本文首先以双hypergenic函数的定义为基础,借助Cln+1,0(R)空间中的一种分解,讨论了Cln+1,0(R)中双hypergenic函数的一个等价条件,其与复分析中的Cauchy-Riemann方程比较类似,其次通过对结果中方程的某些量进行变换得到了双hypergenic函数的又一个等价刻画,这些等价条件建立了双hypergenic函数与偏微分方程之间的联系,使Clifford分析的函数理论有了进一步发展,对于研究高维空间中的方程和算子提供了理论基础。 In this paper, based on the definition of bihypergeneric function, we first discuss an equivalent condition of the bihypergenic function in Cln+1,0(R) by a decomposition in Cln+1,0(R) space, which is similar to the Cauchy-Riemann equation in complex analysis. Second, by changing some quantities of the equations in the results, we obtain another equivalent characterization of the bihypergenic function, which establishes the relation between the bihypergenic function and the partial differential equation functions. They further develop the function theory of Clifford analysis and provide a theoretical basis for the study of equations and operators in high-dimensional space.
本文首先以双hypergenic函数的定义为基础,借助 C l n + 1 , 0 ( R ) 空间中的一种分解,讨论了 C l n + 1 , 0 ( R ) 中双hypergenic函数的一个等价条件,其与复分析中的Cauchy-Riemann方程比较类似,其次通过对结果中方程的某些量进行变换得到了双hypergenic函数的又一个等价刻画,这些等价条件建立了双hypergenic函数与偏微分方程之间的联系,使Clifford分析的函数理论有了进一步发展,对于研究高维空间中的方程和算子提供了理论基础。
Clifford代数,双hypergenic函数,Hypergenic函数
Xiaoke Chai, Xiaoli Bian
School of Science, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin
Received: May 16th, 2022; accepted: Jun. 21st, 2022; published: Jun. 28th, 2022
In this paper, based on the definition of bihypergeneric function, we first discuss an equivalent condition of the bihypergenic function in C l n + 1 , 0 ( R ) by a decomposition in C l n + 1 , 0 ( R ) space, which is similar to the Cauchy-Riemann equation in complex analysis. Second, by changing some quantities of the equations in the results, we obtain another equivalent characterization of the bihypergenic function, which establishes the relation between the bihypergenic function and the partial differential equation functions. They further develop the function theory of Clifford analysis and provide a theoretical basis for the study of equations and operators in high-dimensional space.
Keywords:Clifford Algebra, Bihypergenic Functions, Hypergenic Functions
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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Clifford [
本文基于以上的研究结果,从 C l n + 1 , 0 ( R ) 空间中的函数 f ( x , y ) 的P0部和Q0部分解的角度,讨论了双hypergenic函数的充分必要条件,为进一步讨论双hypergenic函数的性质及应用奠定了基础。
C l n + 1 , 0 ( R ) 为实Clifford代数,单位元为 e ϕ = 1 , C l n + 1 , 0 ( R ) 的基元素是 e 0 , e 1 , ⋯ , e n ; e 0 e 1 , e 0 e 2 , ⋯ , e n − 1 e n ; ⋯ ; e 0 e 1 ⋯ e n ,且满足 e i e j + e j e i = 2 δ i j ( i , j = 0 , 1 , ⋯ , n ) 。对 ∀ a ∈ C l n + 1 , 0 ( R ) ,有 a = ∑ A a A e A , a A ∈ R ,其中 A = { α 1 , ⋯ , α h } ⊆ { 0 , 1 , ⋯ , n } , 0 ≤ α 1 < α 2 < ⋯ < α h ≤ n 。当 A = ϕ , e A = 1 。
设 a , b ∈ C l n + 1 , 0 ( R ) ,定义“ ' ”运算: C l n + 1 , 0 ( R ) → C l n + 1 , 0 ( R ) , e ' j = − e j ( j = 0 , 1 , ⋯ , n ) , ( a b ) ' = a ' b ' 。
∀ a ∈ C l n + 1 , 0 ( R ) 可唯一地分解为 a = b + e 0 c ,其中 b , c ∈ C l n , 0 ( R ) 。定义两个映射 P 0 : C l n + 1 , 0 ( R ) → C l n , 0 ( R ) 和 Q 0 : C l n + 1 , 0 ( R ) → C l n , 0 ( R ) , P 0 a = b , Q 0 a = c ,其中b和c分别称为a的 P 0 部和 Q 0 部。
对 ∀ a ∈ C l n , 0 ,有
e 0 a ' = a e 0 , a ' e 0 = e 0 a . (2.1)
且对 ∀ a ∈ C l n +1 , 0 ,有
e 0 a ' = a ^ e 0 , a ' e 0 = e 0 a ^ . (2.2)
设 Ω 0 ⊂ R n + 1 为一非空连通开子集, F Ω 0 ( 1 ) 表示 Ω 0 中 C r 函数的全体。
F Ω 0 ( 1 ) = { f | f : Ω 0 → C l n + 1 , 0 ( R ) , f ( x ) = ∑ A f A ( x ) e A , f A ( x ) ∈ C r ( Ω 0 ) , x ∈ Ω 0 }
Dirac算子
D l f ( x ) = ∑ i = 0 n e i ∂ f ( x ) ∂ x i ,
D r f ( x ) = ∑ i = 0 n ∂ f ( x ) ∂ x i e i .
其中 f ∈ F Ω 0 ( 1 ) ( Ω 0 ⊂ R n + 1 \ { x 0 = 0 } ) 。可以定义修正的Dirac算子
H k l f = D l f − k x 0 Q 0 f ,
H k r f = D r f − k x 0 Q ' 0 f .
定义2.1 [
设 Ω 1 ⊂ R m + 1 , Ω 2 ⊂ R k + 1 为非空联通开子集, F Ω ( r ) 表示 Ω = Ω 1 × Ω 2 中 C r 函数的全体。
F Ω ( r ) = { f | f : Ω → C l m + k + 2 ( R ) , f ( x , y ) = ∑ A , B f A , B ( x , y ) e A e B , f A , B ( x , y ) ∈ C r ( Ω ) , x ∈ Ω 1 , y ∈ Ω 2 } .
记 Ω 1 中的基元素为: e 0 ( 1 ) , e 1 ( 1 ) , ⋯ , e m ( 1 ) ;记 Ω 2 中的基元素为: e 0 ( 2 ) , e 1 ( 2 ) , ⋯ , e k ( 2 ) 。
定义2.2 [
{ H x l f ( x , y ) = D x l f ( x , y ) − m − 1 x 0 Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) = 0 , H y r f ( x , y ) = D y r f ( x , y ) − k − 1 y 0 Q 0 y ( 2 ) ' f ( x , y ) = 0.
则称 f ( x , y ) 为 Ω 上的双hypergenic函数。
注: Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) 表示 f ( x , y ) 只对第一个变量取 Q 0 部, P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) , P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) , Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) 表示类似的含义。
设 f ( x , y ) ∈ F Ω ( 1 ) , f ( x , y ) 可以分解成以下两种形式:
f ( x , y ) = P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) + e 0 ( 1 ) Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) (3.1)
f ( x , y ) = P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) (3.2)
下面我们利用 f ( x , y ) 的 P 0 部和 Q 0 部的分解,给出双hypergenic函数的等价条件。
引理3.1 [
D r ( f x 0 n − 1 ) = 1 x 0 n − 1 H r f − n − 1 x 0 n ( P 0 f ) e 0 (3.3)
P 0 ( H l f ) = x 0 n − 1 P 0 ( D l ( f x 0 n − 1 ) ) (3.4)
Q 0 ( H l f ) = Q 0 ( D l f ) (3.5)
引理3.2 [
D l ( f x 0 n − 1 ) = 1 x 0 n − 1 H l f − n − 1 x 0 n P 0 ′ f e 0 (3.6)
P 0 ( H r f ) = x 0 n − 1 P 0 ( D r ( f x 0 n − 1 ) ) (3.7)
Q 0 ( H r f ) = Q 0 ( D r f ) (3.8)
定理3.1 若 f ∈ C 1 ( Ω , C l n + 1 , 0 ) , f ( x , y ) 是双Hypergenic函数的充分必要条件是
{ ∂ ( P 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ) ∂ y 0 + ∑ j = 1 k ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) = 0 ∑ j = 1 k ∂ P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y j e j ( 2 ) + ∂ Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ∂ y 0 + ( 1 − k ) Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) y 0 = 0 ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 − ∑ i = 1 m e i ( 1 ) ∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x i = 0 ∑ i = 1 m e i ( 1 ) ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x i + ∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 + ( 1 − m ) Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) x 0 = 0 (3.9)
证明 由
H y r f ( x , y ) = P 0 y ( 2 ) ( H y r f ( x , y ) ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) ( H y r f ( x , y ) ) = y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ( D y r ( f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) ( D y r f ( x , y ) ) (3.10)
又
y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ( D y r ( f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ) = y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k ∂ ( f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 ) = y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 ) = y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 ) + y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 )
= y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 1 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 ) + y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ( ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) ) + y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ∑ j = 1 k e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y j e j ( 2 ) + y 0 k − 1 P 0 y ( 2 ) ( e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) y 0 k − 1 ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) ) = ∑ j = 1 k ∂ P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y j e j ( 2 ) + y 0 k − 1 ∂ Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) y 0 k − 1 ∂ y 0 = ∑ j = 1 k ∂ P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y j e j ( 2 ) + ∂ Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ∂ y 0 + ( 1 − k ) Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) y 0
及
Q 0 y ( 2 ) ( D y r f ( x , y ) ) = Q 0 y ( 2 ) D y r ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) = Q 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) + e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) = Q 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) + Q 0 y ( 2 ) ∑ j = 0 k e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 )
= Q 0 y ( 2 ) ∑ j = 1 k ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) + Q 0 y ( 2 ) ( ∂ ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) ) + Q 0 y ( 2 ) ∑ j = 1 k e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) + Q 0 y ( 2 ) ( e 0 ( 2 ) ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) ) = Q 0 y ( 2 ) ( e 0 ( 2 ) ∂ ( P 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ) ∂ y 0 ) + ∑ j = 1 k ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) = ∂ ( P 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ) ∂ y 0 + ∑ j = 1 k ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 )
从而
H y r f ( x , y ) = ∑ j = 1 k ∂ P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y j e j ( 2 ) + ∂ Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ∂ y 0 + ( 1 − k ) Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) y 0 + e 0 ( 2 ) ( ∂ P 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) ∂ y 0 + ∑ j = 1 k ∂ ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ∂ y j e j ( 2 ) )
故 H y r f ( x , y ) = 0 成立的充要条件是(3.9)的前两式成立。
同理可得
H x l f ( x , y ) = P 0 x ( 1 ) ( H x l f ( x , y ) ) + e 0 ( 1 ) Q 0 x ( l ) ( H x l f ( x , y ) ) = x 0 m − 1 P 0 x ( 1 ) ( D x l ( f ( x , y ) x 0 m − 1 ) ) + e 0 ( 1 ) Q 0 x ( 1 ) ( D x l f ( x , y ) ) = ( ∑ i = 1 m e i ( 1 ) ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x i + ∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 + ( 1 − m ) Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) x 0 ) + e 0 ( 1 ) ( ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 − ∑ i = 1 m e i ( 1 ) ∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x i )
因而 H x l f ( x , y ) = 0 的充要条件为(3.9)的后两式成立,综上 f ( x , y ) 是双hypergenic函数的充分必要条件是(3.9)成立,得证。
定理2.1 类似于复分析中的Cauchy-Riemann方程,建立了双Hypergenic函数与偏微分方程之间的联系。下面对方程(3.9)的某些量进行变换得到了双Hypergenic函数的又一个等价条件。
定理3.2 f ( x , y ) 是双Hypergenic函数的充分必要条件是
{ ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 + D y r ( Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) = 0 D y r ( P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) − e 0 ( 2 ) ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 + 1 − k y 0 Q 0 y ( 2 ) ′ f ( x , y ) = 0 ∂ f ( x , y ) ∂ x 0 − D x l ( Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ) = 0 D x l ( P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ) + e 0 ( 1 ) ∂ f ( x , y ) ∂ x 0 − 2 e 0 ( 1 ) ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 + ( 1 − m ) x 0 Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) = 0 (3.11)
证明 由定理3.1知,我们只需证明方程组(3.9)等价于方程组(2.11)即可。
由
∂ P 0 y ( 2 ) ' f ( x , y ) ∂ y 0 = ∂ ( f ( x , y ) − e 0 ( 2 ) Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ' ∂ y 0 = ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 + e 0 ( 2 ) ∂ Q 0 y ( 2 ) ' f ( x , y ) ∂ y 0 = ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 + ∂ Q 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) (3.12)
∂ Q 0 y ( 2 ) ' f ( x , y ) ∂ y 0 = ∂ ( e 0 ( 2 ) ( f ( x , y ) − P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ) ) ' ∂ y 0 = − e 0 ( 2 ) ( ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 − ∂ P 0 y ( 2 ) ' f ( x , y ) ∂ y 0 ) = − e 0 ( 2 ) ∂ f ' ( x , y ) ∂ y 0 + ∂ P 0 y ( 2 ) f ( x , y ) ∂ y 0 e 0 ( 2 ) (3.13)
同理可得
∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 = ∂ f ( x , y ) ∂ x 0 − e 0 ( 1 ) ∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 (3.14)
∂ Q 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 = e 0 ( 1 ) ∂ f ( x , y ) ∂ x 0 − e 0 ( 1 ) ∂ P 0 x ( 1 ) f ( x , y ) ∂ x 0 (3.15)
将(3.12),(3.13),(3.14),(3.15)分别代入方程组(3.9),即得(3.11),反之也成立。
故定理得证。
双hypergenic函数是Clifford分析中hypergenic函数的进一步推广,双hypergenic函数的等价条件的研究对于研究高维空间中的方程和算子提供了重要的理论基础。在本文中,我们研究了双hypergenic函数的充分必要条件,这些判别条件类似于复分析中的Cauchy-Riemann方程,建立了双Hypergenic函数与偏微分方程之间的联系。这些结果丰富了Clifford分析的理论基础,但关于双hypergenic函数还有很多问题有待进一步探讨,后续我将继续研究双hypergenic函数方面的内容,争取有进一步的研究成果。
国家自然科学基金11802208。
柴晓珂,边小丽. Clifford分析中双Hypergenic函数的等价条件The Equivalent Conditions of Bihypergenic Functions in Clifford Analysis[J]. 理论数学, 2022, 12(06): 1034-1040. https://doi.org/10.12677/PM.2022.126113
https://doi.org/10.2307/2369379
https://doi.org/10.1007/s00006-009-0157-4
https://doi.org/10.1007/BF03321766
https://doi.org/10.1080/17476933.2012.744403
https://doi.org/10.1080/17476933.2021.2018422