Behaviour of Birkhoff sums generated by rotations of the circle

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

For continuous functions $f$ with zero mean on the circle we consider the Birkhoff sums $f(n,x,h)$ generated by the rotations by $2\pi h$, where $h$ is an irrational number. The main result asserts that the growth rate of the sequence $\max_x f(n,x,h)$ as $n \to \infty$ depends only on the uniform convergence to zero of the Birkhoff means $\frac{1}{n}f(n,x,h)$. Namely, we show that for any sequence $\sigma_k \to 0$ and any irrational $h$ there exists a function $f$ such that the sequence $\max_x f(n,x,h)$ increases faster than $n\sigma_n$. We also show that for any function $f$ that is not a trigonometric polynomial there exist irrational $h$ for which some subsequence $\max_x f(n_k,x,h)$ increases faster than the corresponding subsequence $n_k\sigma_{n_k}$.We present applications to weighted shift operators generated by irrational rotations and to their resolvents. Namely, we show that the resolvent of such an operator can increase arbitrarily fast in approaching the spectrum.Bibliography: 46 titles.

About the authors

Anatolij Borisovich Antonevich

Belarusian State University

Email: antonevich@bsu.by
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

Andrey Vasilyevich Kochergin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Economics

Email: a.kochergin@gmail.com
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

Ali Abdulhussein Shukur

University of Kufa; Belarusian State University

Email: shukur.math@gmail.com
Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor

References

  1. И. П. Корнфельд, Я. Г. Синай, С. В. Фомин, Эргодическая теория, Наука, М., 1980, 384 с.
  2. А. Б. Каток, Б. Хасселблат, Введение в современную теорию динамических систем, Факториал, М., 1999, 768 с.
  3. А. Пуанкаре, О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями, ГИТТЛ, М.–Л., 1947, 392 с.
  4. H. Poincare, “Sur les series trigonometriques”, C. R. Acad. Sci. Paris, 101 (1886), 1131–1134
  5. В. В. Козлов, Методы качественного анализа в динамике твердого тела, 2-е изд., НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, М.–Ижевск, 2000, 248 с.
  6. В. В. Козлов, “Об одной задаче Пуанкаре”, ПММ, 40:2 (1976), 352–355
  7. А. Б. Крыгин, “Об $omega$-предельных множествах гладких цилиндрических каскадов”, Матем. заметки, 23:6 (1978), 873–884
  8. Е. А. Сидоров, “Об условиях равномерной устойчивости по Пуассону цилиндрических систем”, УМН, 34:6(210) (1979), 184–188
  9. Н. Г. Мощевитин, “Распределение значений линейных функций и асимптотическое поведение траекторий некоторых динамических систем”, Матем. заметки, 58:3 (1995), 394–410
  10. Д. В. Аносов, “Об аддитивном функциональном гомологическом уравнении, связанном с эргодическим поворотом окружности”, Изв. АН СССР. Сер. матем., 37:6 (1973), 1259–1274
  11. В. И. Арнольд, “Малые знаменатели и проблемы устойчивости движения в классической и небесной механике”, УМН, 18:6(114) (1963), 91–192
  12. А. Я. Гордон, “Достаточное условие неразрешимости аддитивного функционального гомологического уравнения, связанного с эргодическим поворотом окружности”, Функц. анализ и его прил., 9:4 (1975), 71–72
  13. А. А. Гура, “Гомологические уравнения и топологические свойства $S^1$-расширений над эргодическим поворотом окружности”, Матем. заметки, 23:3 (1978), 463–470
  14. А. В. Рождественский, “Об аддитивном когомологическом уравнении и типичном поведении сумм Биркгофа над сдвигом многомерного тора”, Динамические системы и оптимизация, Сборник статей. К 70-летию со дня рождения академика Дмитрия Викторовича Аносова, Труды МИАН, 256, Наука, МАИК «Наука/Интерпериодика», М., 2007, 278–289
  15. Е. А. Сидоров, “Топологически транзитивные цилиндрические каскады”, Матем. заметки, 14:3 (1973), 441–452
  16. А. Н. Колмогоров, “О динамических системах с интегральным инвариантом на торе”, Докл. АН СССР, 93:5 (1953), 763–766
  17. Л. Г. Шнирельман, “Пример одного преобразования плоскости”, Изв. Донского политехн. ин-та, 14 (1930), 64–74
  18. A. S. Besicovitch, “A problem on topological transformation of the plane”, Fund. Math., 28 (1937), 61–65
  19. W. H. Gottschalk, G. A. Hedlund, Topological dynamics, Amer. Math. Soc. Colloq. Publ., 36, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 1955, vii+151 pp.
  20. A. S. Besicovitch, “A problem on topological transformations of the plane. II”, Proc. Cambridge Philos. Soc., 47 (1951), 38–45
  21. E. Dymek, Transitive cylinder flows whose set of discrete points is of full Hausdorff dimension
  22. А. В. Кочергин, “Новые примеры транзитивных цилиндрических каскадов со свойством Безиковича”, Матем. сб., 209:9 (2018), 3–18
  23. А. Я. Хинчин, Цепные дроби, 4-е изд., Наука, М., 1978, 112 с.
  24. А. В. Кочергин, “Об отсутствии перемешивания у специальных потоков над поворотом окружности и потоков на двумерном торе”, Докл. АН СССР, 205:3 (1972), 515–518
  25. А. В. Кочергин, “Перемешивающий специальный поток над поворотом окружности с почти липшицевой функцией”, Матем. сб., 193:3 (2002), 51–78
  26. А. В. Кочергин, “Замена времени в потоках и перемешивание”, Изв. АН СССР. Сер. матем., 37:6 (1973), 1275–1298
  27. A. B. Antonevich, A. A. Shukur, “On the powers of operator generated by rotation”, J. Anal. Appl., 16:1 (2018), 57–67
  28. И. У. Бронштейн, Неавтономные динамические системы, Штиинца, Кишинев, 1984, 292 с.
  29. А. Б. Антоневич, Линейные функциональные уравнения. Операторный подход, Изд-во «Университетское», Минск, 1988, 232 с.
  30. A. Antonevich, A. Lebedev, Functional-differential equations. I. $C^*$-theory, Pitman Monogr. Surveys Pure Appl. Math., 70, Longman Scientific & Technical, Harlow, 1994, viii+504 pp.
  31. А. Б. Антоневич, А. А. Шукур, “Оценки норм степеней оператора, порожденного иррациональным поворотом”, Докл. НАН Беларуси, 61:1 (2017), 30–35
  32. А. А. Шукур, “Поведение норм степеней оператора, порожденного рациональным поворотом”, Вестник БГУ. Сер. 1, 2016, № 2, 110–115
  33. N. Karapetiants, S. Samko, Equations with involutive operators, Birkhäuser Boston, Inc., Boston, MA, 2001, xxiv+427 pp.
  34. Т. Като, Теория возмущений линейных операторов, Мир, М., 1972, 740 с.
  35. А. Б. Антоневич, “Об изменениях спектра при малых возмущениях оператора”, Вестник БГУ. Сер. 1, 1976, № 3, 60–61
  36. I. Gelfand, “Zur Theorie der Charaktere der Abelschen topologischen Gruppen”, Матем. сб., 9(51):1 (1941), 49–50
  37. Г. Е. Шилов, “Об одной теореме И. М. Гельфанда и ее обобщениях”, Докл. АН СССР, 72 (1950), 641–644
  38. Yu. Lyubich, “Spectral localization, power boundedness and invariant subspaces under Ritt's type condition”, Studia Math., 134:2 (1999), 153–167
  39. А. М. Гомилко, Я. Земанек, “О равномерном резольвентном условии Крейсса”, Функц. анализ и его прил., 42:3 (2008), 81–84
  40. O. Nevanlinna, “Resolvent conditions and powers of operators”, Studia Math., 145:2 (2001), 113–134
  41. A. Gomilko, J. Zemanek, “On the strong Kreiss resolvent condition”, Complex Anal. Oper. Theory, 7:2 (2013), 421–435
  42. Е. М. Дынькин, “Операторное исчисление, основанное на формуле Коши–Грина”, Исследования по линейным операторам и теории функций. III, Зап. науч. сем. ЛОМИ, 30, Изд-во “Наука”, Ленинград. отд., Л., 1972, 33–39
  43. Г. Г. Магарил-Ильяев, В. М. Тихомиров, Выпуклый анализ и его приложения, 2-е изд., Эдиториал УРСС, М., 2000, 176 с.
  44. А. Б. Антоневич, А. А. Шукур, “Об операторах с экспоненциальным ростом резольвенты”, ТВИМ, 2016, № 3(32), 9–20
  45. Б. Я. Левин, Распределение корней целых функций, Гостехиздат, М., 1956, 632 с.
  46. С. Р. Треиль, “Резольвента оператора Тeплица может расти сколь угодно быстро”, Исследования по линейным операторам и теории функций. XVI, Зап. науч. сем. ЛОМИ, 157, Изд-во “Наука”, Ленинград. отд., Л., 1987, 175–177

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2022 Antonevich A.B., Kochergin A.V., Shukur A.A.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).