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Diese Arbeit beschäftigt sich mit (frequent) universellen Funktionen bezüglich Differentialoperatoren und gewichteten Shiftoperatoren. Hierbei wird ein Charakteristikum von Funktionen vom Exponentialtyp untersucht, das bisher im Rahmen der Universalität noch nicht betrachtet wurde: Das konjugierte Indikatordiagramm. Dabei handelt es sich um eine kompakte und konvexe Menge, die einer Funktion vom Exponentialtyp zugeordnet ist und gewisse Rückschlüsse über das Wachstum und die mögliche Nullstellenverteilung zulässt. Mittels einer speziellen Transformation werden (frequent) universelle Funktionen vom Exponentialtyp bezüglich verschiedener Differentialoperatoren ineinander überführt. Hierdurch ist eine genaue Lokalisation der konjugierten Indikatordiagramme möglicher (frequent) universeller Funktionen für diese Operatoren ableitbar. Durch Konjugation der Differentiation mit gewichteten Shiftoperatoren über das Hadamardprodukt, wird auch für diese Operatoren eine Lokalisation möglicher konjugierter Indikatordiagramme ihrer (frequent) universellen Funktionen erreicht.
In recent years, the study of dynamical systems has developed into a central research area in mathematics. Actually, in combination with keywords such as "chaos" or "butterfly effect", parts of this theory have been incorporated in other scientific fields, e.g. in physics, biology, meteorology and economics. In general, a discrete dynamical system is given by a set X and a self-map f of X. The set X can be interpreted as the state space of the system and the function f describes the temporal development of the system. If the system is in state x ∈ X at time zero, its state at time n ∈ N is denoted by f^n(x), where f^n stands for the n-th iterate of the map f. Typically, one is interested in the long-time behaviour of the dynamical system, i.e. in the behaviour of the sequence (f^n(x)) for an arbitrary initial state x ∈ X as the time n increases. On the one hand, it is possible that there exist certain states x ∈ X such that the system behaves stably, which means that f^n(x) approaches a state of equilibrium for n→∞. On the other hand, it might be the case that the system runs unstably for some initial states x ∈ X so that the sequence (f^n(x)) somehow shows chaotic behaviour. In case of a non-linear entire function f, the complex plane always decomposes into two disjoint parts, the Fatou set F_f of f and the Julia set J_f of f. These two sets are defined in such a way that the sequence of iterates (f^n) behaves quite "wildly" or "chaotically" on J_f whereas, on the other hand, the behaviour of (f^n) on F_f is rather "nice" and well-understood. However, this nice behaviour of the iterates on the Fatou set can "change dramatically" if we compose the iterates from the left with just one other suitable holomorphic function, i.e. if we consider sequences of the form (g∘f^n) on D, where D is an open subset of F_f with f(D)⊂ D and g is holomorphic on D. The general aim of this work is to study the long-time behaviour of such modified sequences. In particular, we will prove the existence of holomorphic functions g on D having the property that the behaviour of the sequence of compositions (g∘f^n) on the set D becomes quite similarly chaotic as the behaviour of the sequence (f^n) on the Julia set of f. With this approach, we immerse ourselves into the theory of universal families and hypercyclic operators, which itself has developed into an own branch of research. In general, for topological spaces X, Y and a family {T_i: i ∈ I} of continuous functions T_i:X→Y, an element x ∈ X is called universal for the family {T_i: i ∈ I} if the set {T_i(x): i ∈ I} is dense in Y. In case that X is a topological vector space and T is a continuous linear operator on X, a vector x ∈ X is called hypercyclic for T if it is universal for the family {T^n: n ∈ N}. Thus, roughly speaking, universality and hypercyclicity can be described via the following two aspects: There exists a single object which allows us, via simple analytical operations, to approximate every element of a whole class of objects. In the above situation, i.e. for a non-linear entire function f and an open subset D of F_f with f(D)⊂ D, we endow the space H(D) of holomorphic functions on D with the topology of locally uniform convergence and we consider the map C_f:H(D)→H(D), C_f(g):=g∘f|_D, which is called the composition operator with symbol f. The transform C_f is a continuous linear operator on the Fréchet space H(D). In order to show that the above-mentioned "nice" behaviour of the sequence of iterates (f^n) on the set D ⊂ F_f can "change dramatically" if we compose the iterates from the left with another suitable holomorphic function, our aim consists in finding functions g ∈ H(D) which are hypercyclic for C_f. Indeed, for each hypercyclic function g for C_f, the set of compositions {g∘f^n|_D: n ∈ N} is dense in H(D) so that the sequence of compositions (g∘f^n|_D) is kind of "maximally divergent" " meaning that each function in H(D) can be approximated locally uniformly on D via subsequences of (g∘f^n|_D). This kind of behaviour stands in sharp contrast to the fact that the sequence of iterates (f^n) itself converges, behaves like a rotation or shows some "wandering behaviour" on each component of F_f. To put it in a nutshell, this work combines the theory of non-linear complex dynamics in the complex plane with the theory of dynamics of continuous linear operators on spaces of holomorphic functions. As far as the author knows, this approach has not been investigated before.
Die Probleme bezüglich der Existenz universeller Funktionen und die universelle Approximation von Funktionen sind von klassischer Natur und spielen eine zentrale Rolle. Folgende Untersuchungen sind Gegenstand dieser Arbeit: Universelle Funktionen, die durch Lückenreihen dargestellt werden, sog. eingeschränkte Universalitäten, mehrfache Universalitäten sowie die universelle Approximation messbarer Funktionen. In einem letzten Kapitel werden abschließend ganzzahlige Cesaro-Mittel untersucht. Hier zeigt sich, dass alle bewiesenen Ergebnisse dieser Arbeit über universelle Approximation im Komplement des abgeschlossenen Einheitskreises durch Teilsummen einer Potenzreihe vom Konvergenzradius 1 auch auf die jeweiligen ganzzahligen Cesaro-Transformierten der Teilsummen übertragbar sind.
Es wird die Existenz einer Potenzreihe vom Konvergenzradius 1 bewiesen, so dass die mit einer zweifach unendlichen Matrix A (deren komplexe Einträge drei Bedingungen erfüllen müssen) gebildeten A -Transformierten außerhalb des (einfach zusammenhängenden) Holomorphiegebietes der Potenzreihe überkonvergieren. Das Hauptergebnis der Arbeit ist ein Satz über die Existenz einer universellen Potenzreihe vom Konvergenzradius 1, so dass deren A "Transformierte stetige Funktionen auf kompakten, holomorphe Funktionen auf offenen Mengen (in beiden Fällen liegen die Mengen im Komplement des einfach zusammenhängenden Holomorphiegebietes der Potenzreihe) approximieren und sich zusätzlich zur fast-überall-Approximation messbarer Funktionen auf messbaren Mengen (im Komplement des Holomorphiegebietes der Potenzreihe gelegen) eignen. Als wichtige Konsequenz dieses Hauptergebnisses ergibt sich für den Fall, dass das Holomorphiegebietes der Potenzreihe der Einheitskreis ist, die Existenz einer universellen trigonometrischen Reihe, so dass deren A "Transformierte auf dem Rand des Einheitskreises stetige Funktionen approximieren und zusätzlich messbare Funktionen fast-überall auf [0,2π] approximieren
Das erste Beispiel einer so genannten universellen holomorphen Funktion stammt von Birkhoff, welcher im Jahre 1929 die Existenz einer ganzen Funktion beweisen konnte, die gewissermaßen jede ganze Funktion durch geeignete Translationen approximieren kann. In der Folgezeit hat sich der Bereich der "universellen Approximation" zu einem eigenständigen Gebiet innerhalb der komplexen Approximationstheorie entwickelt, und es gibt eine Vielzahl an Ergebnissen über universelle Funktionen. Hierbei wurde sich allerdings fast ausschließlich auf das Studium holomorpher und ganzer Funktionen beschränkt, insbesondere die Klasse der meromorphen Funktionen wurde bisher kaum auf das Phänomen der Universalität hin untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit universeller meromorpher Approximation, und geht der Fragestellung nach, ob meromorphe Funktionen mit gewissen Universalitätseigenschaften existieren, und ob die klassischen Ergebnisse aus der universellen holomorphen Approximation auf den meromorphen Fall erweiterbar sind. Hierbei wird zunächst zwischen Translations- und Streckungsuniversalität unterschieden und bewiesen, dass in beiden Fällen jeweils eine im Raum der meromorphen Funktionen residuale Menge an universellen Funktionen existiert. Weiterhin werden die Eigenschaften dieser Funktionen ausführlich studiert. Anschließend werden meromorphe Funktionen auf Ableitungsuniversalität hin untersucht. Hierbei wird einerseits gezeigt, dass im Allgemeinen keine positiven Ergebnisse möglich sind, während andererseits eine spezielle Klasse meromorpher Funktionen betrachtet wird, für welche universelles Verhalten der sukzessiven Ableitungen nachgewiesen werden kann.