S13. 大值与 Ω-下界:共振器谱半径、软窗 AFE 与非渐近存在性
完成函数模板下的大值法(resonance method)与可检下界
作者:Auric 日期:2025-10-21
摘要(定性)
在完成函数与母映射的统一语法下,本文将软窗近似功能方程(AFE)、共振器/放大器的谱变分与Pretentious 距离组织为一套非渐近、可检的大值存在性与 Ω-下界框架。核心机制:对任一固定窗权,窗口二次型的谱半径给出窗内点态大值的阈值;Pretentious 区与非 Pretentious 区分别以“相干链路/非相干链路“提供稳定下界;误差统一由**Nyquist–Poisson–有限阶 Euler–Maclaurin(EM)**三分解精确记账,并与“极点 = 主尺度““方向增长 = 支持函数上包“保持一致。
0. 记号与前置
0.1 完成函数与功能方程
设
其中 由有限个 -因子与 的幂配平,使中心轴为 。垂线增长由 的 Stirling 展开配平。工作竖条记 。
0.2 窗口化平均、Gram 核与半正性
取 ,,并假定
定义
对任意有限支撑系数列 与 Dirichlet 多项式 ,有
其中 ,
由构造 ,故 半正定。选窗 使 可逆;若退化,则在等价范数中添加微正则化
所有结论对 连续。全程在 的极限下解读广义本征对与 Paley–Zygmund,以排除“取极向量 vs. 去正则”的次序歧义。
0.3 软窗 AFE(双窗型)
取偶窗 。记 为 的 Mellin 变换(或在合适归一下的 Fourier 变换)。存在与 相容的光滑核 ,使
算术侧: 为对偶 的 Dirichlet 系数;自对偶时依标准归一有 。一般情形下 的交叉项涉及 ,非 ,相应出现在 的 与 行。本文所有换序与端点处理一律采用有限阶 EM;余项全纯/整,极点仅由主尺度项产生。
余项 的整性:若变换 (Paley–Wiener 类,即带限)且 由 Mellin–Barnes 表达并在以 配平 -增长后不再引入新的 -方向指数增长,则 为指数型()的整函数;若 (快衰窗),则仅保证 全纯且在竖条上次指数增长。
0.4 共振器二次型、广义本征问题与自伴性
置
其中 为由 AFE 与 诱导的有限维核算子。令
因 取实且 取偶并可取实, 满足 ,据此
故 在此二次型下自伴且半正。定义谱半径
由有限维谱定理,存在单位 -范数本征向量 使
0.5 Pretentious 距离、适用域与幅度基线
对 的乘法函数,定义
适用域:本文中与 Pretentious 距离相关的结论适用于 GL(1)(如 Dirichlet )或经归一使 Dirichlet 系数满足 的情形;高阶族不可直接移用 ,需改用(谱)大筛替代版本。特别提醒:高阶族请勿直接移用本节 Pretentious 公式,必须改用谱化大筛版本。 定义幅度基线
1. 谱半径 点态大值
定理 1.1(RMS–sup 与 Paley–Zygmund 的谱阈值)
对广义本征对 的最大本征向量 ,记 。则
进一步,若存在显式常数 满足
则存在 使
为书写简洁,记
证明。一方面,
由二次均值(RMS)不超过上确界()得第一不等式。另一方面取 ,令 ,Paley–Zygmund 给出
取阈值 时,
□
推论 1.2(转化为 的下界)
若在 上 ,其中可用 Cauchy–Schwarz 给出
则
说明:该界与广义本征归一 无冲突(缩放不改变 Rayleigh 商),只需报告实际解得的 或采用 归一的保守界。若将 规模化为 1,则需在优化问题中显式约束 (见 §8.A)。
2. AFE-诱导核与四次能量
引理 2.1( 的显式表达)
记 、。在 §0.3 的 AFE 下,
其中
其中
备注:自对偶()时,第二与第三行可合并为 的等价写法,但为保持一般性与自伴性,建议保留四项显式展开。按上式四项展开,。
“整层校正“由 AFE 余项与有限阶 EM 端点项诱导,给出一个有界的自伴扰动矩阵 。故
且 可由 §2.2 的四次能量常数与 §6 的“别名 + 伯努利层 + 窗尾“三项显式上界。
说明:此处补全 展开后对 的双重和与 / 交叉项(含正确的共轭结构),使 成立。□
引理 2.2(四次能量的可检上界)
存在有限常数
(或以 §7 的方向增长上包取代 )使
当 带限并按 Nyquist 采样时,可经采样离散化为有限矩阵范数问题,继而以 Schur/Hilbert–Schmidt 界结合“别名=0 + 伯努利层 + 窗尾”三项给出构造性的有限上界(见 §6)。□
3. Pretentious 相干链路(GL(1) 适用)
定理 3.1(Pretentious 小距离 窗口大值)
本节仅适用于 GL(1)。以下结论在取共振器长度 (或至少 )的约定下成立,统一以 计。取 。若存在 与配准 使 ,且 在 平滑,则对谱最优 有
证明略(相干近似嵌入 AFE 主和,配合谱优化与定理 1.1)。
4. 非相干链路的 Ω-下界(Rayleigh 测试向量法)
定义(AFE 主系数向量):取
(直观:以 AFE 主和的“形状“作同相测试向量。)
定理 4.1(非相干 Ω-下界)
以下结论在取共振器长度 (或至少 )的约定下成立。设 并满足 §0 的窗/AFE/EM 条件。令 为按上式定义的 AFE 主系数向量。则存在常数 使
从而(若 )
5. 中心轴与完成函数
令
定理 5.1(中心轴的共振下界)
在 上取使 AFE 对称的偶窗 。则对 有
带限窗时, 的误差主要由 §6 的三分解给出显式上界;此外仍受 §2 的四次能量常数与 §7 的方向上包常数控制。此处误差指数值离散与 EM 端点;与 解析增长相关的常数由 §2 的 与 §7 的方向上包控制。
6. 非渐近误差预算:Nyquist–Poisson–EM 三分解
令 为窗口化 integrand,具体形式为
(分别用于计算 或含 的能量)。取步长 、EM 阶 、截断 。则
带宽规则:当 均带限时, 的带宽由两者带宽的卷积上界给出。当 满足 Nyquist 条件(步长 带宽倒数)时,别名项严格为 0;否则按上式给出显式上界。完成函数的垂线配平与 S10 的支持函数上包共同给出窗尾指数衰减。常数 与 可由 的带宽与伯努利数显式给出。
7. 极点—增长兼容性
方向上包的可检定义:存在凸函数 (称为方向上包),使得对固定 与所有 ,有
当 带限且数值积分满足 Nyquist 条件时,上包 与带宽常数给出 的有限性与 §6 “窗尾“的指数衰减常数。
命题 7.1(“极点 = 主尺度”“方向增长 = 支持函数上包“保持)
AFE 双窗、mollifier/共振器插入与有限阶 EM 校正仅改变整/全纯层,不引入新极点且不提高任何已存在极点的阶;方向增长指标仍受支持函数上包控制。因此大值法与极点定位/增长几何完全一致。
8. 例示模板
A. Dirichlet , 取 为平滑区间窗,,。按谱问题得 ;若 ,则
可通过 归一配合 Cauchy–Schwarz 控制 。若要把 规模化至 ,需在谱问题中加入
的非线性(凸)约束;为保持广义本征问题的线性结构,本文默认采用 归一配合 Cauchy–Schwarz 的保守上界控制 (或仅在事后报告由解得的 值)。提醒: 控制的 一般偏保守,数值阈值因此可能下降,但理论不等式仍成立。
B. 椭圆曲线 的中心轴 在 上取带限窗并考虑 。则
误差由 §6 三项显式上界控制。
9. 失效族与边界机制
- EM 无穷层:将 EM 误作无穷级会引入伪极点与阈值扭曲;应固定有限阶,余项整函数吸收。
- 别名污染:步长与带宽不匹配致 采样重叠;用带限窗并满足 Nyquist 条件消除。
- 方向退化:若主项同速同向,核能量集中导致退化;可更换方向或采用多方向联合。
- Pretentious 极端平台:高相干使四次能量常数恶化;提高正则、拓宽窗或避免完全对齐。
10. 可检清单(最小充分条件)
- 接口/条带:给出 并验证完成函数模板;竖条内一律用有限阶 EM。
- AFE:选偶窗 (带限或指数衰减),构造 并记录 的整/指数型整性质。
- 谱解:建立 ,解 ;校核 的点态上界(或采用上段 非线性约束的替代方案)。
- 四次能量:用引理 2.2 或“二/四次能量比 + Paley–Zygmund“校核 。
- Pretentious 评估:计算 并在相干/非相干两端分别调用 §3/§4 的结论(GL(1) 适用)。
- 误差预算:按 §6 逐项给出“别名 + 伯努利层 + 窗尾“的数值上界,并在带限/Nyquist 条件下声明“别名=0“。
- 极点/增长一致:确认“极点 = 主尺度““方向增长 = 支持函数上包“未被改变。
- 可逆性/正则化:确保 可逆;必要时采用 -正则并令 。
- 长度匹配:明确共振器长度 与分析长度 的匹配( 或 ;若 则以 计)。
11. 公开判据与工具(引用)
- Rayleigh–Ritz 与有限维谱定理:最大 Rayleigh 商由本征向量取得(广义本征对 同理)。
- Paley–Zygmund 不等式:对非负随机变量 ,。 (本文取 ,且四次能量界保证 。)
- Schur 检验:以核的行/列可和性界定 Hilbert–Schmidt/算子范数。
- Nyquist–Shannon 带限采样:带限窗下别名项全消。
- 有限阶 Euler–Maclaurin:端点校正仅贡献整层/全纯层,极点来源保持主尺度。
12. 与既有篇章的接口
- ↔ S2(零集几何):选择方向/尺度带与窗形时,幅度平衡超平面提供局部化骨架;在中心轴场景与二项闭合模板一致。
- ↔ S3(完成函数): 正规化与中心轴 的对称用于垂线配平;本篇的阈值与 AFE 依赖于完成函数模板的合法域。
- ↔ S4(有限阶 EM):“极点 = 主尺度”的保持与误差学的端点层全由有限阶 EM 保障;谱核/矩阵中的“整层校正”来自 EM 端点。
- ↔ S5(方向亚纯化):方向极点位置与阶用于评估窗尾与方向增长,指导步长与带宽的选择。
- ↔ S6(信息刻度): 的方差律与对偶为窗宽选择与“典型规模”度量提供信息—几何依据; 与 S6 的刻度一致化。
- ↔ S7(-函数接口):degree/conductor/完成函数的参数化为窗与尺度变量提供统一记账;与显式公式一侧的核选择相容。
- ↔ S8(Nyquist–Poisson–EM 三分解):别名/伯努利层/窗尾三项给出非渐近误差常数;带限窗 + Nyquist 消除别名。
- ↔ S9(Pretentious 距离):相干/非相干链路分别以 控制大值窗口与 Ω-下界;GL(1) 之外需改用谱化大筛。
- ↔ S10(Amoeba 几何与增长):支持函数上包控制方向增长;Ronkin 凸性与主导子和区解释“阈值=谱半径”的几何稳定性。
- ↔ S11(迹公式接口):选用与显式/迹公式同族的窗核()可将谱侧放大与几何侧局部化统一到同一变分框架。
- ↔ S12(AFE/放大器):本篇的大值与 Ω-下界完全构建在软窗 AFE 与广义本征放大之上;误差预算与 S12 的三分解一致。
结语
本文以谱半径—RMS–sup—Paley–Zygmund为外壳、以软窗 AFE为内核,并辅以Pretentious 距离与Nyquist–Poisson–EM误差学,建立了在固定窗下非渐近、可检的大值存在性与 Ω-下界: 即为窗内点态大值的能量阈值;相干—非相干两端分别提供稳定窗口与指数折扣的普适下界;全程保持“极点 = 主尺度“与方向增长几何的一致性。长度参数 与 的匹配、核的自伴性来源及整层扰动的可控性均在统一框架内明确,便于直接落地到 GL(1) 族与中心轴场景,并为更高阶族的谱化推广提供清晰接口。