Диференціальні властивості тригонометричних поліномів, що апроксимують задану функцію
У цьому параграфі встановлюється, що якщо тригонометричний поліном tn(x) близький до заданої функції f, то його модулі безперервності можна оцінити через модулі безперервності f.
Теорема 3. Зафіксуємо натуральні числа до і n і хай
(5.1)
Тоді для будь-якого
(5.2)
(5.3)
(5.4)
і

(5.5)
Попередні зауваження. Нерівності (5.2) і (5.4) переважно для великих d, а (5.3) -для малих. Якщо то (5.2) сильніше, ніж (5.4); проте (5.4) має більш симетричну форму і часто зручніше в додатках.
Доказ. Доведемо (5.2). Користуючись (2.1), (2.2) і (5.1), маємо

Доведемо (5.5). Покладемо в (5.2) . Тоді отримаємо :
після чого (4.5) дає (5.5).
(5.3) виходить з (5.5) в силу (2.11).
Залишається довести (5.4). Хай спершу . Тоді з (5.4) слідує:

Розглянемо, нарешті, випадок . З нерівності (2.7) виводиться
Підставляючи цю оцінку в (5.3), отримуємо (5.4) для .
Таким чином, теорема повністю доведена.
Слідство 3.1. Хай для деякого натурального до і будь-якого натурального n
(5.6)
Тоді для будь-якого d>0
(5.7)
рівномірно відносно n.
Слідство 3.2. Хай для деякого натурального до і будь-якого натурального n
Тоді
(5.8)
Теорема 4. Для того, щоб необхідно і достатньо, щоб
(5.9)
рівномірно відносно n.
Це витікає з теореми 1, следствия 3.1 і того зауваження що якщо виконана умова (5.9), то .
Теорема 5. Для того, щоб необхідно і достатньо, щоб
(5.10)
Це доводиться аналогічно теоремі 4, тільки замість слідства 3.1 потрібно скористатися слідством 3.2.
Нерівності теореми 3 мають той недолік, що їх праві частини явно залежать від константи С20. Таким чином, якщо замість фіксованого номера n і одного полінома tn розглядати послідовність поліномів {tn} (n=1,2...), то С20 опиниться, взагалі кажучи, незалежною від n і теореми 3 дає оцінки, не рівномірні відносно n. Покажемо як позбавитися від цієї незручності.
Теорема 6. Хай для деякого натурального до
(5.11)
і
(5.12)
Тоді для будь-якого d>0
(5.13)
рівномірно відносно n.
Доказ. Хай спершу . З нерівності (5.2) виходить, що
і на підставі (5.11)
(5.14)
Розглянемо випадок . Покладемо в (5.14) . Тоді отримаємо
З цієї нерівності, в силу, витікає, що
Але оскільки, по умові то
Звідси
Остаточно
і теорема доведена.
У наступному параграфі буде показано, як можна видозмінити обмеження (5.11) теореми 6.