Eine stetige Funktion $f:\O\rar\R$ auf einem Gebiet $\O\sbe\R^n$ heißt subharmonisch, wenn für alle $x\in\O$ und alle $r > 0$ mit $\cl{B_r(x)}\sbe\O$ gilt: $$ f(x)\leq\int_{S^{n-1}}f(x+r\z)\,\s(d\z) $$ Zeigen Sie: ist $f$ zweimal stetig differenzierbar, so ist $f$ genau dann subharmonisch, wenn $\D f\leq0$. 2. Konvexe Funktionen sind subharmonisch.
1. Nach dem Beweis zu Proposition gilt für $$ F(r)\colon=\pa_r\int_{S^{n-1}}f(x+r\z)\,\s(d\z):\quad F^\prime(r)=-\frac{r}{\vol{}(S^{n-1})}\int_{B_1(0)}\D f(x+ry)\,dy~. $$ Ist $f$ subharmonisch, so folgt: $\lim_{r\dar0}F^\prime(r)\geq0$, also $$ 0\geq\lim_{r\dar0}\int_{B_1(0)}\D f(x+ry)\,dy=\D f(x)~. $$ Umgekehrt folgt aus $\D f\leq0$, daß $F$ monoton steigend ist, also $F(0)\leq F(r)$ und dies bedeutet: $$ f(x)\leq\int_{S^{n-1}}f(x+r\z)\,\s(d\z) $$ i.e. $f$ ist subharmonisch.
2. Für konvexe Funktionen $f$ gilt für alle $\z\in S^{n-1}$ mit $\cl{B_r(x)}\sbe\O$: $$ f(x)\leq\frac12(f(x+r\z)+f(x-r\z)) $$ und nach Integration über $\z$: $$ f(x)\leq\frac12\int_{S^{n-1}}f(x+r\z)\,\s(d\z) +\frac12\int_{S^{n-1}}f(x-r\z)\,\s(d\z) =\int_{S^{n-1}}f(x+r\z)\,\s(d\z)~. $$