译文: 极性的广义不等式多项式的导数 摘要:在这篇文章中,我们扩展了最近被Liman证实的结果。对于这类极性导数多项式,从而获得一些更一般的结果与限制零多项式。 比如:30A10; 30C10; 30C15 关键词: 多项式; 不等式; 极性导数 1结果的介绍与声明 首先我们假设是一个n维的多项式,然后再设为的导数,并且上面的式子满足. (1) 不等式(1)是由Bernstein提出来的一个著名的不等式,也是一个最好的有平等的多项式,其中是一个复数。 如果我们限制我们自己没有零多项式的一个类,并且限制|z|lt;1,然后上面的不等式(1)就可以得到意义。事实上,Erdouml;s 推测了并且后来Lax 证明了如果,并且,那么就有 (2) 通过对于式子(2)的深入研究,Aziz 和Dawood 证明了如果 P(z)是一个非零的n维的多项式,并且满足, 然后就会有 (3) 至于对于式子(3)的证明,Dewan 和Hans 给出了一种证明过程,他们证明了如果P(z)是一个非零的n维多项式,并且满足,然后对于绝对值小于等于1的 beta;和绝对值等于1的z来说,有以下式子成立, (4) 我们让带参数alpha;的式子表示n维多项式P(z)的极性导数,所以就有了. 我们很容易知道,多项式是一个维度可以从1变化到n的式子,有了它,我们可以用它来定义普通的导函数: 对于式子(1)以及极性导数的拓展和延伸,Aziz 和 Shah给出了以下四个规律来展示:如果P(z)是一个n维的多项式,然后对于任意一个模大于1的复数alpha;,都有 (5) 当满足这个条件时,不等式(5)就变成等式了。 如果我们能够使得不等式(5)两边的参数alpha;的绝对值趋向于零,我们就可以得到不等式(1)。Aziz 和 Shah就可以证明:如果P(z)是一个n维的多项式,并且z的绝对值是小于1的,然后有参数alpha;的绝对值是大于1的,那么 (6) 当时,那么对于不等式(6)来说,是极有可能出现等于号成立的情况的,然后如果我们令式子(6)两边的alpha;的绝对值趋向于零,那我们就可以得到不等式(3)。 对于式子(4)到式子(6)的证明与推广,到现在为止,Liman 得到了以下几个规律与式子。 理论1 如果P(z)是一个n维的且z的绝对值是小于1的,然后对于模大于等于1的复数alpha;和模小于等于1的复数beta;以及绝对值等于1的z,有以下式子成立:
(7) 在这篇文章中,在本文中,我们证明下面的更一般的结果是一个扩展的推广定理和一些已知多项式不等式。 理论2 令P(z)是一个n维的多项式,并且它满足以下条件,|z| lt; k, k le;1,||ge;k,kle;1,i=1,2, . . . , t,tle;n–1,||le;1,|z|=1,
(8) 评价:当我们让理论2中的t和k满足条件t=k=1时,此时我们就得到了理论1,换句话说理论1就是理论2的特殊情况,理论2是理论1的一般化。之后,如果我们在理论2中仅仅令t=1,我们可以得到下面几个推论。 接下来,让我们一起来看一下这几个推论。 推论1 如果P(z)是一个n维多项式,并且满足以下条件:| z|lt; k,kle;1,||ge;k, kle;1,||le;1,||ge;k,kle;1,||le;1,那么我们就有以下式子成立: 推论2 如果P(z)是一个n维多项式,并且满足以下条件:| z|le;1,||ge;1,i =1,2,...,t,tle;n-1,|beta;|le;1,|z| = 1,那么就有以下式子成立: 接下来,如果我们令理论2中的beta;=0 和t =1,我们就可以得到以下的推论3. 推论3 如果P(z)是一个n维多项式,并且满足以下条件:| z| lt; k, kle;1,||ge;k, kle;1,那么就有以下式子成立: (10) 其中如果令推论3中的k=1,那么式子(10)就可以简化为式子(6)。 第一步通过令式子(8)中的t=1,然后第二步令式子(8)两边的参数alpha;的绝对值趋向于正无穷,那么最后我们就可以得到下面不等式(4)的推广了。 推论4 如果P(z)是一个n维的多项式,并且满足以下条件:|z|lt; k, kle;1,然后对于任意复数beta;,有|beta;|le;1 ,又有|z| =1,那么就有以下式子成立: (11) 其中,在推论4中,我们令beta;=1和k=1,那么式子(11)就可以简化为(3)了。 2 引理 我们要求下面的引理。第一个引理是根据Laguerre的理论得出的。 引理1 如果把所有的第n维零多项式P(z)放在一个圆形区域C中,那么就有以下式子成立: . 通过对引理1的深入研究,发现圆形区域C的半径r满足|z|le;r时,我们得到了下面的引理2。 引理2 如果所有的第n维多项式P(z)满足|z|le;r,然后如果没有一个点在圆内,那么其中的每一个极导数都有零导数。 引理3 如果是一个n维的多项式,且它没有零导数,那么
以上几个引理都是通过Chan和Malik 的深入研究得到的。 引理4 如果是一个n维多项式,且满足|z|le;kle;1,那么 (12)
引理4的证明:由于所有P(z)的零导数都满足|z|le;kle;1这个条件,因此所有的零导数都会满足。因此我们把引理3运用到多项式,我们就可以得到 接下来,我们可以通过对这个引理的深入研究,就能得到不等式(12)。 引理5 假设是一个n维多项式且满足 |z|le;k, kle;1,然后对于任意一个复数alpha;,其中|alpha;|ge;k,kle;1,|z| =1,那么就有以下式子成立: 引理5的证明:令,接下来能够很容易得到 (13) 由于Lemma 证明P(z)所有的零点满足条件 |z|le;kle;1,所以我们就得到了
这就意味着 (14) 而且,由于|z| =1,并通过使用式子(13),我们就可以得到 接下来,如果我们把式子(14)运用到上面这个刚刚得到的式子的话,我们就可以马上得到,或者是这个式子: (15) 因为对于每一个实数或者复数alpha;而言,它满足|alpha;|ge;k, kle;1,那么我们就能轻松得到. 现在通过引理的深入探究和对式子(15)的运用,我们就有了 上面的过程完整且详细地展示了引理5的证明过程。 引理6 假设,它是一个n维的多项式,且它的所有零点满足条件:|z|le;k, kle;1,对于任意一个实数或者复数而言,都有||ge;k,k le;1,i = 1,2, . . . ,t,tle;n-1, 引理6的证明:如果至少存在一个i,i满足1le;ile;t,有||= k,那么不等式(16)成立是显然的。因此,我们可以假设对于满足以下条件的,|| gt; k, kle;1,1le;ile;t,我们接下来只要能够证明在此条件下有引理(16)这个式子成立即可。通过在引理5中令t=1,这个结果显然又是对的。换句话说,如果 || gt; k,那么就会有 接下来,对于上面式子(17 ),我们令t=2,其中的满足||gt; k,那么还是从一维到n维可以变化的多项式。由于P(z)的所有零点都满足条件| z|le;k, kle;1,因此,通过对引理1的运用,的所有零点也都是满足条件| z|le;k, kle;1,然后在从一维变化到n维的n个不同中,运用一下引理5,那么对于绝对值大于k的而言,我们就能轻松得到 跟之前一样,我们对于式子(17)和(18)一起来看一下,结果发现,我们可以得到下面的式子: 所以,对于t等于2是,这结果显然是对的。现在,我们假定着结果对于t等于v,其中v是小于n的,也是成立的。那么换句话说,有以下式子成立: (19) 接下来,我们需要做的就是证明对于t=v 1时,这结果也是成立的。 现在对应于每一个n维多项式P(z)而言,它们的所有零点都是满足|z|le;k, kle;1,那么我们就可以非常肯定地断言,分别是从n维到v维变化的多项式,其中满足||ge;k, kle;1, i = 1, 2, . . . ,upsilon;(upsilon;lt; n) ,而且它们的所有零点都满足|z|le;k。因此,对于任意的,满足条件|| gt; k,紧接着对使用引理5,那么我们就马上得到以下结论: (20) 还是跟之前一样,我们对于式子(19)和式子(20)一起来看一下,我们就会很容易得到 以上证明过程展示了当t=v 1时结论是对的,换句话说,这样就证明了引理。 引理7 假设是一个n维多项式,且它的所有零点都满足 |z|le;k, kle;1。所以对于任意一个实数或者复数而言,这里的满足||ge;k,k le;1, i =1,2, . . . , t, tle;n-1,还有对于任意一个实数或者复数beta;而言,这里的beta;满足|beta;|le;1,那么就有以下式子成立: 引理7的证明:如果P(z)有一个零点满足条件|z|=k,然后取.那么下面我们只需要去证明P(z)的所有零点都满足|z|lt; k,我们就会有mgt;0,mle;|P(z)| 。这个结果是显而易见的。因此,对于任意一个lambda; 而言,其中lambda;满足|lambda;|lt;1,我们就可以知道。紧接着下去,通过 Rouche的理论研究表明,多项式的所有零点都是这样的。其中是复数,而且 ||ge;k, kle;1, i =1,2, . . . , t,tle;n-1, 那么通过引理2可以知道 。 后面在多项式G(z)中再运用引理6,我们就得到了 其中|z|=1. (22) 由于的所有零点都满足条件|z| lt; k, kle;1,因此进一步利用 Rouche的理论,我们就可以从不等式(22)出发,得到一个多项式 这个多项式的所有零点是满足如下条件:|z|lt;1且|beta;|lt;1。后面我们通过对G(z)的代替处理,我们就可以轻松得到如下结论了:多项式 将在如下条件下:| z|ge;1无零点。这个式子也表明对于任意一个绝对值小于1的beta;和绝对值大于等于1的z而言,就有如下情况: 如果式子(24)不是正确的话,那么也会存在一个满足如下条件z =omega;,|omega;|ge;1 的点,然后就有以下式子成立: 接下来,我们取 所以对于绝对值小于1的lambda;而言,我们在这些lambda;当中选择其中一个,并且利用式子(23),我们就会有当|omega;|ge;1时, T(omega;) = 0这种结果。但是这个也表明了一个事实:就是当 | z|ge;1时,的。又因为其中的beta;是满足如下条件的:|beta;| = 1,所以式子(24)也就自然而然的成立了。那么综合上述所言,引理7也就证明完了。
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原文:
A generalized inequality for the polar derivative of a polynomial
Singh et al. Journal of Inequalities and Applications 2013, 2013:183
Gulshan Singh1*, Wali Mohammad Shah2 and Abdul Liman3
Abstract: In this paper, we extend a result recently proved by Liman et al. to the polar derivative of a polynomial and thereby obtain some more general results for polynomials with restricted zeros.
MSC: 30A10; 30C10; 30C15
Key words: polynomial; inequality; zeros; polar derivative
1 Introduction and statement of results
Let be a polynomial of degree n, and let be its derivative, then . (1)
Inequality (1) is a famous result due to Bernstein and is best possible with equality holding for the polynomial ,whereis a complex number.
If we restrict ourselves to a class of polynomials having no zeros in, then the above inequality can be sharpened. In fact, Erdouml;s conjectured and later Lax [1] proved that if ,in , then
(2)
As a refinement of (2), Aziz and Dawood [2] proved that if P(z) is a polynomial of degree n having no zeros in , then
(3)
As an improvement of (3), Dewan and Hans [3] proved that if P(z) is a polynomial of degree n having no zeros in , then for any beta; withand ,
(4)
Let denote the polar derivative of the polynomial P(z) of degree n with respect to , then
.
The polynomial is of degree at most n-1 and it generalizes the ordinary derivative in the sense that
As an extension of (1) to the polar derivative, Aziz and Shah ([4], Theorem 4 with k = 1) showed that if P(z) is a polynomial of degree n, then for every complex number with ,
(5)
Inequality (5) becomes equality for
If we divide the two sides of (5) by and let , we get inequality (1).Aziz and Shah [5] proved that if P(z) is a polynomial of degree n that does not vanish in, then for every complex number with ,
(6)
The estimate (6) is best possible with equality for . If we divide both sides of (6) by and make, we get inequality (3).
As an improvement and generalization to (6) and (4), Liman et al. [6] recently proved the following theorem.
Theorem 1 If P(z) is a polynomial of degree n that does not vanish in , then for every complex number , with, and,
(7)
In this paper, we prove the following more general result which is an extension as well as generalization of Theorem and yields a number of known polynomial inequalities.
Theorem 2 Let P(z) be a polynomial of degree n that does not vanish in |z| lt; k, k le;1, then for all real or complex numbers with ||ge;k, kle;1, i = 1, 2, . . . , t, t le;n–1 and for any real or complex numberwith ||le;1 and for |z| =1,
Remark Theorem 1 is a special case of Theorem 2 when we take t = k =1.
If we take t =1 in Theorem 2, we get the following corollary.
Corollary 1 If P(z) is a polynomial of degree n that does not vanish in | z| lt; k, k le;1, then for all complex numbers , with ||ge;k, k le;1, ||le;1, and for | z| =1,
If we take k = 1 in Theorem 2, we get the following result.
Corollary 2 Let P(z) be a polynomial of degree n that does not vanish in | z|le;1, then for all real or complex numbers with ||ge;1, i =1,2,..., t, t le;n-1 and for any real or complex number beta; with | beta; |le;1 and for | z| = 1,
For beta;=0 and t =1 in Theorem 2, we get the following.
Corollary 3 Let P(z) be a polynomial of degree n that does not vanish in | z| lt; k, kle;1, then for any real or complex numberwith ||ge;k, kle;1,
If we take k =1 in Corollary 3, then (10) reduces to (6).
By taking t =1 in (8), dividing both sides of (8) by |alpha;| and letting |alpha;| → infin;, we have the following generalization of inequality (4).
Corollary 4 Let P( z) b e a polynomial of degree n that does not vanish in |z|lt; k, kle;1, then for any real or complex number beta; with |beta;|le;1 and |z| =1,
Taking beta;=1 and k=1 in Corollary 4, (11) reduces to (3).
2 Lemmas
We require the following lemmas. The first lemma follows from Laguerrersquo;s theorem [7,P.52] (see also [8]).
Lemma 1 If all the zeros of the nth degree polynomial P(z) lie in a circular region C, and if xi; is any zero of
the polar derivative of P(z), then both points xi; and alpha; may not lie outside of C.
By repeated applications of Lemma 1, we get the following result, when the circular region C is the circle |z|le;r.
Lemma 2 If all the zeros of the nth degree polynomial P(z) lie in |z|le;r and if none of the pointslie in |z|le;r, then each of the polar derivatives,t = 1, 2, . . . , n-1, has all its zeros in |z|le;r.
Lemma 3Ifis a polynomial of degree n having no zeros in the disk |z|lt; k, kge;1, then
The above lemma is due to Chan and Malik [9].
Lemma 4 Ifis a polynomial of degree n having all its zeros in the disk |z|le;kle;1, then
Proof of Lemma 4 Since all the zeros of P(z) lie in |z|le;kle;1, therefore all the zeros of lie in |z|ge;kge;1. Hence applying Lemma 3 to the polynomial ,we get
Hence, inequality (12) follows.
Lemma 5 Let ,be a polynomial of degree n having all its zeros in the disk |z|le;k, kle;1, then for every real or complex number alpha; with |alpha;| ge;k,k le;1 and for |z| =1,
Proof of Lemma 5 Let , we have . Then it can be easily verified that
Since P(z) has all
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