INSTITUTE OF MATHEMATICS POLISH ACADEMY OF SCIENCES
WARSZAWA 1995
SYST ` EMES DOUBLEMENT ORTHOGONAUX DE FONCTIONS HOLOMORPHES ET APPLICATIONS
T H A N H V A N N G U Y E N et A H M E D Z E R I A H I
Laboratoire d’Analyse Complexe et Fonctionnelle, Universit´ e Paul Sabatier 118, Route de Narbonne, F-31062 Toulouse Cedex, France
0. Introduction. Nous donnons ici une ´ etude syst´ ematique des syst` emes doublement orthogonaux “de Bergman” et leurs applications ` a certains aspects de l’analyse pluricomplexe : espaces de fonctions holomorphes, fonctions s´ epar´ ement analytiques.
C’est en quelque sorte un article de synth` ese. On y trouve cependant des d´ emonstrations d´ etaill´ ees qui n’ont paru nulle part ailleurs.
1. Fonctions plurisousharmoniques extr´ emales et mesures d’´ equi- libre. Soit D un ouvert de C
net E ⊂ C
n. On d´ efinit la fonction plurisoushar- monique extr´ emale associ´ ee au couple (E, D) ([SC,2]) par
(1.1) ω(z, E, D) = lim sup
z0→z
[sup{u(z
0) : u ∈ P
01(E, D)}], z ∈ D,
o` u P
0,1(E, D) est la classe des fonctions u plurisousharmoniques sur D telles que u ≤ 1 et u/E ∩ D ≤ 0. Elle v´ erifie l’´ equation de Monge–Amp` ere complexe ([B-T], [K]) :
(1.2) (dd
cω(·, E, D))
n= 0 sur D \ E.
Pour α ∈ [0, 1[ on pose
(1.3) D
α= D(E, α) := {z ∈ D : ω(Z, E, D) < α}
Si D est born´ e, alors
(1.4) ω(z, E, D
α) = 1
α ω(z, E, D), ∀z ∈ D
α1991 Mathematics Subject Classification: 32A05, 32A37, 32D10.
Key words and phrases: extremal functions, doubly orthogonal systems, Schauder bases, separately analytic functions.
The paper is in final form and no version of it will be published elsewhere.
[281]
(1.4bis) E est “localement” non pluripolaire dans D
α, c’est-` a-dire E rencontre chaque composante connexe de D
αen un ensemble non pluripolaire (voir p. ex. [N-Z 2, Lemme 3], voir ´ egalement la proposition 1.2 ci- dessous).
On appelle condensateur dans C
ntout couple (K, D) form´ e d’un ouvert hyper- convexe D de C
net d’un compact K ⊂ D “localement” non pluripolaire dans D.
On rappelle qu’on ouvert D de C
nest dit hyperconvexe lorsqu’il existe une fonc- tion plurisousharmonique % sur D, % < 0 et telle que {z ∈ D : %(z) < c} b D pour tout c < 0. Une telle % est appell´ ee une fonction plurisousharmonique d’exhaustion born´ ee de D.
Pour tout condensateur (K, D), le courant positif (dd
cω(·, K, D))
ns’identifie
`
a une mesure positive port´ ee par K. Nous la noterons µ
0(K, D) ou µ
0tout sim- plement et nous l’appellerons mesure d’´ equilibre du condensateur (K, D).
Un condensateur (K, D) est dit r´ egulier , ou P-r´ egulier , lorsque ω(·, K, D)
= 0 sur K. On sait qu’alors ω(·, K, D) − 1 est une fonction plurisousharmonique d’exhaustion born´ ee continue de D et (1.4) est v´ erifi´ ee [Za,1].
Proposition 1.1. Soit (K, D) un condensateur dans C
n, µ
0sa mesure d’´ equi- libre. Alors si E ⊂ K est µ
0-mesurable et µ
0(E) = µ
0(K), on a ω(·, E, D) = ω(·, K, D).
Ce r´ esultat est prouv´ e dans [N-Z,1] dans le cas o` u D est born´ e. Pour le cas g´ en´ eral, voir [Ze,2].
Proposition 1.2. Soit (K, D) un condensateur , µ
0sa mesure d’´ equilibre.
1) Si u est plurisousharmonique sur D et u = −∞ µ
0-presque partout sur K , alors u ≡ −∞.
2) Si (K, D) est r´ egulier , alors 1) est vraie avec D
α` a la place de D , ∀α ∈ ]0, 1[ . D ´ e m o n s t r a t i o n. On se contente de prouver 2), l’autre preuve ´ etant sem- blable. Soit β ∈ ]0, α[ ; alors D
βb D
αet u est donc major´ ee sur D
βpar un certain M ∈ R. Pour tout A > 0 on a u + A ≤ M + A sur D
βet u + A ≤ 0 µ
0-presque partout sur K. Il existe donc E ⊂ K, µ
0-mesurable tel que µ
0(E) = µ
0(K) et u + A ≤ 0 sur E. Par suite,
u ≤ M ω(·, E, D
β) + A(ω(·, E, D
β) − 1).
D’apr` es la proposition 1.1 et (1.4), ω(·, E, D
β) = 1
β ω(·, E, D) = 1
β ω(·, E, D) = 1
β ω(·, E, D) < 1.
En faisant tendre A vers ∞, on obtient u ≡ −∞ sur D
β.
2. Syst` emes doublement orthogonaux de Bergman. Nous aurons besoin
d’un th´ eor` eme d’approximation dont la d´ emonstration utilise les estimations L
2do H¨ ormander [H¨ o].
Lorsque D est un ouvert de C
n, on d´ esigne par O(D) l’espace des fonctions holomorphes sur D muni de la topologie de la convergence compacte sur D.
Lorsque K est un compact de C
n, on d´ esigne par O(K) l’espace des germes de fonctions holomorphes au voisinage de K muni de sa topologie LF .
Soit λ la mesure de Lebesgue dans C
n, et µ
1la mesure d´ efinie par dµ
1= (1 + |z|
2)
−2dλ. D´ esignons par O
2(D, dµ
1) l’espace de Hilbert des fonctions holo- morphes sur D de carr´ e µ
1-int´ egrable sur D.
Th´ eor` eme 2.1. Soit D un ouvert hyperconvexe de C
n. Alors l’espace O
2(D, dµ
1) est dense dans l’espace O(D).
D ´ e m o n s t r a t i o n. Soit E un compact de D et % : D → ]0, 1[ une fonction plurisousharmonique exhaustive sur D. Soit a, b ∈ ]0, 1[ tels que sup
E% < a <
b < 1, de sorte que ϕ := % − a est plurisousharmonique sur D, ϕ < 0 sur D
a:= {z ∈ D : %(z) < a} et ϕ ≥ b − a > 0 sur D \ D
b.
Soit χ une fonction C
∞` a support compact dans D telle que χ ≡ 1 sur D
b. Soit f ∈ O(D); alors χf ∈ C
∞(D) ∩ L
2(D, dµ
1) et χf = f sur D
b. Nous allons corriger cette fonction pour la rendre holomorphe. On cherche une fonction u de la mˆ eme classe que χf telle que la fonction
(2.1) g = χf − u
soit holomorphe sur D et u soit “assez petite” sur E. Cela se fait classiquement par le th´ eor` eme d’existence de H¨ ormander pour un choix convenable des fonctions poids. Pour chaque entier k ≥ 1, soit ϕ
k= kϕ. Il est clair que |f ∂χ|
2e
−kϕest λ-int´ egrable sur D. D’apr` es le th´ eor` eme de H¨ ormander il existe u
klocalement int´ egrable sur D telle que
∂u
k= f ∂
χsur D, (2.2)
R
D
|u
k|
2e
− ˜ϕkdλ ≤ R
D
|f ∂
χ|
2e
−ϕkdλ (2.3)
o` u ϕ e
k= ϕ
k+ 2 log(1 + |z|
2).
Comme ∂
χ= 0 sur D
bet % ≥ b − a =: ε > 0 sur D \ D
b, le second membre de (2.3) est O(e
−kε) lorsque k → ∞. Puisque ϕ < a sur Da b D, il r´esulte de (2.3) qu’il existe une constante C > 0 telle que
(2.4) R
D
|u
k|
2dλ ≤ Ce, ∀k ≥ 1.
D’apr` es (1.2) et le fait que χ ≡ 1 sur D
b, on en d´ eduit que u
kest holomorphe
sur D
b⊃ D
a. Il r´ esulte alors de l’in´ egalit´ e de la moyenne et de (2.4) que la
suite (u
k) tend vers 0 uniform´ ement sur tout compact de D
a. Par cons´ equent, la
suite g
k:= χf − u
kest une suite de fonctions holomorphes sur D qui converge
uniform´ ement sur tout compact de D
a, donc sur E, vers f . Comme ϕ < 1 − a sur
D, l’in´ egalit´ e (2.3) montre que u
k∈ L
2(D, dµ
1). Par cons´ equent, g
k∈ O
2(D, dµ
1)
et g
k→ f uniform´ ement sur E. Comme E est un compact quelconque de D, le th´ eor` eme en r´ esulte.
R e m a r q u e. Ce th´ eor` eme nous sera utile au paragraphe 4, on en d´ eduit que O
2(D, dµ
1) est de dimension infinie. C’est ce fait qui sera utilis´ e dans la construction suivante. Rappelons que µ
1est la mesure bor´ elienne sur D d´ efinie par dµ
1= (1 + |z|
2)
−2dλ.
Soit (K, D) un condensateur de C
n. Nous allons construire un syst` eme double- ment orthogonal par la m´ ethode classique de Bergman qui est un cas particulier de la construction des fonctions propres d’un op´ erateur compact autoadjoint et positif d’un espace de Hilbert.
Soit H
1= O
2(D, dµ
1) et H
0le sous-espace vectoriel ferm´ e de L
2(K, dµ
0) engendr´ e par la restriction ` a K des fonctions de H
1. On a alors une injection continue ` a image dense
(2.5) i : H
1→ H
0.
Posons A = i
∗◦i. Alors A est un op´ erateur lin´ eaire compact autoadjoint et positif v´ erifiant
(2.6) (Af | g)
1= (f | g)
0∀f, g ∈ H
1.
On a identifi´ e f ` a i(f ) qui est la restriction de f ` a K, (· | ·)
kd´ esignant le produit scalaire sur H
k, k = 0, 1 . . .
D’apr` es (2.6), A est injectif. On sait qu’alors A poss` ede une suite (λ
j)
j≥1de valeurs propres > 0 et H
1poss` ede une base orthonorm´ ee (ϕ
j)
j≥1de fonctions pro- pres ([R-N]). Rappelons la construction classique de cette base. Par un argument de compacit´ e on montre que
(2.7) λ
1:= sup
kf k0=1
|(Af | f )
1| = sup
kf k0=1
kf k
20est atteint en un point ψ
1∈ H
1tel que A(ψ
1) = λ
1ψ
1. En raisonnant par r´ ecurrence sur p ≥ 1, supposons ψ
1, . . . , ψ
pconstruits et soit H
p+1le sous-espace ferm´ e de H
1, orthogonal au syst` eme {ψ
1, . . . , ψ
p}. Alors on a A(H
p+1) ⊂ H
p+1et on peut donc it´ erer la construction pr´ ec´ edente pour obtenir un ´ el´ ement ψ
p+1tel que
λ
p+1:= sup{(Af | f )
1: f ∈ H
p+1, |f |
1= 1} = kψ
p+1k
0, (2.8)
A(ψ
p+1) = λ
p+1ψ
p+1, ψ
p+1∈ H
p+1, kψ
p+1k
1= 1.
(2.9)
Il est alors clair que (ψ
p) est un syst` eme orthonorm´ e de H
1orthogonal dans H
0. Puisque A est injectif, 0 n’est pas valeur propre de A et la d´ ecomposition spectrale de A montre que {ψ
p} est une base orthonorm´ ee de H
1. Posons
ϕ
p= λ
−1pψ
p, (2.10)
γ
p= λ
−1p. (2.11)
Alors (ϕ
p) est une base orthogonale de H
1, orthonorm´ ee dans H
0.
Cette construction a ´ et´ e faite par Bergman dans le cas d’une variable com- plexe ([Be]). Suivant sa terminologie, nous appellerons (ϕ
p) le syst` eme doublement orthogonal de Bergman associ´ e au condensateur (K, D) (en abr´ eg´ e : S.D.O.B.).
Il r´ esulte de la construction pr´ ec´ edente que (γ
p) est une suite croissante ten- dant vers ∞, qui ne d´ epend que du condensateur (K, D). Il est possible de l’interpr´ eter en terme de n-diam` etre de Kolmogorov et d’apr` es Mityagin [Mi], la nucl´ earit´ e de l’espace O(D) implique la propri´ et´ e suivante :
(2.12)
∞
X
j=1
γ
j−ε< ∞, ∀ε > 0.
Grˆ ace ` a cette propri´ et´ e, on d´ emontre le r´ esultat suivant (voir [N-Z,2], [N-S]) : Proposition 2.2. Le S.D.O.B. associ´ e au condensateur (K, D) v´ erifie l’esti- mation suivante :
(2.13) lim sup
j→∞
log |ϕ
j(z)|
log γ
j≤ ω(z; K, D), ∀z ∈ D.
Grˆ ace au lemme de Hartogs classique, il en r´ esulte facilement :
Corollaire 2.3. Pour tout α ∈ ]0, 1[ , et tout compact E ⊂ D
α, il existe une constante C > 0 telle que
(2.14) |ϕ
j|
E:= sup
z∈E
|ϕ
j(z)| ≤ Cγ
jα, ∀j ∈ N
∗.
3. Convexit´ e logarithmique des normes duales sur l’espace O
0(D). Au paragraphe 2, nous avons obtenu une estimation du syst` eme (ϕ
j). Ici nous voulons donner une estimation du syst` eme biorthogonal (ϕ
0j) associ´ e ` a (ϕ
j). Posons (3.1) kf k
α:= R
Dα
|f |
2dµ
1 1/2, 0 < α ≤ 1, f ∈ O(D).
D’apr` es l’in´ egalit´ e de la moyenne, les normes (3.1) engendrent la topologie de O(D). Pour α = 0 rappelons que kf k
20= R
K
|f |
2dµ
0. On d´ efinit les normes duales de (3.1) sur O
0(D) :
(3.2) kT k
∗α:= sup{|hT, f i : f ∈ O(D), kf k
α≤ 1}, T ∈ O
0(D).
On suppose dans la suite que (K, D) est r´ egulier.
Th´ eor` eme 3.1. Soient 0 ≤ α
0≤ α
1≤ 1, θ ∈ ]0, 1[ , ε ∈ ]0, θ[ . Alors il existe une constante C
1> 0 (d´ ependant de α
0, α
1, θ, ε) telle que
(3.3) kT k
∗(1−θ)α0+θα1≤ C
1kT k
∗ 1−θ+εα0kT k
∗ θ−εα1, ∀T ∈ O
0(D).
La d´ emonstration de ce th´ eor` eme n´ ecessite quelques pr´ eliminaires. On con- sid` ere dans O(D) les boules associ´ ees aux normes (3.1) :
U
α:= n
f ∈ O(D) : R
Dα
|f |
2dµ ≤ 1 o
, 0 < α ≤ 1,
U
0:=
n
f ∈ O(D) : R
Dk
|f |
2dµ
0≤ 1 o . Le th´ eor` eme 3.1 sera une cons´ equence du r´ esultat suivant :
Proposition 3.2. Soient 0 ≤ α
0< α
1≤ 1, 0 < θ < 1. Alors pour tout β ∈ ]0, 1[ tel que β > (1 − θ)α
0+ θα
1, il existe une constante C
2> 0 telle que (3.4) U
α⊂ C
2r
−θU
α0+ C
2r
1−θU
α1, ∀r > 0.
Montrons tout d’abord que la proposition 3.2 implique le th´ eor` eme 3.1.
D ´ e m o n s t r a t i o n d u t h ´ e o r ` e m e 3.1. Soit T ∈ O
0(D), α
0, α
1∈ [0, 1] tels que 0 ≤ α
0< α
1≤ 1, θ ∈ ]0, 1[ , β ∈ [0, 1] tel que β > (1−θ)α
0+θα
1. Soit f ∈ U
βet r > 0. D’apr` es la proposition 3.2, il existe g ∈ C
2r
−θU
α0et h ∈ C
2r
1−θU
α1tels que f = g + h sur D. Il en r´ esulte alors que
|T (f )| ≤ |T (g)| + |T (h)| ≤ C
2(r
−θkT k
∗α0+ r
1−θkT k
∗α1), ce qui implique l’in´ egalit´ e suivante :
kT k
∗β≤ C
2(r
−θkT k
∗α0
+ r
1−θkT k
∗α1
), ∀r > 0.
La borne inf´ erieure du second membre lorsque r > 0 varie est ´ egale ` a C
2(1 − θ)
θ−1θ
−θ|T |
∗ 1−θα0
|T |
∗θα0
.
On en d´ eduit imm´ ediatement les estimations (3.3) en rempla¸ cant θ par θ − ε et β = (1 − θ)α
0+ θα
1> (1 − θ + ε)α
0+ θα
1> (1 − θ + ε)α
0+ (θ − ε)α
1.
D ´ e m o n s t r a t i o n d e l a p r o p o s i t i o n 3.2. Nous aurons besoin du lemme suivant tout ` a fait classique qui se d´ emontre modulo une partition de l’unit´ e et estimations L
2de H¨ ormander (voir [A]).
Lemme 3.3. Soit Ω un ouvert pseudoconvexe de C
n, {Ω
+, Ω
−} un recouvre- ment de Ω tel que Ω
+∩ Ω
−b Ω. Alors il existe une constante M > 0 telle que pour toute fonction v p.s.h. sur Ω et pour tout f ∈ O(Ω) il existe f
+∈ O(Ω
+), f
−∈ O(Ω
−) v´ erifiant :
(i) f = f
+− f
−sur Ω
+∩ Ω
−, (ii) R
Ω±
|f
±|
2e
−˜vdλ ≤ M R
Ω+∩Ω−
|f |
2e
−vdλ o` u e v(z) = v(z) + 2 log(1 + |z|
2).
Soient α
0, α
1, α, β ∈ [0, 1] tels que 0 < α
0< α ≤ β < α
1≤ 1. On notera pour
simplifier ω = ω(0, K, D).
Posons Ω = D, Ω
+= D
β, Ω
−= D \ D
α. Soit % ≥ 0. Posons v = v
p:= % (ω − α
0)
+α
1− α
0o` u (ω − α
0)
+= sup{ω − α
0, 0}. Appliquons alors le lemme 3.3.
Soit f ∈ U
β. On a, en posant B
1= sup
z∈Dβ(1 + |z|
2),
(3.5) R
Ω+∩Ω−
|f |
2e
−vdλ ≤ B
1sup
Ω+∩Ω−
e
−v≤ B
1exp
− α − α
0α
1− α
0%
. D’apr` es le lemme 3.3, il existe f
±∈ O(Ω
±) telle que
(3.6) f = f
+− f
−sur Ω
+∩ Ω
−= D
β\ D
α.
Compte tenu de l’estimation (3.5), les in´ egalit´ es (ii) du lemme s’´ ecrivent, en posant B
2= B
1M ,
R
Dβ
|f
+|
2e
−˜vdλ ≤ B
2exp
− α − α
0α
1− α
0%
, (3.7)
R
D\Dα
|f
−|
2e
−˜vdλ ≤ B
2exp
− α − α
0α
1− α
0%
(3.8)
Posons maintenant
(3.9) g := f
+sur D
+= D
β,
f + f
−sur D
−= D \ D
α.
D’apr` es la relation (3.6), g est bien d´ efini et donc g ∈ O(D), h := f − g ∈ O(D) et l’on a
(3.10) f = g + h sur D.
Nous allons prouver les estimations suivantes :
R
Dα0
|g|
2dµ
1≤ C
2exp
− α − α
0α
1− α
0%
, (3.11)
R
Dα1
|h|
2dµ
1≤ C
2exp α
1− α α
1− α
0%
, (3.12)
o` u C
2est une constante qui ne d´ epend ni de f , ni de %.
Commen¸ cons par prouver (3.12). Par d´ efinition h = f − g. Compte tenu de (3.9), on a alors
(3.13) R
Dα1
|h|
2dµ
1= R
Dα1\Dα
|f
−|
2dµ
1+ R
Dα
|f − f
+|
2dµ
1.
D’apr` es (3.8) et le fait que v ≤ % sur D
α1, on obtient
(3.14) R
Dα1\Dα
|f
−|
2dµ
1≤ sup
Dα1
e
vR
Dα1\Dα
|f
−|
2e
−˜vdλ ≤ B
2exp α
1− α α
1− α
0%
.
D’autre part, on a (3.15) R
Dα1
|f − f
+|
2dµ
1 1/2≤ R
Dα1
|f |
2dµ
1 1/2+ R
Dα1
|f
+|
2dµ
1 1/2.
D’apr` es (3.7) et le fait que v ≤ % sur D
α⊂ D
α1, on a
(3.16) R
Dα1
|f |
2dµ
1≤ sup
Dα
e
vR
Dα1
|f
+|
2e
−˜vdλ ≤ B
2exp α
1− α α
1− α
0%
.
Comme f ∈ U
βet que D
α⊂ D
β, il r´ esulte des estimations (3.15) et (3.16) que l’on a
(3.17)
R
Dα1
|f − f
+|
2dµ
1 1/2≤ (1 + B
2) exp α
1− α α
1− α
0%
.
L’estimation (3.12) r´ esulte clairement des estimations (3.13), (3.14) et (3.17) en posant C
2= 1 + 2B
2.
Il reste ` a prouver (3.11). En effet, d’apr` es (3.9), on a
R
Dα1
|g|
2dµ
1≤ R
Dα0
|f
+|
2dµ
1≤ sup
Dα0
e
vR
Dα0
|f
+|
2e
−vdµ
1.
Comme v = 0 sur D
α0, on en d´ eduit d’apr` es (3.7),
(3.18) R
Dα0
|g|
2dµ
1≤ B
2exp
− α − α
0α
1− α
0. On en d´ eduit (3.11) avec C
2= 1 + 2B
2puisque B
2≤ C
2.
Soit maintenant θ ∈ ]0, 1[ . Choisissons α := (1 − θ)α
0− θα
1, de sorte que α − α
0α
1− α
0= θ et α
1− α
α
1− α
0= 1 − θ.
Alors pour tout β tel que (1−θ)α
0+θα
1< β < α
1et f ∈ U
β, on a la d´ ecomposition (3.10) avec les estimations (3.11) et (3.12) qui signifient que g ∈ C
1r
−θU
α0et h ∈ C
1r
1−θU
α1, avec r = e
%. Cela prouve donc les inclusions (3.4) pour r > 1 et α
0> 0.
Si r ∈ ]0, 1] et α
0> 0, on a r
−θ≥ 1 et donc U
β⊂ U
α0⊂ r
−θU
α0⊂ C
2r
−θU
α0, ce qui prouve (3.4) dans ce cas.
Il reste ` a montrer que (3.4) reste valable si α
0= 0. Pour cela il suffit d’observer
que si β > θα
1, il existe ε > 0 tel que β > (1 − θ)ε + θα
1et donc d’apr` es ce qui
pr´ ec` ede on a U
β⊂ C
2r
−θU
ε+ C
2r
1−θU
α1, ∀r > 0.
D’apr` es l’in´ egalit´ e de la moyenne, il existe une constante C(ε) > 0 telle que sup
K
|g|
2≤ C(ε) R
Dε
|g|
2dµ
1, ∀g ∈ O(D).
Par cons´ equent, on a
R
K
|dg|
2dµ
0≤ µ
0(K)C(ε) R
Dε
|g|
2dµ
1, ce qui prouve que U
ε⊂ C
0(ε)U
0o` u C
0(ε) = µ
0(K)C(ε).
On en d´ eduit que U
β⊂ C
20r
−θU
0+ C
2r
1−θU
α1, ∀r > 0, ce qui prouve encore (3.4) pour la constante e C
2= max{C
20, C
2}.
Les in´ egalit´ es de convexit´ e du th´ eor` eme 4.1 constituent une version tr` es pr´ ecise de la propri´ et´ e (Ω) de Vogt [V] pour l’espace de Fr´ echet O(D). Cette propri´ et´ e (Ω) a ´ et´ e ´ etablie par Aytuna ([A]) pour l’espace O(D) en d´ emontrant une version plus faible de la proposition 4.2. Sa m´ ethode est bas´ ee sur les estimations L
2de H¨ ormander [H]; c’est cette m´ ethode que nous avons reprise ici ([Ze,1]).
4. S.D.O.B. et bases de Schauder communes des espaces O(D) et O( b K
D)
Th´ eor` eme 4.1. Soit (K, D) un condensateur r´ egulier dans C
n. Soit (ϕ
j) le S.D.O.B. associ´ e ` a ce condensateur. Alors :
1) (ϕ
j) est une base de Schauder des espaces O(D
α), O(D) et O( b K
D), b K
Dd´ esignant l’enveloppe holomorphe-convexe de K dans D et D
α= D(K, α), 0 < α < 1.
2) Pour tout α ∈ ]0, 1[ et toute suite complexe (c
j), les propri´ et´ es suivantes sont ´ equivalentes :
(i) P c
jϕ
jconverge dans O(D
α), (ii) lim sup
j→∞
log |c
j| log γ
j≤ −α.
3) lim
j→∞
log |ϕ
j|
Dαlog γ
j= α, ∀α ∈ ]0, 1[ . 4) Reg sup
lim sup
j→∞
log |ϕ
j| log γ
j= ω(·, K, D) sur D \ b K
D.
D ´ e m o n s t r a t i o n. 1) Il suffit de prouver que (ϕ
j) est une base de O(D
α), car
O(D) == lim proj
α↑1
O(D
α), O( b K
D) = lim ind
α↓0
O(D
α).
(ϕ
j) est totale dans O(D), d’apr` es le th´ eor` eme 2.1. Puisque O(D) est partout
dense dans O(D
α), (ϕ
j) est aussi totale dans O(D
α). Il en r´ esulte que pour tout
f ∈ O(D
α), sa restriction ` a K est un ´ el´ ement de l’espace hilbertien H
0.
Soit f ∈ O(D
α). Comme ´ el´ ement de H
0, f est la somme de la s´ erie P
∞0
ϕ
0j(f )ϕ
j, o` u
ϕ
0j(f ) = R
K
f ϕ
jdµ
0. Soit β < α, ε > 0. On va montrer que
(4.1) |ϕ
0j(f )| ≤ C(β, ε)kf k
βγ
j−β+ε, ∀j.
En effet, il est facile de voir que kϕ
0jk
∗1= γ
j−1, kϕ
0jk
∗0= 1, ce qui donne, avec (3.3), kϕ
0jk
∗β≤ C(β, ε)γ
j−β+ε, ∀j.
d’autre part, O(D) est partout dense dans O(D
α) et B
βb D
α; on a donc kϕ
0jk
∗β= sup{|ϕ
0j(g)| : g ∈ O(D
α), kgk
β≤ 1},
d’o` u (4.1).
(2.17) et (4.1) assurent la convergence normale de la s´ erie P
∞j=0
ϕ
0j(f )ϕ
jsur tout compact de D
α. D’apr` es la proposition 1.2, la somme de cette s´ erie est ´ egale
`
a f sur D
α.
2) Supposons P c
jϕ
jconvergente dans O(D
α), soit f sa somme. Alors c
j= ϕ
0j(f ) et (ii) est une cons´ equence imm´ ediate de (4.1).
3) C’est une cons´ equence facile de (2.17) et de (4.1) appliqu´ ee ` a f = ϕ
j, avec ϕ
0j(ϕ
j) = 1.
4) Soit
u = Reg sup
lim sup
j→∞
log |ϕ
j| log γ
j.
En raison de (2.13) il suffit de prouver que l’in´ egalit´ e u(z) > ω(z, K, D) est impossible, ∀z ∈ D \ b K
D. Supposons-la v´ erifi´ e en un point a ∈ D \ b K
Det soit α := ω(a, K, D). A l’aide du lemme de Hartogs on voit facilement qu’il existe une boule ouverte B ⊂ D de centre a, C > 0 et β < α tels que
(4.2) |ϕ
j|
B≤ Cγ
jβ, ∀j.
Soit f = P ϕ
0j(f )ϕ
june fonction holomorphe admettant D
αcomme domaine d’holomorphie. Les in´ egalit´ es (4.1), (4.2) et (2.17) montrent que la s´ erie Pϕ
0j(f )ϕ
jconverge dans O(D
α∪ B), f est donc analytiquement prolongeable ` a D
α∪ B : c’est impossible.
R e m a r q u e. L’existence de bases communes est d´ emontr´ ee par Zakharyuta
([Za,1]) dans le cas particulier o` u D est “tr` es fortement pseudoconvexe” par une
m´ ethode diff´ erente de celle pr´ esent´ ee ici (voir [Ze,1]). L’assertion 4 du th´ eor` eme
est due ` a Nguyen et Siciak dans un cas particulier (voir [N-S]).
Application 1 — G´ en´ eralisation du th´ eor` eme de Whittaker
Th´ eor` eme 4.2. Soit (K, D) un condensateur r´ egulier dans C
n. Si (f
i) est une base commune des espaces O(D) et O( b K
D), alors elle est une base commune des espaces O(D
α), 0 < α < 1.
D ´ e m o n s t r a t i o n. La premi` ere preuve de cet ´ enonc´ e figure dans [Za1]. Nous en donnons bri` evement ici une nouvelle due ` a Lassere [L]. C’est une cons´ equence facile de l’assertion suivante : Soit C une partie ´ equicontinue de L(O(K), O(K)).
Si sa restriction ` a O(D) est une partie ´ equicontinue de L(O(D), O(D)), alors sa restriction ` a O(D
α) est une partie ´ equicontinue de L(O(D
α), O(D
α)), ∀α ∈ ]0, 1[ .
Cette assertion se d´ emontre ´ el´ ementairement ` a l’aide de la base (ϕ
j).
Application 2 — Propri´ et´ e produit de la fonction extr´ emale
Th´ eor` eme 4.3. Pour j = 1, . . . , p soit D
jun ouvert pseudoconvexe de C
njet E
jun sous-ensemble K-analytique de D
j. Alors pour tout z = (z
1, . . . , z
p) ∈ D
1× . . . × D
pon a
(4.3) ω(z, E
1× . . . × E
p, D
1× . . . × D
p) = max
j
ω(z
j, E
j, D
j).
D ´ e m o n s t r a t i o n. C’est une cons´ equence du Th´ eor` eme 4.1.4, pour les d´ etails voir [N-S].
5. Isomorphisme d’espaces de fonctions holomorphes. Rappelons quel- ques r´ esultats de la th´ eorie des ´ echelles hilbertiennes de Mityagin dans le contexte o` u nous allons les appliquer.
Soit (a
j) une suite croissante de r´ eels > 0 telle que lim
j→∞a
j= ∞; on note l
2(exp(λa
j)) :=
n
ξ = (ξ
j) :
∞
X
j=1
|ξ
j|
2exp(2λa
j) < ∞ o
. C’est un espace de Hilbert avec la norme kξk
2λ:= P
∞j=1
|ξ
j|
2exp(2λa
j).
Pour tout α ∈ R, on d´efinit deux espaces : L
2α(a
j) = \
λ<α
l
2(exp(λa
j)), −∞ < α < ∞, (5.1)
L
2α(a
j) = [
λ>α
l
2(exp(λa
j)), −∞ < α < ∞.
(5.2)
Le premier espace est une limite projective, c’est un espace de Fr´ echet; le deuxi` eme est une limite inductive.
Les cas qui nous int´ eressent v´ erifient la propri´ et´ e suivante : (5.3)
∞
X
j=1
e
−taj< ∞ ∀t > 0.
C’est la condition de nucl´ earit´ e des espaces (5.1) et (5.2).
Le th´ eor` eme d’isomorphisme de Mityagin s’exprime dans ce cas particulier de la fa¸ con suivante ([Mi]) :
Soient (a
j) et (b
j) deux suites croissantes de r´ eels > 0 v´ erifiant (5.3). Alors les conditions suivantes sont ´ equivalentes :
L
2α(a
j) ' L
2α(b
j).
(5.4.1)
0 < lim inf
j→∞
a
jb
j≤ lim sup
j→∞
a
jb
j< ∞.
(5.4.2)
L
2α(a
j) ' L
2α(b
j).
(5.4.3)
Soit ∆
n(resp. ∆
n) le polydisque unit´ e ouvert (resp. ferm´ e). Soit v : N
∗→ N
nune bijection telle que |v(j)| ≤ |v(j + 1)|, ∀j ∈ N
n. Posons e
j(z) = z
v(j)et v
j= |v(j)| pour j ∈ N
∗. Il est facile de voir que v
j∼ j
1/nlorsque j → ∞. Il r´ esulte alors des in´ egalit´ es de Cauchy que l’application lin´ eaire
(5.5) O(e
α∆
n) → L
2α(j
1/n), f =
∞
X
j=1
ξ
je
j7→ ξ = (ξ
j),
est un isomorphisme pour tout α ∈ R qui induit ´egalement un isomorphisme de O(e
α∆
n) sur L
2α(j
1/n).
Les r´ esultats du §4 peuvent ´ egalement s’interpr´ eter en terme d’isomorphisme.
En effet, les estimations (4.9) et (4.10) impliquent que l’application (5.6) O(D
α) → L
2α(log γ
j), f =
∞
X
j=1
ξ
jϕ
j7→ ξ = (ξ
j),
est un isomorphisme pour tout α ∈ ]0, 1] qui induit un isomorphisme de O(K
α) sur L
2α(log γ
j) o` u γ
j= γ
j(K, D). Nous allons prouver le r´ esultat suivant :
Th´ eor` eme 5.1. Soit (K, D) un condensateur P-r´ egulier. Alors on a les pro- pri´ et´ es suivantes :
0 < lim inf
j→∞
log γ
jj
1/n≤ lim sup
j→∞
log γ
jj
1/n< ∞, (1)
O(D) ' O(∆
n), (2)
O(K) ' O(∆
n).
(3)
D ´ e m o n s t r a t i o n. La relation (1) est ´ equivalente ` a (2) grˆ ace aux isomor- phismes (5.5), (5.6) via le th´ eor` eme d’isomorphisme de Mityagin.
Pour d´ emontrer (2), on peut supposer D convexe (voir [Mi-He]). Soit E un polydisque ferm´ e tel que E ⊂ D. Alors (E, D) est un condensateur r´ egulier tel que b E
D= E. Donc d’apr` es (5.6), O(E) ' L
20(log γ
j0) o` u γ
j0= γ
j(E, D). D’apr` es (5.4) et (5.5), on a
0 < lim inf
j→∞
log γ
0jj
1/n≤ lim sup
j→∞
log γ
j0j
1/n< ∞.
Puisque O(D) ' L
21(log γ
j0), il r´ esulte du th´ eor` eme d’isomorphisme de Mityagin que O(D) ' O(∆
n). D’o` u l’isomorphisme (2). Les estimations (1) en r´ esultent grˆ ace au th´ eor` eme de Mityagin ([Mi]).
L’isomorphisme (3) en r´ esulte par le mˆ eme th´ eor` eme puisque O(K) ' L
20(log γ
j).
R e m a r q u e. L’isomorphisme (2) du th´ eor` eme 5.1 est dˆ u ` a Zakharyuta ([Za,1]) dans le cas particulier o` u D est “tr` es fortement pseudoconvexe”. Le cas g´ en´ eral est dˆ u ` a Aytuna ([A]) et a ´ egalement ´ et´ e annonc´ e par Zakharyuta ([Za,3]). L’isomorphisme (3) du th´ eor` eme 5.1 est dˆ u ` a Zakharyuta ([Za,1], [Za,3]).
La d´ emonstration pr´ esent´ ee ici semble plus ´ el´ ementaire.
6. S.D.O.B. et fonctions s´ epar´ ement analytiques. Pour j = 1, . . . , p, soient D
jun ouvert born´ e de C
njet E
jun sous-ensemble non C
nj-pluripolaire de D
j. On pose
X := (D
1× E
2× . . . × E
p) ∪ (E
1× D
2× E
3× . . . × E
p)
∪ (E
1× . . . × E
p−1× D
p), X := b n
(z
1, . . . , z
p) ∈ D
1× . . . × D
p:
p
X
j=1
ω(z
j, E
j, D
j) < 1 o .
Une fonction f (z
1, . . . , z
p) d´ efinie sur X est dite s´ epar´ ement analytique sur X lorsque pour tout k = 1, . . . , p et pour z ∈ E
1× . . . × ˇ E
k× . . . × E
p( ˇ E
ksignifie que E
kn’y figure pas), la fonction ξ → f (z
1, . . . , z
k−1, ξ, z
k+1, . . . , z
p) est analytique sur D
k.
Th´ eor` eme 6.1. On suppose que les E
jsont K-analytiques sauf au plus un, et que les ouverts born´ es D
jcorrespondants sont pseudoconvexes. Alors pour toute fonction f s´ epar´ ement analytique sur X , il existe une et une seule fonction b f analytique sur b X telle que f = b f sur X ∩ b X.
La d´ emonstration est divis´ ee en plusieurs ´ etapes :
1) Existence de b f , cas p = 2. Ce cas p = 2 a ´ et´ e trait´ e dans [N-Z,2]. On r´ esume ici la preuve. On peut supposer D := D
1pseudoconvexe et E := E
1K-analytique.
On pose G := D
2, F := E
2.
On se ram` ene au cas o` u E est compact et f continue et born´ ee sur E × G.
Sous ces conditions, on choisit une suite croissante (D
s) d’ouverts hyperconvexes telle que E ⊂ D
sb D et S D
s= D. Pour s fix´ e, soit (ϕ
j) le S.D.O.B. associ´ e au condensateur e E := E ∩ e D
s.
Pour w ∈ F , f (·, w) est holomorphe sur D, donc c’est un ´ el´ ement de O
2( e D
s, dµ
1) et peut s’´ ecrire f (·, w) = P
∞j=0
C
j(w)ϕ
j, avec C
j(w) = R
E˜
f (z, w)ϕ
j(z) dµ
0(z), µ
0= (dd
cω(·, e E, e D
s))
n1.
L’int´ egrale d´ efinit une fonction analytique sur G que l’on note encore par C
j. Par des majorations ad´ equates utilisant (2.12) et (2.13), on montre que la s´ erie P
∞j=0
C
j(w)ϕ
j(z) converge uniform´ ement sur tout compact de l’ouvert X
s:= {(z, w) ∈ e D
s× G : ω(z, e E, e D
s) + ω(w, F, G) < 1}
= {(z, w) ∈ D
s× G : ω(z, E, D
s) + ω(w, F, G) < 1}.
Soit F
s(z, w) la somme de cette s´ erie. Elle est ´ evidemment ´ egale ` a f (z, w) sur X
s∩ ( e D
s× F ) = X
s∩ (D
s× F ), on v´ erifie qu’elle l’est encore sur X
s∩ ( e E
s× G) = X
s∩ (E × G). On v´erifie ensuite que F
s= F
s+1sur X
s. Ces v´ erifications utilisent (1.4bis). On obtient b f en “recollant les morceaux” (X
s, F
s) et en remarquant que S X
s= b X.
2) Existence de b f , cas p > 2. On a besoin de quelques nouvelles notations.
Pour α = (α
1, . . . , α
p) ∈ (R
+∗)
p, on pose
D
jαj:= {ξ ∈ D
j: ω(ξ, E
j, D
j) < α
j}, D
α: = D
α11× . . . × D
pαp, E
jαj:= E
j∩ D
jαj, E
α= E
1α1× . . . × E
pαp.
On peut supposer E
1, . . . , E
p−1K-analytiques et D
1, . . . , D
p−1pseudoconvexes.
On raisonne par r´ ecurrence en supposant que l’´ enonc´ e est vrai pout p − 1.
(i) Soit T
ple simplexe {(x
1, . . . , x
p) ∈ (R
+∗)
p: P
pj=1
x
j≤ 1}. On va montrer que pour tout α ∈ T
pil existe une fonction f
αanalytique sur D
αtelle que f
α= f sur D
α∩ X. On pose θ
j= α
j(1 − α
p)
−1pour j = 1, . . . , p − 1, D
θ= D
θ11×. . .×D
θp−1p−1, E
θ= E
1θ1×. . .×E
p−1θp−1. Puisque f est s´ epar´ ement analytique sur X, f (z, ·) est analytique sur D
ppour z ∈ E
θ, pour w ∈ F , f (·, w) est s´ epar´ ement analytique sur
X
∗:= (D
1× E
2× . . . × E
p−1) ∪ . . . ∪ (E
1× . . . × E
p−2× D
p−1).
Donc, par hypoth` ese de r´ ecurrence, il existe une fonction b f
wanalytique sur b X
∗telle que b f
w= f (·, w) sur b X
∗∩ X
∗. On remarque que D
θ⊂ b X
∗, car P
p−1j=1
θ
j≤ 1.
On consid` ere sur
Y := (D
θ× E
p) ∪ (E
θ× D
p) la fonction e f ,
f (z, w) = e f (z, w) si (z, w) ∈ E
θ× D
p, f b
w(z) si (z, w) ∈ D
θ× E
p.
f est s´ e epar´ ement analytique sur Y et ´ egale ` a f sur Y ∩ X, donc d’apr` es le cas p = 2 il existe une fonction g analytique sur
Y = {(z, w) ∈ D b
θ× D
p: ω(z, E
θ, D
θ) + ω(w, E
p, D
0) < 1}
telle que g = e f sur b Y ∩ X.
La propri´ et´ e produit de la fonction extr´ emale (4.3) et (1.4) donnent, pour z = (z
1, . . . , z
p−1) ∈ D
θ,
ω(z, E
θ, D
θ) = max
1≤j≤p−1
1 − α
pα
jω(z
j, E
j, D
j).
Pour (z, W ) ∈ D
α⊂ D
θ× D
αppon a
ω(z, E
θ, D
θ) + ω(w, E
p, D
0) < 1 − α
p+ α
p= 1,
donc D
α⊂ b Y . On remarque que f = g sur D
α∩ X; en effet, e f = f = g sur Y ∩ Y ∩ X qui contient D b
α∩ X car D
α⊂ b T et D
α∩ X ⊂ Y ∩ X. On obtent donc le r´ esultat annonc´ e en posant f
α= g.
(ii) Terminons maintenant la preuve de l’existence de b f . Soient α, β ∈ T
p, soient f
αet f
βcomme dans (i). Alors f
α= f
βsur D
α∩ D
β∩ X qui contient E
γ, avec γ = (min(α
1, β
1), . . . , min(α
p, β
p)). Or d’apr` es (1.4bis), E
γest “localement”
non pluripolaire dans D
γ= D
α∩ D
ω, donc f
α= f
βsur D
α∩ D
β. On peut donc recoller les morceaux (D
α, f
α) pour tous les α ∈ T
p: on obtient une fonction b f analytique sur
X = b [
α∈Tp
D
αet ´ egale ` a f sur b Y ∩ X.
3) Unicit´ e. Si g est analytique sur b X et ´ egale ` a f sur b X ∩ X, alors pour tout α ∈ T
p, b f et g sont analytiques sur D
α⊂ b X et ´ egales sur E
αqui est “localement”
non pluripolaire dans D
α, donc identiques sur D
α. Par cons´ equent b f = g sur b X, r´ eunion des D
α.
R e m a r q u e s. 1) Le th´ eor` eme 5.1 est une extension du th´ eor` eme bien connu de J. Siciak ([Si,1]).
2) Dans le cas p = 2, l’hypoth` ese que D = D
1et G = D
2sont born´ es, oubli´ ee dans [N-Z,2], est faite pour garantir les propri´ et´ es de convergence de la fonction extr´ emale. Plus pr´ ecis´ ement, si D est un ouvert born´ e de C
n, alors :
• pour toute suite croissante (E
s) de sous-ensembles de C
n, ω(z, E
s, D) & ω
z, [
E
s, D
, ∀z ∈ D,
• pour toute suite croissante (D
s) d’ouverts de C
ntelle que S D
s= D et tout E ⊂ C
n,
ω(z, E
s, D) & ω(z, E, D), ∀z ∈ D.
Lorsque D et G ne sont pas born´ es (D ouvert pseudoconvexe, G ouvert), la
d´ emonstration de [N-Z,2] est valable sous les hypoth` eses suivantes :
• Il existe une suite croissante d’ouverts hyperconvexes (D
t) telle que D
tb D, S D
t= D et que
t→∞
lim ω(z, E ∩ D
s, D
t) = ω(z, E ∩ D
s, D), ∀z ∈ D, ∀s,
s→∞