Equazioni differenziali alle derivate parziali/Regolarità delle funzioni armoniche

Indice del libro

Affrontiamo ora le proprietà di regolarità delle funzioni armoniche. Prima di tutto però analizziamo le proprietà di una particolare funzione che ci sarà utile nelle dimostrazioni.

Il mollificatore

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Consideriamo la funzione su  :

 

  è una variabile di normalizzazione tale che   Questa funzione ha diverse proprietà:

  • per  ,  ,  
  • qualunque derivata di   tende a 0 per  
  •  

Generalizziamo la funzione scalandola e traslandola:

 

il supporto ora ha raggio   ed è centrata in  .

Teorema (Regolarità delle funzioni armoniche)

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Sia   aperto limitato di   e   che soddisfi la proprietà della media

 

Allora  

Dimostrazione

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Consideriamo   tale che  . Eseguiamo la convoluzione di   con  , cioè:

 

Dimostriamo che:

  •  
  •  

Prendiamo  , possiamo passare la derivata rispetto a   sotto l'integrale perché   è in   che è a supporto compatto.

 

Essendo   una funzione  ,   è analitica.

Ora calcoliamo   restingendoci al support di   che è

 

 

Otteniamo quindi da un lato   e dall'altro la misura della superficie sperica di raggio  . Possiamo quindi ricomporre l'integrale sulla sfera.

 

Nell'ultimo integrale abbiamo utilizzato la normalizzazione del mollificatore.

Quindi abbiamo dimostrato che   e  .

Osservazione: se consideriamo   che rispetta la proprietà della media allora   è armonica (vedi Inverso della proprietà della media). L'ultimo teorema dimostra che le funzioni armoniche sono anche analitiche.