Chebyshev-Grüss- and Ostrowski-type Inequalities

Chebyshev-Grüss- und Ostrowski-typ Ungleichungen Mein Promotionsvorhaben "Chebyshev-Grüss- and Ostrowski-type Inequalities" befasst sich mit Chebyshev-Grüss- und Ostrowski-Typ-Ungleichungen im univariaten und bivariaten Fall. Derartige Ungleichungen haben in den letzten Jahren, auch aufgrund ihrer Anwendungen, viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die klassische Form der Grüss-Ungleichung, die zum ersten Mal von G. Grüss im Jahre 1935 publiziert wurde, gibt eine Abschätzung für die Differenz zwischen dem Integral des Produktes und dem Produkt der Integrale zweier Funktionen in C[a,b] an. In den folgenden Jahren erschienen in der Literatur viele Varianten dieser Ungleichung. Die vorgelegte Dissertation besteht aus fünf Kapiteln. Der erste Abschnitt beinhaltet Hilfsmittel, die im weiteren Verlauf benötigt werden. Wesentlich dabei sind: Stetigkeitsmodule, das K- Funktional und seine Beziehung zu den Modulen, positive und nicht notwendig positive lineare Operatoren. Im zweiten Kapitel sind Chebyshev-Grüss-Typ-Ungleichungen im eindimensionalen Fall von Interesse. Zunächst werden einige Hilfsergebnisse und Anwendungen derselben angegeben; ebenso wird auf die Historie verwiesen. Einige Bemerkungen und Ergebnisse zur Ungleichung von Chebyshev werden ebenfalls vorgestellt. (Pre-) Chebyshev-Grüss-Typ-Abschätzungen werden anschließ end eingeführt, und zwar mit Hilfe von zweiten Momenten, ersten absoluten Momenten und Größen, die Differenzen von zweiten und ersten Momenten enthalten. Die wichtigsten Ergebnisse betreffen (positive) lineare Operatoren. Für die entsprechenden Anwendungen sind Oszillationen, die durch die kleinste konkave Majorante des ersten Moduls der Ordnung 1 ausgedrückt werden, das zentrale Hilfsmittel. Die Verwendung solcher Oszillationen umfasst alle Punkte im betrachteten Intervall; dies ist die Motivation für einen weiteren Ansatz, der weniger Punkte betrachtet. Derartige diskrete Oszillationen in Chebyshev-Grüss-Typ-Ungleichungen für mehr als zwei Funktionen werden am Ende dieses Kapitels ebenfalls betrachtet. Der dritte Abschnitt überträgt die Ergebnisse des univariaten auf den bivariaten Fall. Hier wird das Verfahren der parametrischen Erweiterungen verwendet. Hilfs-und historische Ergebnisse werden im ersten Teil dargestellt. Sodann werden für ausgewählte Operatoren deren Tensorprodukte betrachtet. Anwendungen werden sowohl für den Ansatz mit der kleinsten konkaven Majorante als auch für den via diskreter Oszillationen gegeben. Der Zweck des vierten und fünften Kapitels ist es, diese Studie zu vervollständigen in dem Sinne, dass univariate und bivariate Ostrowski-Typ-Ungleichungen dargestellt werden. Hier werden zunächst einige historische Betrachtungen angestellt und die entsprechenden Ergebnisse anschließ end modifiziert und teilweise verbessert. Das letzte Kapitel stellt zwei Beispiele von Ostrowski-Typ-Ungleichungen im bivariaten Fall vor. Die beiden Anwendungen, die hier angegeben wurden, betreffen Produkte von Bernstein-Stancu und Bernstein-Durrmeyer-Operatoren mit Jacobi-Gewichten. In beiden Fällen werden Ostrowski-Typ-Ungleichungen mit oder ohne Beteiligung der Iterierten der Operatoren erhalten. Der Grenzwert der Iterierten von positiven linearen Operatoren wird ebenfalls untersucht. Es gibt eine Verbindung zwischen Ostrowski- und Grüss-Ungleichungen, die den Begriff "Ostrowski-Grüss-Typ-Ungleichungen", der häufig in der Literatur verwendet wird, erklärt. Aus Gründen der Klarheit wird betont, dass der Begriff in dieser Arbeit ausschließlich dann verwendet wird, wenn die untere Schranke der Fehlerterm in der einfachsten Quadraturformel ist, während die obere Schranke eine Differenz der oberen und unteren Grenze der Funktion enthält, so wie dies auch in der Arbeit von G. Grüss aus dem Jahr 1935 der Fall ist. Hierbei sei daran erinnert, dass der Begriff "Ostrowski-Grüss-Typ-Ungleichung" zuerst von Dragomir et al. in einem Artikel aus dem Jahr 1997 geprägt wurde.My PhD thesis deals with Chebyshev-Grüss- and Ostrowski-type inequalities in the univariate and bivariate case. Such inequalities have drawn much attention in recent years due to their applications. The classical form of Grüss' inequality, first published by G. Grüss in 1935, gives an estimate of the difference between the integral of the product and the product of the integrals of two functions in C[a,b]. In the following years a lot of variants of this inequality appeared in the literature. This talk consists of five parts. The first part includes a motivation, containing some introductory instruments that are further used to obtain the results. In the second section, Chebyshev-Grüss-type inequalities in the one-dimensional case are of interest. The results are introduced with the help of second moments, first absolute moments and quantities over differences of second and first moments. They are applied to (positive) linear operators. Oscillations which are expressed by the least concave majorant of the first order modulus are used in the first place. The use of such oscillations includes all points in the considered interval, and that is the reason why a new approach arises looking at fewer points. When talking about discrete oscillations, Chebyshev-Grüss-type inequalities for more than two functions are obtained at the end of this section. The third section extends the results from the univariate to the bivariate case. The method of parametric extensions by means of product of two compact metric spaces is used. Applications are given for both the approach with the least concave majorant and also for the one via discrete oscillations. The purpose of the fourth and fifth sections is to complete this study, in the sense that univariate and bivariate Ostrowski-type inequalities are also considered. Some applications are specified and Ostrowski type inequalities are obtained, with or without the participation of the iterates of the operators. The limit of the iterates of positive linear operators is also studied

Ahlfors circle maps and total reality: from Riemann to Rohlin

This is a prejudiced survey on the Ahlfors (extremal) function and the weaker {\it circle maps} (Garabedian-Schiffer's translation of "Kreisabbildung"), i.e. those (branched) maps effecting the conformal representation upon the disc of a {\it compact bordered Riemann surface}. The theory in question has some well-known intersection with real algebraic geometry, especially Klein's ortho-symmetric curves via the paradigm of {\it total reality}. This leads to a gallery of pictures quite pleasant to visit of which we have attempted to trace the simplest representatives. This drifted us toward some electrodynamic motions along real circuits of dividing curves perhaps reminiscent of Kepler's planetary motions along ellipses. The ultimate origin of circle maps is of course to be traced back to Riemann's Thesis 1851 as well as his 1857 Nachlass. Apart from an abrupt claim by Teichm\"uller 1941 that everything is to be found in Klein (what we failed to assess on printed evidence), the pivotal contribution belongs to Ahlfors 1950 supplying an existence-proof of circle maps, as well as an analysis of an allied function-theoretic extremal problem. Works by Yamada 1978--2001, Gouma 1998 and Coppens 2011 suggest sharper degree controls than available in Ahlfors' era. Accordingly, our partisan belief is that much remains to be clarified regarding the foundation and optimal control of Ahlfors circle maps. The game of sharp estimation may look narrow-minded "Absch\"atzungsmathematik" alike, yet the philosophical outcome is as usual to contemplate how conformal and algebraic geometry are fighting together for the soul of Riemann surfaces. A second part explores the connection with Hilbert's 16th as envisioned by Rohlin 1978.Comment: 675 pages, 199 figures; extended version of the former text (v.1) by including now Rohlin's theory (v.2

Universalität und Hypertranszendenz von Zetafunktionen

The starting point of the thesis is the {\it universality} property of the Riemann Zeta-function $\zeta(s)$ which was proved by Voronin in 1975: {\it Given a positive number $\varepsilon>0$ and an analytic non-vanishing function $f$ defined on a compact subset $\mathcal{K}$ of the strip $\left\{s\in\mathbb{C}:1/2 < \Re s< 1\right\}$ with connected complement, there exists a real number $\tau$ such that \begin{align}\label{continuous} \max\limits_{s\in \mathcal{K}}|\zeta(s+i\tau)-f(s)|<\varepsilon. \end{align} } In 1980, Reich proved a discrete analogue of Voronin’s theorem, also known as {\it discrete universality theorem} for $\zeta(s)$: {\it If $\mathcal{K}$, $f$ and $\varepsilon$ are as before, then \begin{align}\label{discretee} \liminf\limits_{N\to\infty}\dfrac{1}{N}\sharp\left\{1\leq n\leq N:\max\limits_{s\in \mathcal{K}}|\zeta(s+i\Delta n)-f(s)|0, \end{align} where $\Delta$ is an arbitrary but fixed positive number. } We aim at developing a theory which can be applied to prove the majority of all so far existing discrete universality theorems in the case of Dirichlet $L$-functions $L(s,\chi)$ and Hurwitz zeta-functions $\zeta(s;\alpha)$, where $\chi$ is a Dirichlet character and $\alpha\in(0,1]$, respectively. Both of the aforementioned classes of functions are generalizations of $\zeta(s)$, since $\zeta(s)=L(s,\chi_0)=\zeta(s;1)$, where $\chi_0$ is the principal Dirichlet character mod 1. Amongst others, we prove statement (2) where instead of $\zeta(s)$ we have $L(s,\chi)$ for some Dirichlet character $\chi$ or $\zeta(s;\alpha)$ for some transcendental or rational number $\alpha\in(0,1]$, and instead of $(\Delta n)_{n\in\mathbb{N}}$ we can have: \begin{enumerate} \item \textit{Beatty sequences,} \item \textit{sequences of ordinates of $c$-points of zeta-functions from the Selberg class,} \item \textit{sequences which are generated by polynomials.} \end{enumerate} In all the preceding cases, the notion of {\it uniformly distributed sequences} plays an important role and we draw attention to it wherever we can. Moreover, for the case of polynomials, we employ more advanced techniques from Analytic Number Theory such as bounds of exponential sums and zero-density estimates for Dirichlet $L$-functions. This will allow us to prove the existence of discrete second moments of $L(s,\chi)$ and $\zeta(s;\alpha)$ on the left of the vertical line $1+i\mathbb{R}$, with respect to polynomials. In the case of the Hurwitz Zeta-function $\zeta(s;\alpha)$, where $\alpha$ is transcendental or rational but not equal to $1/2$ or 1, the target function $f$ in (1) or (2), where $\zeta(\cdot)$ is replaced by $\zeta(\cdot;\alpha)$, is also allowed to have zeros. Until recently there was no result regarding the universality of $\zeta(s;\alpha)$ in the literature whenever $\alpha$ is an algebraic irrational. In the second half of the thesis, we prove that a weak version of statement \eqref{continuous} for $\zeta(s;\alpha)$ holds for all but finitely many algebraic irrational $\alpha$ in $[A,1]$, where $A\in(0,1]$ is an arbitrary but fixed real number. Lastly, we prove that the ordinary Dirichlet series $\zeta(s;f)=\sum_{n\geq1}f(n)n^{-s}$ and $\zeta_\alpha(s)=\sum_{n\geq1}\lfloor P(\alpha n+\beta)\rfloor^{-s}$ are hypertranscendental, where $f:\mathbb{N}\to\mathbb{C}$ is a {\it Besicovitch almost periodic arithmetical function}, $\alpha,\beta>0$ are such that $\lfloor\alpha+\beta\rfloor>1$ and $P\in\mathbb{Z}[X]$ is such that $P(\mathbb{N})\subseteq\mathbb{N}$.Der Ausgangspunkt dieser Dissertation ist die folgende {\it Universalit\"atseigenschaft} der Riemannschen Zetafunktion $\zeta(s)$, die von Voronin 1975 nachgewiesen wurde: {\it Zu gegebenem $\varepsilon>0$ und einer analytischen nullstellenfreien Funktion $f$, die auf einer kompakten Teilmenge $\mathcal{K}$ des Streifens $\left\{s\in\mathbb{C}:1/2 < \Re s< 1\right\}$ mit zusammenh\"angendem Komplement definiert ist, existiert eine reelle Zahl $\tau$, so dass \begin{align}\label{continuouus} \max\limits_{s\in \mathcal{K}}|\zeta(s+i\tau)-f(s)|<\varepsilon.\tag*{(1)} \end{align} } Im Jahr 1980 bewies Reich folgendes diskrete Analogon des Voroninschen Satzes, welches auch als {\it diskretes Universalit\"atstheorem} f\"ur $\zeta(s)$ bekannt ist: {\it Sind $\mathcal{K}$, $f$ und $\varepsilon$ wie oben, so gilt \begin{align}\label{discreteeee} \liminf\limits_{N\to\infty}\dfrac{1}{N}\sharp\left\{1\leq n\leq N:\max\limits_{s\in \mathcal{K}}|\zeta(s+i\Delta n)-f(s)|0,\tag*{(2)} \end{align} wobei $\Delta$ eine beliebige, aber fest gew\"ahlte positive reelle Zahl bezeichnet. } Unser Ziel ist die Entwicklung einer Theorie, welche die Mehrheit der bislang bewiesenen diskreten Universalit\"atstheoreme im Fall Dirichletscher $L$-Funktionen $L(s,\chi)$ und Hurwitzscher Zetafunktionen $\zeta(s;\alpha)$ (wobei $\chi$ ein Dirichlet-Charakter ist und $\alpha\in(0,1]$) umfasst. Beide genannten Funktionenklassen verallgemeinern $\zeta(s)$, denn $\zeta(s)=L(s,\chi_0)=\zeta(s;1)$, wobei $\chi_0$ der Hauptcharakter modulo 1 ist. Neben anderen Resultaten beweisen wir Aussage (2) mit $L(s,\chi)$ f\"ur einen beliebigen Dirichlet-Charakter $\chi$ bzw. $\zeta(s;\alpha)$ f\"ur ein transzendentes oder rationales $\alpha\in(0,1]$ anstelle von $\zeta(s)$ sowie $(\Delta n)_{n\in\mathbb{N}}$ ersetzt durch eine der nachstehenden Folgen: \begin{enumerate} \item \textit{Beatty-Folgen,} \item \textit{Folgen von Imagin\"arteilen der $c$-Punkte einer beliebigen Zetafunktion der Selbergklasse,} \item \textit{Folgen, die durch ein Polynom generiert werden.} \end{enumerate} In all diesen F\"allen spielt der Begriff einer {\it gleichverteilten Folge} eine wichtige Rolle, und wir schenken diesem Aspekt besondere Beachtung im Folgenden. Speziell f\"ur den Fall der Polynome benutzen wir weitere fortgeschrittene Techniken der Analytischen Zahlentheorie, wie besipielsweise Schranken f\"ur Exponentialsummen und Nullstellen-Dichtigkeitsabsch\"atzungen f\"ur Dirichletsche $L$-Funktionen. Dies erlaubt uns, die Existenz gewisser diskreter quadratischer Momente f\"ur $L(s,\chi)$ und $\zeta(s;\alpha)$ links der vertikalen Geraden $1+i\mathbb{R}$ im Polynom-Fall zu beweisen. Im Fall der Hurwitzschen Zetafunktion $\zeta(s;\alpha)$, wobei $\alpha$ transzendent oder rational, aber ungleich $1/2$ oder 1 ist, kann die zu approximierende Funktion $f$ in (1) oder (2), wobei $\zeta(\cdot)$ durch $\zeta(\cdot;\alpha)$ zu ersetzen ist, sogar Nullstellen besitzen. Bis vor kurzem waren hinsichtlich der Universalit\"at von $\zeta(s;\alpha)$ in der Literatur f\"ur algebraisch-irrationale $\alpha$ keine Ergebnisse erzielt worden. Im zweiten Teil der Dissertation beweisen wir eine schwache Version der Aussage \eqref{continuous} f\"ur $\zeta(s;\alpha)$ f\"ur alle algebraisch-irrationalen $\alpha\in[A,1]$ bis auf h\"ochstens endlich viele Ausnahmen, wobei $A\in(0,1]$ eine beliebige, aber fest gew\"ahlte reelle Zahl ist. Schlie\ss{}lich weisen wir die Hypertranszendenz der gew\"ohnlichen Dirichlet-Reihen $\zeta(s;f)=\sum_{n\geq1}f(n)n^{-s}$ und $\zeta_\alpha(s)=\sum_{n\geq1}\lfloor P(\alpha n+\beta)\rfloor^{-s}$ nach, wobei $f:\mathbb{N}\to\mathbb{C}$ irgendeine {\it Besicovitch-fastperiodische zahlentheoretische Funktion} ist, $\alpha,\beta>0$ der Ungleichung $\lfloor\alpha+\beta\rfloor>1$ gen\"ugt und $P\in\mathbb{Z}[X]$ die Bedingung $P(\mathbb{N})\subseteq\mathbb{N}$ erf\"ullt

Maximal Hardy Fields

We show that all maximal Hardy fields are elementarily equivalent as differential fields, and give various applications of this result and its proof. We also answer some questions on Hardy fields posed by Boshernitzan.Comment: 470 pp. This document is not intended for publication in its current for