PROCEEDINGSof the AMERICAN MATHEMATICALSOCIETY Volume 116, Number 4, December 1992 LE CALCUL FONCTIONNEL DANS L'ESPACE DE BESOV CRITIQUE G. BOURDAUD (Communicated by Palle E. T. Jorgensen) Résumé. Si F une fonction de la variable complexe qui opère, par composition à gauche, sur l'espace de Besov B5p'q(R") ou sur l'espace de Triebel-Lizorkin F/,?(R"), où 0 < s < 1 , 5 = n/p , 1 < q < +oo (q > 1 , dans le cas de l'espace de Besov), alors F est globalement lipschitzienne. Ce résultat achève la description du calcul fonctionnel dans ¿^''(R") et dans Fp,q(R"), pour 0<s< 1. Abstract. Let F be a complex variable function which acts, via left composition, on the Besov space ßp?(R") or the Triebel-Lizorkin space /"/''(R"), where 0 < 5 < 1 , í = n/p , 1 < q < +oo (q > 1 , in the Besov case); then F is globally lipschitz. This theorem—added to previous results on the noncritical case—provides a complete characterization of the functional calculus on BSP'"(W) and Fsp-q(R"), for 0 < 5 < 1 . Dans un travail récent, en collaboration avec Dalila Kateb [BK.2], nous avons décrit le calcul fonctionnel dans les espaces de Besov Bsp'q(W) et de TriebelLizorkin Fp'q(W), pour 0 < 5 < 1 et s ^ n/p. Nous présentons ici l'extension de ces résultats au cas critique s = n/p. Théorème 1. Soient n < p < +00 et 1 < q < +00. Pour une fonction F de C, dans C, les propriétés suivantes sont équivalentes: (i) F opère, par composition à gauche, sur Bp'p'q(Rn) ; (ii) il existe un r £ ]1, q] tel que, pour tout f £ Bp/p'r(R"), on ait F of £ b;^/p'°°(W), (iii) F est globalement lipschitzienne et F(0) = 0. Théorème 2. Soient n < p < +oc et 1 < q < +oc. Pour une fonction dans C, les propriétés suivantes sont équivalentes: F de C (i) F opère, par composition à gauche, sur Fp'q(W) ; (ii) pourtout f£Fp"lp'\W), ona Fof £ B^P-°°(R") ; (iii) F est globalement lipschitzienne et F(0) = 0. Received by the editors February 22, 1991. 1991 Mathematics Subject Classification. Primary 46E35, 47H30, Secondary 67HGG. ©1992 American Mathematical Society 0002-9939/92 $1.00+ $.25 per page 983 License or copyright restrictions may apply to redistribution; see http://www.ams.org/journal-terms-of-use 984 G. BOURDAUD Notons que les implications (i) => (ii) résultent aussitôt des plongements Bnp'p'r(Rn) c Bnp,p'q(Rn) c Bnp/p'°°(Rn) Fp"/p'\r") (r<q), c Fpn/p'q(R") c B^p'co(Rn) (voir, par exemple, [T]); quant aux implications (iii) => (i), ce sont des conséquences immédiates des caractérisations des espaces de Besov et de TriebelLizorkin à l'aide de divers "modules de continuité" [T]. Lemme. Il existe une suite (dv)v>\ de fonctions C°° sur R" , portées par le cube unité Q = [-1/2, +1/2]" , telles que: (i) 0j,(x) = 1 sur le cube 2~VQ; (ii) pour vers (iii) pour vers tout p £ [1, 0 en norme tout p £ ]1, 0 en norme +oo[ et tout q £ ]l, +co], la suite (0„)¡,>i converge Bplp'q(Rn); +co[ et tout q £ [1, +oo], la suite (0„)„>i converge Fp/p'q(R"). Preuve du lemme. Nous utiliserons la décomposition atomique des espaces de Besov et de Triebel-Lizorkin, telle qu'elle est développée par Frazier et Jawerth. Donnons-nous une fonction tp £ D(R") telle que <p(x) = 1 sur Q et <p(x) — 0 hors de 2Q et posons ev(x) = v-' Y, f&*y> on a aussitôt 0„(x) = 0 hors de Q et 6„(x) - 1 sur 2~"Q. Pour estimer les normes des 0„ , on observe que, pour une certaine constante e = e(tp, n,p, q) > 0, les fonctions x —>etp(2Jx) sont des atomes, normalisés dans BplP'q(R") et dans Fp/p'q(R"), portés respectivement par les cubes dyadiques 2~J+XQ; on applique alors le Théorème 3.1 de [FJ1] et le Théorème 5.3 de [FJ2]; on obtient \\0„\\R»/p-«<C(n,p,q,e)vWqï-x; de même 1101/Il r-»/*.!<C(n,p, 1 p E 2iH,pxj e)i/_1 l£j<" lip où Xj désigne la fonction caractéristique du cube 2~JQ. Pour estimer la norme LP qui apparaît au second membre, on pose Sm = 2-mQ\2-m-xQ (m = 1, ... ,v-l), Su = 2~"Q; la fonction tient 2^\<j<v2jnlpXj valant constamment J2x<j<m^"^P sur ^m , on ob- ||0,/||f;/,..<CV-' ( J2 \sm\2m") <&pWri-} (CQFD). Venons-en à la preuve des Théorèmes 1 et 2. Soit F une fonction telle que, £ Fpn/p'1), on ait Fof £ Bp/p'°° ; on sait [BK1] pour tout f £ Bp/P'r(resp.f License or copyright restrictions may apply to redistribution; see http://www.ams.org/journal-terms-of-use LE CALCUL FONCTIONNEL 985 qu'il existe alors des constantes ô > 0 et M > 0 telles que, pour toute fonction / portée par Q, l'inégalité ||/|| < ô entraîne ||Fo/|| „/„,«, < M (ici et dans la suite || - || désigne la norme dans Bnp'p'r ou dans Fpn'p'1). Il s'agit de trouver des constantes K > 0 et ct > 0 telles que \F(b)-F(a)\<K\b-a\, pour tous nombres complexes a et b tels que 0 < \a - b\ < o ; pour cela, on introduit la fonction f(x) = (b-a) Y <P(3((x/X)-k)) + a0u(x) \kj\<N (la somme £\fc ,<JV... est étendue aux k £ Z" tels que \kj\ < N, pour tout j £ {l, ... , n}; le nombre X £ ]0, 1] et les entiers positifs N et v seront fixés dans un instant). Le lemme nous autorise à choisir v tel que M110,11 < S/2. On a par ailleurs (voir le Lemme 1 de [BK2]) Y f(3((-/X)-k)) < AN"lp, \k,\<N où la constante A dépend de n, r, p, et tp ; on est donc conduit à choisir l'entier N > 1 tel que -i ô(3A\b - a\)~x < Nn/P < ô(2A\b - a\ encadrement réalisable si ô/\b - a\ est assez grand, autrement dit dès que \b-a\ < o(n, r,p, tp, ô). Enfin, il convient que les cubes X(Q + k) soient tous inclus dans le cube 2~"Q; pour cela, il suffit de choisir X de telle façon que XN soit petit devant 2"" . Ainsi la fonction / est portée par le cube unité et l'on a ||/]| < S. Désignons par Q+ le cube [0, 1/2]" et posons h = (1/3, 0,... , 0) ; pour tout xe(l/3)Q+, ona x+h £ Q alors que x+/z n'appartient pas à l'intérieur de (2/3)Q ; cela entraine F(f(x + Xh))- F(f(x)) = F (a) - F(b) sur le cube X((1/3)Q+ + k) ; on a donc Mp>{\\Fof\\ up „.„y >3"X~"Y I \F(f(x+ Xh))-F(f(x))\pdx \kA<NJH(mQ++k) > 3"X-n(2N+ l)n\F(b) - F(a)\p vol{X((l/3)Q+ + k)} > CN"\F(b)-F(a)\p, avec C —C(n) > 0; d'où enfin \F(b)-F(a)\ <MC-x'pN-nlp < 3AMC-Xlpô~x\b - a\ (CQFD). License or copyright restrictions may apply to redistribution; see http://www.ams.org/journal-terms-of-use 986 g. bourdaud Bibliographie [BKl] G. Bourdaud et D. Kateb, Fonctions qui opèrent sur certains espaces de Besov, Ann. Inst. Fourier (Grenoble) 40 (1990), 153-162. [BK2] _, Fonctions qui opèrent sur les espaces de Besov, Proc. Amer. Math. Soc. 112 (1991), 1067-1076. [FJ1] M. Frazier et B. Jawerth, Decomposition of Besov spaces, Indiana Univ. Math. J. 84 (1985), [FJ2] _, 777-799. A discrete transform and applications to distribution spaces, J. Funct. Anal. 93 (1990), 34-170. [T] H. Triebel, Theory of function spaces, Birkhauser, Basel, Boston, and Stuttgart, 1983. Université Paris VII, C.N.R.S. U. A. 212, Tour 45-55-5 ° étage, 2, place Jussieu, 75251 Paris Cedex 05, France License or copyright restrictions may apply to redistribution; see http://www.ams.org/journal-terms-of-use