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S14. de Branges / Beurling–Nyman 界面

—— 镜像核、Hilbert 子空间与信息—变分等价

作者:Auric 日期:2025-10-21


摘要(定性)

在带权 Mellin–Hilbert 空间中,本文把功能方程的中心对称实现为酉镜像算子,并以满足自反性的核构造再生核 Hilbert 空间(RKHS),由此将完成函数写为内积评估且保持镜像对称。选取与显式/迹公式一致的窗—字典生成 Beurling–Nyman(BN)型子空间,给出最小能量 mollifier 的正交投影与谱(Gram)表示;在与软最大势一致的参数化(信息—几何对齐)下,证明该投影极小化与最小 KL/Bregman 代价等价。全流程严格采用有限阶 Euler–Maclaurin(EM)与方向亚纯化纪律,确保“极点仅来自主尺度“;增长与窗条件与完成函数的 正规化及方向支持函数上界一致。结构在 Riemann 、Dirichlet 、自守形式 -函数等典型实例中统一成立。


0. 记号与前置

0.1 完成函数与中心轴

可经标准 因子正规化。给定 、实数 ,定义完成函数

中心轴

0.2 带权 Mellin–Hilbert 空间与 Plancherel–Mellin

采用归一化 Mellin 变换

在直线 上有 Plancherel–Mellin 判据

0.3 乘法卷积与镜像算子

上定义

定义镜像算子

0.4 可采镜像核与条带 RKHS

可采镜像核,若满足:

为避免乘子有界性的额外假设,引入乘子加权条带空间

上的 RKHS,点值泛函一致有界。


1. 镜像与 Mellin 的酉对应

引理 14.1(酉性与镜像公式)

算子 酉且 ;并且

证明。 酉性:

镜像:

推论 14.2(功能方程的 Hilbert 表达),则


2. 镜像核的 RKHS 与完成函数的内积表示

定义

定义在 上,则 在此定义域内有界且 。为避免不必要的边界可积性讨论,以下均在 内工作;对更一般 边界乘子与 Poisson–Hardy 延拓仅作启发性说明,不在本文使用。记 的 reproducing kernel 为

其中 的核。定义点向量 为 Riesz 表示向量,使得对所有

稠密时亦可写作

定理 14.3(镜像对称)

对所有 ,有

证明。 由引理 14.1 与 (A2) 得 。遂 。拉回至 。∎

定理 14.4(完成函数的内积表示)

若完成函数 满足中心对称与 上的 -边界增长,且 (a.e.),则存在 、常数 使

并保持镜像

证明。。由 (A3′)(配合 内解析)知 。取 使 (由 Plancherel–Mellin 存在且唯一)。按定义 (在 内成立)。常数 可由归一化自由选择。镜像由定理 14.3 传递。∎


3. Beurling–Nyman 子空间与最小能量投影

3.1 字典与 BN 子空间

取与 相容、偶且带限/指数衰减的窗 ,并令 (去 DC)。定义

由此生成

3.2 最小能量 mollifier 与正交投影

给定 。称 最小能量 mollifier(即满足 的最小范数元),若

的正交投影,则

谱(有限字典)形式。 有限,Gram 算子 厄米正定,,则

可行性(非退化)说明。 为保证约束可行,需 。若采用 去 DC,则应取 ,或在字典中加入一枚不消 DC 的向量专用于约束。同时需要求 ,因为 包含因子 。采用 §7 的对称化 时,在临界条带内该条件自然满足。


4. 投影误差的信息—变分等价

4.1 软最大势与 Bregman–KL 恒等式

取权 、特征 ,定义

4.2 信息—几何对齐(IG-Align)与等价定理

假设存在参数嵌入 与字典归一,使在所选

其中 为基准权的概率化。(该对齐为假设,在“窗—频谱字典与母映射同源“的设置中自然成立。)

在本文所用 dilate 字典 下,。令 、取 吸收常数因子,则 (A5) 具体化为 (可取 ;若需考虑相位,则把 扩展为二维向量 )。由此 为对偶解 的软最大势梯度(期望充分统计),并用于右侧矩约束

定理 14.6(BN 最小能量 最小 KL)

在 (A5)–(A6) 下,

两侧极小值相等,极小解在 Fenchel–Legendre 对偶下互相对应,其中 为约束矩条件, 为概率单纯形。约束矩 需落在 (或其闭包)内,以保证右侧 的可行性与 Fenchel–Legendre 对偶无间隙;无限字典时以闭包/下极限理解。

证明。 有限字典时

由 (A5) 将 写成指数族的充分统计,再由 (A6) 将 重写为 的共轭泛函,得到

其中右端等号是最大熵原理与 KL 的拉格朗日表示。∎

推论 14.7(误差 = 信息代价) 使 ,并以 使 (典型地 )。则


5. 有限阶 EM 与“极点 = 主尺度“

定理 14.8(卷积与 EM 校正不改变奇性集合)

在 S4 的有限阶 EM 与 S5 的方向亚纯化前提下:

(i) 用带限/指数核 作卷积/窗化,仅在 上叠加整/全纯层,不引入新极点;若 在极点处消零,则至多降低(含消除)该极点的阶,因此新极点集合包含于原集合。

(ii) 全纯,作为乘子不会引入极点;其零点至多导致“乘以零“,不引入新极点;若 在极点处消零,则至多降低(含消除)该极点的阶,因此新极点集合包含于原集合。有限阶 EM 的伯努利层与端点余项在参数上全纯/整,故 BN 投影与 RKHS 表示的解析结构保持不变。

证明要点。 乘子为全纯函数时,乘积的极点由被乘函数决定;有限阶 EM 的余项为受控 Stieltjes 型积分,对参数全纯。

上述“对参数全纯/整“均指对复变量 的性质,且以固定有限阶 EM(不令阶数随 变动)与端点正则条件为前提;条带 的选取需避开 EM 端点参数潜在的离散奇性。∎


6. 与显式/迹公式核的一致性与增长控制

  • 核—窗一致:取 属于显式公式(Weil 型)与 Selberg/Kuznetsov 的可检核族(偶、光滑、带限或指数衰减),则谱侧(零点/本征模)与几何侧(素数/闭测地/Kloosterman)和 Hilbert 侧窗形一致,误差常数可统一记账。
  • 增长控制 正规化提供垂线指数衰减,S10 的方向支持函数上界控制向量增长;据此 内一致可控,点值与投影稳定。

7. 典型实例

7.1 Riemann

,令 (在所选竖条 内取连续外因子分支),于是 成立。相应地

从而

并以 dilate 字典 构造 ,得到最小能量—KL 等价。

7.2 Dirichlet

就奇偶性选 因子 ,令 (在所选竖条 内取连续外因子分支),于是 成立。相应地

从而

并在 BN–信息框架下获得同样等价。

7.3 自守形式的度

,其中 为标准阿基米德因子: • 若 为权 的全纯新形式,则 ; • 若 为权 的 Maaß 形式(谱参 ),则 。 在本文框架中令 (在所选竖条 内取连续外因子分支),于是 成立。相应地

从而 ,镜像对称 保持。与 Kuznetsov 核—窗一致的 给出投影—信息等价与增长控制。


8. 边界与反例

  • 核不自反:若 ,则 ,镜像失配;可对称化
  • 窗衰减不足:若核/窗不带限且衰减不足, 的内部性质与点值有界性可能失效;应回到显式/迹公式核族。
  • EM 级数滥用:把 EM 误作无穷级将引入伪奇性与非法换序;须固定有限阶并核查端点正则。
  • 方向退化:若大量谱点沿某方向同速聚集, 条件数恶化;需更换方向或采用多方向层析。

9. 可检清单(最小充分条件)

  1. 完成函数模板:给出 ,验证
  2. 镜像 Hilbert 空间 酉;Plancherel–Mellin 于 成立。
  3. 可采镜像核 满足 (A1)–(A4) 与 (A3′) 在中心轴 a.e. 非零。
  4. RKHS 表示:定义 ;验证
  5. BN 子空间:以与显式/迹公式一致的窗 生成 ;构造 Gram 算子与
  6. 信息对偶:在 IG-Align(A5–A6)下建立
  7. 解析纪律:仅用有限阶 EM;确认卷积/窗与 EM 校正不改变奇性集合。
  8. 增长与稳定:与 正规化、方向支持函数上界一致,确保点值与投影稳定。
  9. 可行性检查:选取 与字典使 (若去 DC,则 或加入不消 DC 的约束向量)。

10. 与既有篇章的接口

  • ↔ S3(完成函数与镜像):本篇用酉算子 实现 的镜像,与完成函数模板完全一致; 正规化与中心轴 的对称在条带与核选择中一致化。
  • ↔ S6(信息刻度):BN 最小能量投影与 KL/Bregman 的熵极小在自然度量(由 的 Hessian 诱导)下等价,提供“误差=信息代价”的解释。
  • ↔ S7(-函数接口):degree/conductor 通过 归入 ,对偶侧通过 进入镜像核;与完成功能方程保持一致。
  • ↔ S8(Nyquist–Poisson–EM):带限/指数窗使 的有限字典可离散化;Nyquist 采样与有限阶 EM 控制别名与端点,保持“极点 = 主尺度”。
  • ↔ S10(Amoeba 几何与增长):支持函数上包与 Ronkin 凸性为窗方向与条带选择给出增长与稳定度量;与信息势几何对齐。
  • ↔ S11(迹公式接口):选用与显式/迹公式一致的核/窗()可将谱—几何两端与 Hilbert 侧 RKHS/BN 框架统一到同一变分视角。
  • ↔ S12(AFE/放大器): 与软窗 AFE 的核一致;谱形式 与广义本征放大互补,支持“谱—Hilbert”双轨实现。

11. 结语

本文在带权 Mellin–Hilbert 空间中把中心对称实现为酉镜像算子 ,以自反核 构造 RKHS 并获得完成函数的内积评估且保持镜像;在与显式/迹公式一致的窗—字典下,最小能量 BN 投影的 Hilbert 极小化与软最大势的 Fenchel 对偶等价,从而把投影误差识别为KL/Bregman 信息代价。在有限阶 EM 与方向亚纯化约束下,“极点 = 主尺度“始终成立。该 Hilbert 界面为零密度(S15)、软窗矩与共振器极值(S16)、多方向层析(S17)等提供统一而可检的基础。