Тобто
є коефіцієнтами Фур'є для
як функції дійсної змінної. Тоді згідно рівності Парсеваля:
Із цієї рівності випливає твердження.
- Звідси, випливає, що
як нормований векторний простір є ізометрично ізоморфним простору
і зокрема є простором Гільберта.
Посилання
- Burkholder, Donald L.; Gundy, Richard F.; Silverstein, Martin L. (1971), A maximal function characterization of the class Hp, Transactions of the American Mathematical Society, 157: 137—153, doi:10.2307/1995838, JSTOR 1995838, MR 0274767.
- Cima, Joseph A.; Ross, William T. (2000), The Backward Shift on the Hardy Space, American Mathematical Society, ISBN 978-0-8218-2083-4
- Colwell, Peter (1985), Blaschke Products - Bounded Analytic Functions, Ann Arbor: University of Michigan Press, ISBN 978-0-472-10065-1
- Duren, P. (1970), Theory of Hp-Spaces, Academic Press
- Fefferman, Charles; Stein, Elias M. (1972), Hp spaces of several variables, Acta Mathematica, 129 (3—4): 137—193, doi:10.1007/BF02392215, MR 0447953.
- Katznelson, Yitzhak (2004), An Introduction to Harmonic Analysis, Cambridge University Press, ISBN 0-521-83829-0
- Koosis, P. (1998), Introduction to Hp Spaces, Cambridge tracts in mathematics, т. 115 (вид. Second), Cambridge University Press, ISBN 9780521455213
- Mashreghi, J. (2009), Representation Theorems in Hardy Spaces, London Mathematical Society student texts, т. 74, Cambridge University Press, ISBN 9780521517683
- Nikolski, Nikolaï (2019), Hardy Spaces, Cambridge Studies in Advanced Mathematics, т. 179, Cambridge University Press, ISBN 9781316882108
- Petersen, K. E. (1977), Brownian Motion, Hardy Spaces and Bounded Mean Oscillation, London Mathematical Society student texts, т. 28, Cambridge University Press, ISBN 9780511662386