American Journal of Mathematics and Statistics 2014, 4(3): 147-155 DOI: 10.5923/j.ajms.20140403.03 On a New Class of Multivalent Functions with Negative Coefficient Defined by Hadamard Product Involving a Linear Operator Waggas Galib Atshan1,*, Ali Hussein Battor2, Amal Mohammed Dereush2 1 Department of Mathematics, College of Computer Science and Mathematics, University of Al-Qadisiya, Diwaniya, Iraq 2 Department of Mathematics, College of Education for Girls, University of Kufa, Najaf, Iraq Abstract In this paper, we have introduced and studied a new class of multivalent functions in the open unit disk ππ = {π§π§ ∈ β: |π§π§| < 1}, we obtain some interesting properties, like, coefficient inequality, distortion bounds, closure theorems, radii of starlikeness, convexity and close-to-convexity, weighted mean, neighborhoods and partial sums. Keywords Multivalent Function, Convolution, Distortion, Neighborhoods, Partial Sums, Weighted Mean, Linear Operator 1. Introduction Let πΊπΊ denote the class of all functions of the from ππ ππ(π§π§) = π§π§ ππ + ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ π§π§ , (ππ ∈ ππ = {1,2, … }) (1) which are analytic and multivalent in the open unit disk ππ. Let ππππ denote the subclass of πΊπΊconsisting of functions of the from ππ ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ π§π§ , (ππππ ≥ 0, ππ ∈ ππ) ππ(π§π§) = π§π§ − ππ ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ π§π§ , (ππππ ≥ 0, ππ ∈ ππ) (3) we define the convolution (or Hadamard product) of ππ ππππππ ππ by ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ ππππ π§π§ . (4) A function ππ ∈ ππππ is said to be p-valentlystarlike of order ππ if and only if π π π π οΏ½ π§π§π§π§′ (π§π§) ππ(π§π§) οΏ½ > ππ, (0 ≤ ππ < ππ; π§π§ ∈ ππ). (5) (0 ≤ ππ < ππ; π§π§ ∈ ππ). (6) A function ππ ∈ ππππ is said to be p-valently convex of order ππ if and only if π π π π οΏ½1 + π§π§π§π§′′ (π§π§) ππ′ (π§π§) οΏ½ > ππ, * Corresponding author: waggashnd@gmail.com (Waggas Galib Atshan) Published online at http://journal.sapub.org/ajms Copyright © 2014 Scientific & Academic Publishing. All Rights Reserved π π π π οΏ½ ππ′ (π§π§) π§π§ ππ −1 be p-valently (0 ≤ ππ < ππ; π§π§ ∈ ππ). οΏ½ > ππ, (7) Definition 1 [8]: Let πΎπΎ, π½π½, ππ, ∈ β, πΎπΎ ≥ 0, π½π½ ≥ 0, ππ ≥ 0, ππ ∈ ππ and ∞ ππ(π§π§) = π§π§ ππ − οΏ½ ππππ π§π§ ππ . (2) which are analytic and multivalent in the open unit disk ππ. For the function ππ ∈ ππππ given by (2) and ππ ∈ ππππ defined by ππ A function ππ ∈ ππππ is said to close-to-convex of order ππ if and only if ππ=ππ+1 Then we define the linear operator πΎπΎ,π½π½ π·π·ππ,ππ : πΊπΊ → πΊπΊ ππππ πΎπΎ,π½π½ π·π·ππ,ππ ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 οΏ½1 + (ππ−ππ)πΎπΎ ππ (ππ+π½π½ ) οΏ½ ππππ π§π§ ππ , π§π§ ∈ ππ. (8) Definition 2: Let ππ be a fixed function defined by (3). The function ππ ∈ ππππ given by (2) is said to be in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) if and only if οΏ½ πΎπΎ ,π½π½ ′ πΎπΎ ,π½π½ ′′ οΏ½π·π·ππ ,ππ (ππ∗ππ)(π§π§)οΏ½ +π§π§οΏ½οΏ½π·π·ππ ,ππ (ππ∗ππ)(π§π§)οΏ½ −ππ 2 π§π§ ππ −2 οΏ½ πΎπΎ ,π½π½ ′ πΎπΎ ,π½π½ ′′ πΌπΌοΏ½π·π·ππ ,ππ (ππ∗ππ)(π§π§)οΏ½ −π§π§π§π§ οΏ½οΏ½π·π·ππ ,ππ (ππ∗ππ)(π§π§)οΏ½ −ππ 2 π§π§ ππ −2 οΏ½ οΏ½ < ππ, (9) where 0 < πΌπΌ < 1, 0 ≤ ππ < 1, 0 < ππ < 1, πΎπΎ, π½π½, ππ ∈ ℜ, πΎπΎ ≥ 0, π½π½ ≥ 0, ππ ≥ 0, ππ ∈ ππ. Some of the following properties studied for other class in [1], [2], [3], [4], [6] and [7]. 2. Coefficient Inequalities Theorem 1: Let ππ ∈ ππππ . Then ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) if and only if Waggas Galib Atshan et al.: On a New Class of Multivalent Functions with Negative Coefficient Defined by Hadamard Product Involving a Linear Operator 148 ∑∞ ππ=ππ+1 οΏ½1 + (ππ−ππ)πΎπΎ ππ (ππ+π½π½ ) (10) οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)] ππππ ππππ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ), where 0 < πΌπΌ < 1, 0 ≤ ππ < 1, 0 < ππ < 1, πΎπΎ, π½π½, ππ ∈ ℜ, πΎπΎ ≥ 0, π½π½ ≥ 0, ππ ≥ 0, ππ ∈ ππ. The result is sharp for the function ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ππππ (πΌπΌ+ππ) (ππ −ππ )πΎπΎ ππ οΏ½1+ (ππ ) οΏ½ [ππ(ππ(ππ (ππ −1)−πΌπΌ)+ππ)]ππππ +π½π½ Proof: Suppose that the inequality (10) holds true and |π§π§| = 1. Then we have ′ πΎπΎ,π½π½ ′′ πΎπΎ,π½π½ πΎπΎ,π½π½ π§π§ ππ . (11) ′ πΎπΎ,π½π½ ′′ οΏ½οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ + π§π§ οΏ½οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − ππ2 π§π§ ππ−2 οΏ½οΏ½ − ππ οΏ½πΌπΌ οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − π§π§π§π§ οΏ½οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − ππ2 π§π§ ππ−2 οΏ½οΏ½ ∞ ∞ ππ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ (ππ − ππ)πΎπΎ = οΏ½− οΏ½ οΏ½1 + οΏ½ ππ2 ππππ ππππ π§π§ ππ οΏ½ − ππ οΏ½ππ(πΌπΌ + ππ)π§π§ ππ−1 − οΏ½ οΏ½1 + οΏ½ οΏ½πΌπΌπΌπΌ − ππ(ππ2 − ππ)οΏ½ ππππ ππππ π§π§ ππ οΏ½ (ππ + π½π½) (ππ + π½π½) ππ=ππ+1 ∞ ≤ οΏ½ οΏ½1 + ππ=ππ+1 ππ=ππ+1 ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ ππππ − ππππ(πΌπΌ + ππ) ≤ 0, (ππ + π½π½) by hypothesis. Hence, by maximum modulus principle, ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Conversely, suppose that ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then from (9), we have οΏ½ ′ πΎπΎ,π½π½ ′ πΎπΎ,π½π½ πΎπΎ,π½π½ ′′ πΌπΌ οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − π§π§π§π§ οΏ½οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − ππ2 π§π§ ππ−2 οΏ½ Since π π π π (π§π§) ≤ |π§π§| for all π§π§(π§π§ ∈ ππ), we get π π π π οΏ½ ′′ πΎπΎ,π½π½ οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ + π§π§ οΏ½οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ − ππ2 π§π§ ππ−2 οΏ½ (ππ −ππ )πΎπΎ ππ 2 ππ − ∑∞ ππ =ππ +1 οΏ½1+ (ππ +π½π½ ) οΏ½ ππ ππ ππ ππππ π§π§ (ππ −ππ )πΎπΎ ππ 2 ππ ππ −1 − ∑∞ ππ =ππ +1 οΏ½1+ (ππ +π½π½ ) οΏ½ [πΌπΌπΌπΌ −ππ(ππ −ππ)]ππ ππ ππππ π§π§ +ππ(πΌπΌ+ππ)π§π§ ′′ πΎπΎ,π½π½ We choose the value of π§π§ on the real axis, so that οΏ½π·π·ππ,ππ (ππ ∗ ππ)(π§π§)οΏ½ is real. Letting π§π§ → 1− through real values, we obtain inequality (10). Finally, sharpness follows if we take ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ππππ (πΌπΌ+ππ) (ππ −ππ )πΎπΎ ππ οΏ½1+ (ππ ) οΏ½ [ππ(ππ(ππ (ππ−1)−πΌπΌ)+ππ)]ππππ +π½π½ Corollary 1: Let ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then ππππ ≤ ππππ (πΌπΌ +ππ) (ππ −ππ )πΎπΎ ππ οΏ½1+ (ππ ) οΏ½ [ππ(ππ(ππ (ππ−1)−πΌπΌ)+ππ)]ππππ +π½π½ οΏ½ < ππ. οΏ½ < ππ. π§π§ ππ . (12) (13) , ππ = ππ + 1, ππ + 2, …. (14) 3. Growth and Distortion Theorems Theorem 2: Let the function ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then |π§π§|ππ−1 − Proof: ππππ(πΌπΌ + ππ) |π§π§|ππ+1 ≤ |ππ(π§π§)| ≤ ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½1 + (ππ + π½π½) ≤ |π§π§|ππ−1 + οΏ½1+(ππ ππππ (πΌπΌ+ππ) ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππππ +1 +π½π½ ) |π§π§|ππ+1 . ∞ ∞ ∞ ππ=ππ+1 ππ=ππ+1 ππ=ππ+1 |ππ(π§π§)| = οΏ½π§π§ ππ + οΏ½ ππππ π§π§ ππ οΏ½ ≤ |π§π§|ππ + οΏ½ ππππ |π§π§|ππ ≤ |π§π§|ππ + |π§π§|ππ+1 οΏ½ ππππ . (15) American Journal of Mathematics and Statistics 2014, 4(3): 147-155 149 By Theorem 1, we get ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ ≤ Thus |ππ(π§π§)| ≤ |π§π§|ππ + also . (16) ππππ(πΌπΌ + ππ) |π§π§|ππ+1 , ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½1 + (ππ + π½π½) |ππ(π§π§)| ≥ ≥ |π§π§|ππ − ππππ (πΌπΌ+ππ) ππ πΎπΎ οΏ½1+(ππ +π½π½ )οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππππ +1 |π§π§|ππ ∞ − οΏ½ ππππ ππ=ππ+1 |π§π§|ππ ≥ |π§π§|ππ − |π§π§|ππ+1 ∞ οΏ½ ππππ ππ=ππ+1 ππππ(πΌπΌ + ππ) |π§π§|ππ+1 , ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½1 + (ππ + π½π½) and the proof is complete. Theorem 3: Let ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then ππππ(πΌπΌ + ππ) |π§π§|ππ ≤ |ππ′(π§π§)| ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½1 + (ππ + π½π½) ππππ(πΌπΌ + ππ) |π§π§|ππ . ≤ ππ|π§π§|ππ−1 + ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½1 + (ππ + π½π½) ππ|π§π§|ππ−1 − Proof: Notice that ∞ ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 οΏ½ ππππππ οΏ½1 + (ππ + π½π½) from Theorem 1, thus ≤ ∑∞ ππ=ππ+1 οΏ½1 + ππ=ππ+1 (ππ−ππ)πΎπΎ ππ (ππ+π½π½ ) οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ), ∞ ∞ |ππ′(π§π§)| = οΏ½πππ§π§ ππ−1 + οΏ½ ππππππ π§π§ ππ−1 οΏ½ ≤ ππ|π§π§|ππ−1 + οΏ½ ππππππ |π§π§|ππ−1 ππ=ππ+1 On the other hand ≤ ππ|π§π§|ππ−1 + οΏ½1+(ππ ππππ (πΌπΌ+ππ) ππ=ππ+1 ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππππ +1 +π½π½ ) ∞ ∞ ππ=ππ+1 ππ=ππ+1 |π§π§|ππ . |ππ′(π§π§)| = οΏ½πππ§π§ ππ−1 + οΏ½ ππππππ π§π§ ππ−1 οΏ½ ≥ ππ|π§π§|ππ−1 − οΏ½ ππππππ |π§π§|ππ−1 ≥ ππ|π§π§|ππ−1 + Combining (18) and (19), we get the result. (17) ππππ (πΌπΌ+ππ) ππ πΎπΎ οΏ½1+(ππ )οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππππ +1 +π½π½ |π§π§|ππ . (18) (19) Closure Theorems: Theorem 4: Let the function ππππ defined by ππ ππππ (π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ,ππ π§π§ , οΏ½ππππ,ππ ≥ 0, ππ ∈ ππ, ππ = 1,2, … , πποΏ½, be in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) for everyππ = 1,2, … , ππ. Then the function β defined by (20) Waggas Galib Atshan et al.: On a New Class of Multivalent Functions with Negative Coefficient Defined by Hadamard Product Involving a Linear Operator 150 ππ ∞ β(π§π§) = π§π§ − οΏ½ ππππ π§π§ ππ , (ππππ ≥ 0, ππ ∈ ππ), ππ=ππ+1 also belongs to the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), where ππππ = ππ 1 οΏ½ ππππ,,ππ , ππ (ππ ≥ ππ + 1). ππ=1 Proof: Since ππππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), then by Theorem 1, we have ∑∞ ππ=ππ+1 οΏ½1 + for every ππ = 1,2, … , ππ. Hence (ππ−ππ)πΎπΎ ππ (ππ+π½π½ ) οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,ππ ππππ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ) ∞ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ ππππ οΏ½ οΏ½1 + (ππ + π½π½) ππ=ππ+1 ∞ = οΏ½ οΏ½1 + ππ=ππ+1 = (21) ππ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ 1 οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ οΏ½ οΏ½ ππππ,ππ οΏ½ (ππ + π½π½) ππ ππ ∞ ππ=1 ππ=ππ+1 ππ=1 ππ (ππ − ππ)πΎπΎ 1 οΏ½ οΏ½ οΏ½ οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,ππ ππππ οΏ½ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ). (ππ + π½π½) ππ By Theorem 1, it follows that β ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Theorem 5: Let the function ππππ (π§π§), defined by (20) be in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), for every ππ = 1,2, … , ππ. Then the function β(π§π§) defined by ππ β(π§π§) = οΏ½ ππππ ππππ (π§π§) ππππππ is also in the classπ»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Proof: By definition of β(π§π§), we have ππ=1 ππ ππ=1 ∞ (ππππ ≥ 0) ππ β(π§π§) = οΏ½οΏ½ ππππ οΏ½ π§π§ − οΏ½ οΏ½οΏ½ ππππ ππππ,ππ οΏ½ π§π§ ππ . ππ=1 ππ ππ οΏ½ ππππ = 1, ππ=ππ+1 ππ=1 Since ππππ (π§π§) are in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), for every ππ = 1,2, … , ππ, we obtain ∞ οΏ½ οΏ½1 + ππ=ππ+1 ππ ππ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ οΏ½οΏ½ ππππ ππππ,ππ οΏ½ (ππ + π½π½) ππ ππ=1 ππ (ππ − ππ)πΎπΎ = οΏ½ ππππ οΏ½οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,ππ ππππ οΏ½ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ) οΏ½ ππππ = ππππ(πΌπΌ + ππ). (ππ + π½π½) ππ=1 ππ=1 4. Radii of Starlikeness, Convexity and Close-to-Convexity In the following theorems, we obtain the radii of starlikeness, convexity and close-to-convexity for the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Theorem 6: If ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), then ππ(π§π§) is p-valentlystarlike of order ππ (0 ≤ ππ < ππ), in the dick |π§π§| < π π 1 , where 1 ππ−ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ π π 1 = ππππππππ β’ . (ππ − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Proof: It is sufficient to show that American Journal of Mathematics and Statistics 2014, 4(3): 147-155 π§π§ππ ′ (π§π§) − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, ππ(π§π§) ππ−ππ ∑∞ π§π§ππ ′ (π§π§) ππ=ππ+1(ππ − ππ)ππππ |π§π§| − πποΏ½ ≤ . ∞ ππ−ππ ππ(π§π§) 1 − ∑ππ=ππ+1 ππππ |π§π§| οΏ½ Thus π§π§ππ ′ (π§π§) − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, ππ(π§π§) οΏ½ if Hence, by Theorem 1, (22) will be true if or if (0 ≤ ππ < ππ), οΏ½ for |π§π§| < π π 1 , we have 151 ∑∞ ππ=ππ+1 |π§π§|ππ−ππ (ππ − ππ)ππππ (ππ − ππ) ≤ (ππ−ππ)ππ ππ |π§π§|ππ −ππ (ππ−ππ ) ≤ 1. (22) (ππ − ππ)πΎπΎ ππ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)] (ππ + π½π½) , ππππ(πΌπΌ + ππ) οΏ½1 + 1 ππ −ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ . |π§π§| ≤ β’ (ππ − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Setting |π§π§| = π π 1 , we get the desired result. Theorem 7: If ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then ππ(π§π§) is p-valently convex of order ππ (0 ≤ ππ < ππ) in the disk |π§π§| < π π 2 , where 1 ππ −ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘ππ(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ . π π 2 = ππππππππ β’ ππ(ππ − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Proof: It is sufficient to show that for |π§π§| < π π 2 , we have Thus οΏ½1 + οΏ½1 + π§π§ππ ′′ (π§π§) − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, (0 ≤ ππ < ππ) ππ ′ (π§π§) ππ−ππ ∑∞ π§π§ππ ′′ (π§π§) ππ=ππ+1 ππ(ππ − ππ)ππππ |π§π§| − πποΏ½ ≤ . ππ−ππ ππ ′ (π§π§) ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππππ |π§π§| οΏ½1 + if Hence by Theorem 1, (23) will be true if and hence |π§π§|ππ−ππ ππ(ππ − ππ)ππππ ππ(ππ − ππ) π§π§ππ ′′ (π§π§) − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, ππ ′ (π§π§) ∑∞ ππ=ππ+1 ≤ οΏ½1 + ππ(ππ−ππ)ππ ππ |π§π§|ππ −ππ ππ(ππ−ππ ) ≤ 1. (ππ − ππ)πΎπΎ ππ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)] (ππ + π½π½) , ππππ(πΌπΌ + ππ) (23) 152 Waggas Galib Atshan et al.: On a New Class of Multivalent Functions with Negative Coefficient Defined by Hadamard Product Involving a Linear Operator 1 ππ−ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘ππ(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ . |π§π§| ≤ β’ ππ(ππ − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Setting |π§π§| = π π 2 , we get the desired result. Theorem 8: Let the function ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then ππ(π§π§) is p-valently close-to-convex of order ππ (0 ≤ ππ < ππ) in the disk |π§π§| < π π 3 , where 1 ππ−ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘ππ(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ . π π 3 = ππππππππ β’ ππ(ππ − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Proof: It is sufficient to show that for |π§π§| < π π 3 , we have ππ ′ (π§π§) − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, π§π§ ππ−1 ∞ ππ ′ (π§π§) οΏ½ ππ−1 − πποΏ½ ≤ οΏ½ ππππππ |π§π§|ππ−ππ . π§π§ ππ=ππ+1 Thus ππ ′ (π§π§) οΏ½ ππ−1 − πποΏ½ ≤ ππ − ππ, π§π§ if hence, by Theorem 1, (24) will be true if and hence (0 ≤ ππ < ππ) οΏ½ ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ ππ |π§π§|ππ −ππ ππ−ππ ππ ≤ 1, (ππ − ππ)πΎπΎ ππ|π§π§|ππ−ππ οΏ½1 + (ππ + π½π½) οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)] ≤ , (ππ − ππ) ππππ(πΌπΌ + ππ) (24) 1 ππ−ππ (ππ − ππ)πΎπΎ ππ β‘(ππ − ππ) οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]β€ (ππ + π½π½) β₯ . |π§π§| ≤ β’ ππππππ(πΌπΌ + ππ) β’ β₯ β£ β¦ Setting |π§π§| = π π 3 , we get the desired result. 5. Weighted Mean Definition 3: Let ππ1 ππππππ ππ2 be in the classπ»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then the weighted mean π€π€ππ of ππ1 ππππππ ππ2 is given by 1 π€π€ππ = [(1 − ππ)ππ1 (π§π§) + (1 + ππ)ππ2 (π§π§)], 0 < ππ < 1. 2 Theorem 9: Let ππ1 ππππππ ππ2 be in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Then the weighted mean π€π€ππ of ππ1 ππππππ ππ2 is also in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Poof: By Definition 3, we have American Journal of Mathematics and Statistics 2014, 4(3): 147-155 1 π€π€ππ = [(1 − ππ)ππ1 (π§π§) + (1 + ππ)ππ2 (π§π§)] 2 ∞ ∞ ππ=ππ+1 ππ=ππ+1 153 1 = οΏ½(1 − ππ) οΏ½π§π§ ππ − οΏ½ ππππ,1 π§π§ ππ οΏ½ + (1 + ππ) οΏ½π§π§ ππ − οΏ½ ππππ,2 π§π§ ππ οΏ½οΏ½ 2 1 ππ = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 οΏ½(1 − ππ)ππππ,1 + (1 + ππ)ππππ,2 οΏ½π§π§ . 2 (25) Since ππ1 ππππππ ππ2 are in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) so by Theorem 1, we get ∞ οΏ½ οΏ½1 + ππ=ππ+1 and ∞ οΏ½ οΏ½1 + ππ=ππ+1 Hence οΏ½1 + ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,1 ππππ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ) (ππ + π½π½) ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,2 ππππ ≤ ππππ(πΌπΌ + ππ), (ππ + π½π½) ππ (ππ − ππ)πΎπΎ 1 οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)] οΏ½ οΏ½(1 − ππ)ππππ,1 + (1 + ππ)ππππ,2 οΏ½οΏ½ ππππ (ππ + π½π½) 2 ∞ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ 1 = (1 − ππ) οΏ½ οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,1 ππππ (ππ + π½π½) 2 ππ=ππ+1 ∞ ππ (ππ − ππ)πΎπΎ 1 + (1 + ππ) οΏ½ οΏ½1 + οΏ½ [ππ(ππ(ππ(ππ − 1) − πΌπΌ) + ππ)]ππππ,2 ππππ (ππ + π½π½) 2 ππ=ππ+1 1 1 ≤ (1 − ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) + (1 + ππ)ππππ(πΌπΌ + ππ) = ππππ(πΌπΌ + ππ). 2 2 Therefore π€π€ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). The proof is complete. 6. Neighborhoods and Partial Sums Now we define the (ππ − πΏπΏ) −neighborhoods of the function ππ ∈ ππππ by (26) For identity functionππ(π§π§) = π§π§ ππ , (ππ ∈ ππ) (27) ∞ ππ ππππ,πΏπΏ (ππ) = οΏ½ππ ∈ ππππ : ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ π§π§ ππππππ ∑ππ=ππ+1 ππ|ππππ − ππππ | ≤ πΏπΏ, 0 ≤ πΏπΏ < 1οΏ½. ∞ ππ ππππ,πΏπΏ (ππ) = οΏ½ππ ∈ ππππ : ππ(π§π§) = π§π§ ππ − ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ π§π§ ππππππ ∑ππ=ππ+1 ππ|ππππ | ≤ πΏπΏ ,0 ≤ πΏπΏ < 1οΏ½. The concept of neighborhoods was first introduced by Goodman [5] and then generalized by Ruscheweyh [9]. Definition 4: A function ππ ∈ ππππ is said to be in the class π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), if there exist a function ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) such that ππ(π§π§) − 1οΏ½ < ππ − ππ ππ(π§π§) οΏ½ Theorem 10: If ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) and ππ = ππ − πΎπΎ ππ (π§π§ ∈ ππ, 0 ≤ ππ < 1). πΏπΏοΏ½1+(ππ +π½π½ )οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππ ππ +1 (ππ −ππ )πΎπΎ ππ οΏ½ οΏ½(ππ+1)οΏ½ππ(ππππ −πΌπΌ)+(ππ+1)οΏ½οΏ½ππ ππ +1 −ππππ (πΌπΌ+ππ) (ππ +π½π½ ) (ππ+1)οΏ½1+ Then ππππ,πΏπΏ (ππ) ⊂ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ). Proof: Let ππ ∈ ππππ,πΏπΏ (ππ). Then we have from (26) that . (28) Waggas Galib Atshan et al.: On a New Class of Multivalent Functions with Negative Coefficient Defined by Hadamard Product Involving a Linear Operator 154 ∞ οΏ½ ππ|ππππ − ππππ | ≤ πΏπΏ, ππ=ππ+1 which readily implies the following coefficient inequality ∞ οΏ½ |ππππ − ππππ | ≤ ππ=ππ+1 Next, since ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ), we have from Theorem 1 ∞ οΏ½ ππππ ≤ ππ=ππ+1 so that οΏ½1 + πΏπΏ . ππ + 1 ππππ(πΌπΌ + ππ) ππ (ππ − ππ)πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 (ππ + π½π½) , ∑∞ ππ(π§π§) ππ=ππ+1 |ππππ − ππππ | − 1οΏ½ ≤ 1 − ∑∞ ππ(π§π§) ππ=ππ+1 ππππ οΏ½ ππ πΎπΎ οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 πΏπΏ (ππ + π½π½) ≤ = ππ − ππ. ππ + 1 (ππ − ππ)πΎπΎ ππ οΏ½1 + οΏ½ οΏ½(ππ + 1)οΏ½ππ(ππππ − πΌπΌ) + (ππ + 1)οΏ½οΏ½ππππ+1 − ππππ(πΌπΌ + ππ) (ππ + π½π½) οΏ½1 + Then by Definition 3, ππ ∈ π»π»ππ (πΎπΎ, π½π½, ππ, ππ, πΌπΌ, ππ) for every ππ given by (28). Now, we introduce the partial sums. Theorem 11: Let ππ ∈ ππππ be given by (2) and define the ππ1 (π§π§)ππππππ ππππ (π§π§) by ππ1 (π§π§) = π§π§ ππ and ππ+ππ−1 ππ ππ (π§π§) = π§π§ ππ − ∑ππ=ππ+1 ππππ π§π§ ππ , suppose also that Thus, we have ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ ππππ ≤ 1, οΏ½ππππ = π π π π οΏ½ and π π π π οΏ½ (ππ −ππ )πΎπΎ ππ οΏ½ [ππ(ππ(ππ (ππ−1)−πΌπΌ)+ππ)]ππππ +π½π½ ) οΏ½1+ (ππ ππ(π§π§) ππ ππ (π§π§) ππ(π§π§) ππππ (πΌπΌ+ππ) οΏ½>1− ππ ππ (π§π§) οΏ½>1− (30) ππ > ππ + 1, 1 ππ ππ (31) (32) ππ ππ 1+ππ ππ οΏ½. . (33) Each of the bounds in (32) and (33) is the best possible for ππ ∈ ππ. Proof: For the coefficients ππππ given by (31), it is not difficult to verity that ππππ+1 > ππππ > 1, Therefore, by using the hypothesis (30), we have By setting and applying (34), we find that ππ = ππ + 1, ππ + 2, …. ∞ ∞ ∑∞ ππ=ππ+1 ππππ + ππππ ∑ππ=ππ+ππ ππππ ≤ ∑ππ=ππ+1 ππππ ππππ ≤ 1. ππ1 = ππππ οΏ½ ππ−ππ ππππ ∑∞ ππ(π§π§) 1 ππ=ππ+ππ ππππ π§π§ − οΏ½1 − οΏ½οΏ½ = 1 − ππ+ππ−1 ππππ(π§π§) ππππ 1 − ∑ππ=ππ+1 ππππ π§π§ ππ−ππ ππππ ∑∞ ππ1 (π§π§) − 1 ππ=ππ+ππ ππππ οΏ½≤ ≤ 1. οΏ½ ππ+ππ−1 ππ1 (π§π§) + 1 2 − 2 ∑ππ=ππ+1 ππππ − ππππ ∑∞ ππ=ππ+ππ ππππ This prove (32). Therefore, π π π π οΏ½ππ1 (π§π§)οΏ½ > 0, and we obtain (34) American Journal of Mathematics and Statistics 2014, 4(3): 147-155 π π π π οΏ½ 155 ππ(π§π§) 1 οΏ½>1− . ππ1 (π§π§) ππππ Now, in the same manner, we prove the assertion(33), by setting and this completes the proof. ππ2 (π§π§) = (1 + ππππ ) οΏ½ ππππ ππππ (π§π§) − οΏ½, ππ(π§π§) 1 + ππππ involving a linear operator, Int. Journal of Math. Analysis Vol 7. 2013, no. 24, 1193-1206. REFERENCES [5] A. W. Goodman, Univalent functions and non-analytic curves, Proc. Amer. Math. Soc., 8(3)(1957), 598-601. [1] W. G. Atshan, On a certain class of multivalent functions defined by Hadamard product, Journal of Asian Scientific Research, 3(9)(2013), : 891-902. [6] S. M. Khairua and M. More, Some analytic and multivalent functions defined by subordination property. Gen. Math. 17(3) (2009) 105-124. [2] W. G. Atshan and A. S. Joudah, Subclass of meromorphic univalent functions defined by Hadamard product with multiplier transformation, Int. Math. Forum, 6(46) (2011), 2279-2292. [7] H. Mahzoon, New subclass of multivalent functions defined by differential subordination. Appl. Math. Sciences, 6(95) (2012), 4701. [3] W. G. Atshan and S. R. Kulkarni, On application of differential subordination for certain subclass of meromorphically p-valent functions with positive coefficients defined by linear operator, J. Ineq. Pute Appl. Math., 10(2)(2009), Articale 53, 11 pages. [8] H. Mahzoon and S. Latha, Neighborhoods of multivalent functions, Int. Journal of Math. Anlysis, 3(30) (2009), 15011-1507. [9] S. Rucheweyh, Neighborhoods of univalent functions, Proc. Amer. Math. Soc. 81(1981), 521-527. [4] W. G. Atshan, H. J. Mustafa and E. k. Mouajueed, Subclass of multivalent functions defined by Hadamard product