А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdf5. p R I M E R [ -FUNKCIQ rIMANA]. rASSMOTRIM FUNKCI@, ZADANNU@
RQDOM (x) 1 1x (x > 1). w UKAZANNOJ OBLASTI FUNKCIQ NEPRERYWNA
nP=1 n
(!!). pOKAVEM, ^TO
|
|
|
|
|
0(x) = , |
1 |
ln n |
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
X |
nx (x > 1): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ln n |
|
dLQ \TOGO WYBEREM a TAK, ^TOBY 1 < a < x. tOGDA IZ OCENKI |
n=1 |
nx < |
|||||||||
1 |
ln n |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
P |
|
|
P |
na |
< C |
P |
na," |
(GDE " > 0 TAKOWO, ^TO 1 < a ") SLEDUET, ^TO RQD |
||||||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||
n=1 |
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
ln n |
SHODITSQ RAWNOMERNO W OBLASTI [a; + ). w SILU P. 4 \TO OZNA^AET |
|||||||||
P |
nx |
||||||||||
n=1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
SPRAWEDLIWOSTX (2).
x143. sTEPENNYE RQDY W KOMPLEKSNOJ PLOSKOSTI
mY RASSMOTRIM NEKOTORYE \LEMENTARNYE FAKTY IZ TEORII STEPENNYH RQDOW (W OSNOWNOM SWQZANNYE S OB]EJ TEORIEJ RQDOW FUNKCIJ, IZLOVENNOJ WY[E) W KOMPLEKSNOJ PLOSKOSTI. pODROBNO TAKIE RQDY IZU^A@TSQ W KURSE TEORII FUNKCIJ KOMPLEKSNOGO PEREMENNOGO.
1. pUSTX a0; a1; : : : | POSLEDOWATELXNOSTX KOMPLEKSNYH ^ISEL. sTE-
PENNYM RQDOM PO STEPENQM |
z NAZYWAETSQ FORMALXNAQ SUMMA |
( ) |
1 akzk; z 2 C : |
|
X |
|
k=0 |
pERWYJ ESTESTWENNYJ WOPROS | WOPROS OB OBLASTI SHODIMOSTI \TOGO RQ- DA.
2. [1-AQ TEOREMA aBELQ]. eSLI RQD ( ) SHODITSQ W TO^KE z0 2 C , TO ON |
|||||||||||
SHODITSQ ABSOL@TNO I RAWNOMERNO W KRUGE jzj q PRI L@BOM q (0 < q < |
|||||||||||
jz0j). |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
k |
|
|
|
|
|
||
tAK KAK RQD k=0 akz0 SHODITSQ, TO akz0 ! 0 (k ! +1). sLEDOWATELXNO, |
|||||||||||
NAJDETSQ |
P TAKOE |
, |
^TO |
k |
w SILU USLO |
- |
|||||
• |
M > 0 |
q |
|
|
jakz0 j M (k = 0; 1; 2; : : :). |
|
k |
|
|
||
WIJ TEOREMY = |
jz0j |
< 1: sLEDOWATELXNO W KRUGE jzj |
q : jakz |
|
j |
= |
231
j |
k |
jj |
z |
j |
k |
|
k |
oSTALOSX K RQDU |
1 |
|
k |
j j |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
|||||||
|
ak z0 z0 |
|
|
|
M (k = 0; 1; 2; : : :). |
|
P |
akz |
|
( z |
|
q) |
||||
PRIMENITX PRIZNAK 140.4. |
|
> |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3. dOKAZANNAQ TEOREMA POZWOLQET SRAZU O^ENX MNOGO SKAZATX OB OBLAS- TI = fz 2 C j RQD ( ) SHODITSQg SHODIMOSTI RQDA ( ). nAZOW•EM RADIUSOM SHODIMOSTI RQDA ( ) WELI^INU
( sup jzj; ESLI OGRANI^ENO,
R = z2
+1; ESLI NE OGRANI^ENO, iZ P. 2 NEPOSREDSTWENNO SLEDUET:
4. (A) eSLI jzj < R, TO z 2 , TO ESTX ( ) SHODITSQ. (B) eSLI jzj > R, TO RQD ( ) RASHODITSQ.
tAKIM OBRAZOM, OBLASTX SHODIMOSTI STEPENNOGO RQDA ( ) QWLQETSQ KRU- GOM (WOZMOVNO, NESOBSTWENNYM). oTMETIM, ^TO TEOREMA P. 2 NE DA•ET IN- FORMACII O POWEDENII RQDA NA GRANICE KRUGA SHODIMOSTI jzj = R.
x144. fORMULA kO[I-aDAMARA
dLQ OPREDELENIQ RADIUSA SHODIMOSTI IMEETSQ FORMULA, POZWOLQ@]AQ INOGDA \FFEKTIWNO WY^ISLQTX \TOT RADIUS ^EREZ KO\FFICIENTY RQDA.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
1=k |
], |
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1. |
R = [lim ak |
PRI \TOM |
1= + |
0; 1=0 |
|
+ |
). |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
k j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
nARQDU S WELI^INOJ |
|
R ( 143), POLOVIM r |
= [lim ak |
j |
1=k],1. tREBUETSQ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
||||
UBEDITXSQ, ^TO r = R. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
sLU^AJ A |
|
|
|
|
|
|
|
pUSTX |
0 < R1 |
< R. |
tOGDA SOGLASNO |
143.2 |
RQD |
|||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
( ): R > 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
SU]ESTWUET M > 0 |
|
TAKOE, |
|
|
|
k |
|
|||||||||||||||||||||
k=0 jakR1j SHODITSQ, I ZNA^IT, |
|
^TO jakR1j |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1=k |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1=k |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
M (k = 0; 1; 2; : : :). sLEDOWATELXNO, lim ak |
j |
|
R1 |
|
lim M |
|
= |
R1 |
. oT- |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k j |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
S@DA r R1, I SLEDOWATELXNO r R. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= R1 > R RQD ( ) |
|||||||||||||||||||||||||||
|
sLU^AJ (B): R < +1. w SILU 143.2 W TO^KE z |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
x143 |
RASHODITSQ |
|
tEM BOLEE RASHODITSQ RQD |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
w SILU PRIZNAKA |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
. |
|
1=k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kP=0 jakjR1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
kO[I 14.3 lim ak |
|
= |
R1=r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
j |
|
|
|
|
1. oTS@DA |
R=r |
|
1, I SLEDOWATELXNO |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
k j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R r. tAKIM OBRAZOM, RAWENSTWO R = r USTANOWLENO DLQ SLU^AQ, KOGDA
0 < R < +1. oNO, ODNAKO, SPRAWEDLIWO I DLQ ZNA^ENIJ R = 0; +1. eSLI
232
R = 0, TO W SILU SLU^AQ (B) r = 0; ESLI R = +1, TO W SILU SLU^AQ (A) |
|||||||||||
r = +1: |
|
> |
1 |
zn |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2. p R I M E R. rQD |
|
SHODITSQ PRI L@BOM z C |
. pO FORMULE |
|||||||
|
|
n! |
|||||||||
|
|
|
|
nP=0 |
|
|
2 |
f |
|||
|
|
|
n |
1=n |
1 g |
|
|||||
kO[I-aDAMARA R = lim(n!) |
|
|
= + . |
|
|
|
|||||
|
x145. dIFFERENCIROWANIE STEPENNOGO RQDA |
|
|
||||||||
|
1. dLQ STEPENNOGO RQDA |
|
|
|
|
|
|
|
|||
(1) |
|
|
|
|
|
|
|
1 akzk |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
KORREKTNO OPREDELENA FUNKCIQ |
|
|
|
||||||||
(2) |
|
|
f (z) = |
|
|
1 akzk |
(jzj < R); |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
GDE R | RADIUS SHODIMOSTI RQDA (1). |TA FUNKCIQ OBLADAET ZAME^ATELX- NYM SWOJSTWOM:
|
2. fUNKCIQ f (z) DIFFERENCIRUEMA W KRUGE jzj < R. pRI \TOM f0(z) = |
||||||||||||||||||
1 kakzk,1 ( z |
j |
< R). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
k=1 |
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P rADIUS SHODIMOSTI STEPENNOGO |
RQDA 1 |
k |
, |
1 RAWEN |
|
TAK KAK |
|||||||||||||
|
|
|
1=k |
|
|
|
|
1=k |
|
|
|
|
|
kP=1 kakz |
|
R, |
|
||
k |
j |
j |
|
k j |
j |
|
|
j |
|
j |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
. pUSTX |
z |
< R. tOGDA SU]ESTWU@T R1 < R |
||||||||||||||
lim (k + 1)ak+1 |
|
|
= lim ak |
|
|
|
|
I > 0 TAKIE, ^TO 8t 2 B (0)(jz + tj < R1), GDE B (0) = ft 2 C j jtj < g. |
||||||||||
oPREDELIM FUNKCII |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
k |
k |
|
|
|
|
|
gk (t) = |
ak t |
|
|
|
|
|||||
[(z + t) |
, z |
]; |
ESLI t 2 B (0), |
(k |
2 |
N): |
||||
|
( kakzk,1; |
|
|
ESLI t = 0, |
|
|
pRI \TOM gk (t) = ak [(z + t)k,1 + z(z + t)k,2 + : : : + zk,1] (t 2 B (0))
NEPRERYWNY NA B (0) I
(3) jgk (t)j kjakjRk1,1 (t 2 B (0); k 2 N):
233
tOGDA DLQ |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
, |
|
|
|
1 |
|
|
PRI^EM SUMMA RQDA W |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
t |
B (0) : |
t [f (z + t) |
f (z)] = |
|
gk(t), |
||||||||||||||||
|
|
P |
• |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
||||
PRAWOJ ^ASTI W SILU OCENKI (3) I SWOJSTWA 140.2 QWLQETSQ NEPRERYWNOJ |
|||||||||||||||||||||
FUNKCIEJ. sLEDOWATELXNO, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
f0(z) = lim |
1 |
[f (z + t) |
|
|
f(z)] = lim |
1 |
gk (t) = |
1 gk (0) = |
1 kakzk,1: |
|
> |
||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
X |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
t |
! |
0 |
|
t |
|
, |
|
t |
0 |
|
|
|
X |
|
X |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
k=1 |
|
|
|
k=1 |
|
k=1 |
3. fUNKCIQ f(z), ZADANNAQ RAWENSTWOM (2), IMEET W KRUGE jzj < R PROIZWODNYE WSEH PORQDKOW. pRI \TOM SPRAWEDLIWA FORMULA tEJLORA
f (z) = |
1 |
f(k)(0) |
z |
k |
( z < R). |
P |
|
|
|||
|
k! |
|
|
j j |
|
|
k=0 |
|
|
uTWERVDENIE QWLQETSQ NEPOSREDSTWENNYM SLEDSTWIEM P. 2. > x146. o PONQTII ANALITI^ESKOJ FUNKCII
1. wMESTO RQDOW PO STEPENQM z MOVNO, RAZUMEETSQ, RASSMATRIWATX STEPENNYE RQDY PO STEPENQM z , z0, GDE z0 | FIKSIROWANNOE ^ISLO. nA TAKIE RQDY PERENOSQTSQ WSE DOKAZANNYE WY[E REZULXTATY.
pUSTX G C OTKRYTO. fUNKCIQ f : G |
! C NAZYWAETSQ ANALITI^ESKOJ |
||||
W G, ESLI DLQ L@BOJ TO^KI z0 2 G SU]ESTWUET > 0 TAKOE, ^TO f (z) = |
|||||
1 |
k |
|
|
|
|
k= ak(z , z0 ) DLQ WSEH z 2 B (z0). iZ 145.3 SLEDUET, ^TO ANALITI^ESKAQ |
|||||
FUNKCIQP |
OBLADAET PROIZWODNYMI WSEH PORQDKOW. |
||||
2. p R I M E R [\KSPONENTA]. pOLOVIM PO OPREDELENI@ |
|||||
|
|
1 |
1 |
zk; |
|
|
exp(z) |
X |
|
z 2 C : |
|
|
k! |
||||
|
|
k=0 |
|
|
|
w SOOTWETSTWII S 144.2 \TA FUNKCIQ KORREKTNO ZADANA W C . sPRAWEDLIWO WAVNOE TOVDESTWO
( ) |
|
exp(z + t) = exp(z) exp(t); |
|
|
|
|
z; t 2 C : |
|
|
|
||||||||||||||||||||
eGO SPRAWEDLIWOSTX SLEDUET IZ WYKLADKI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
exp(z) |
|
exp(t) = |
1 |
|
|
|
1 |
zk |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
tm |
|
= 1 |
|
zktm |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
! |
|
k!m! |
|||||||||||||||||||
|
|
k=0 |
k! |
|
|
|
|
m=0 |
|
|
k;m=0 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
P |
1 |
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r! |
|
|
|
k m |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
= |
r=0 |
r! |
k+m=r |
|
k!m!z t |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
P |
|
1 |
|
|
rP |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
k r |
k |
|
|
|
1 |
|
|
r |
||||||||||
|
|
= |
r=0 r! |
|
|
k=0 |
|
k |
z t |
, |
|
|
= r=0 r! |
(z + t) |
||||||||||||||||
|
|
= |
P |
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|||||||||
|
|
exp(z + t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
234
(WSE OPERACII SPRAWEDLIWY W SILU ABSOL@TNOJ SHODIMOSTI U^ASTWU@]IH W WYKLADKE RQDOW). >
oTMETIM TAKVE, ^TO exp(z) | ANALITI^ESKAQ W C FUNKCIQ. dEJSTWI- TELXNO, IZ ( ) DLQ L@BOJ TO^KI z0 2 C :
|
1 |
1 |
exp(z0)(z , z0)k (z 2 C ): |
exp(z) = exp(z0 ) exp(z , z0) = |
X |
|
|
k! |
|||
|
k=0 |
|
|
u P R A V N E N I Q. 3. dOKAZATX, ^TO ANALITI^ESKIMI QWLQ@TSQ SLEDU@- ]IE FUNKCII, ZADANNYE RQDAMI:
sin z |
|
1 |
(,1)k |
|
|
z2k+1 |
(z C ); |
|
|
|
kP=0 |
(2k + 1)! |
|
|
|
2 |
|
|
k |
|
|
|
||||
cos z |
|
1 |
(,1) |
z2k (z |
2 |
C ): |
||
|
k=0 |
(2k)! |
|
|
|
|
||
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
4. oHARAKTERIZOWATX STEPENNYE RQDY, SHODQ]IESQ RAWNOMERNO WO WSEJ KOMPLEKSNOJ PLOSKOSTI.
x147. wE]ESTWENNYE STEPENNYE RQDY
1. wE]ESTWENNYM STEPENNYM RQDOM PO STEPENQM x NAZYWAETSQ FOR-
MALXNAQ SUMMA
1 k
(1) X akx ;
k=0
GDE KO\FFICIENTY ak TAKVE WE]ESTWENNY. w SILU SWOJSTW KOMPLEKSNYH STEPENNYH RQDOW MOVNO GOWORITX O RADIUSE R SHODIMOSTI RQDA (1). iMEN- NO, R (0 R +1) HARAKTERIZUETSQ USLOWIQMI: PRI jxj < R RQD (1) SHO- DITSQ, A PRI jxj > R ZAWEDOMO RASHODITSQ. iZ 1-J TEOREMY aBELQ SLEDUET, ^TO PRI L@BOM q < R RQD (1) SHODITSQ ABSOL@TNO I RAWNOMERNO NA OTREZ- KE [,q; q]. pOWEDENIE RQDA W TO^KAH R TREBUET SPECIALXNOGO IZU^ENIQ. oTMETIM NEKOTORYE SPECIFI^ESKIE SWOJSTWA WE]ESTWENNYH STEPENNYH RQDOW.
2.[2-Q TEOREMA aBELQ]. pUSTX R(< +1) | RADIUS SHODIMOSTI RQDA
(1)I RQD SHODITSQ W TO^KE x = R. tOGDA FUNKCIQ f, ZADANNAQ RAWENST-
1 k
WOM f (x) P akx (,R < x R), NEPRERYWNA.
k=0
235
fUNKCIQ f NEPRERYWNA NA INTERWALE (,R; R) PO 1-J TEOREME aBELQ, I NUVDAETSQ W PROWERKE EE• NEPRERYWNOSTX W TO^KE x = R. dLQ \TOGO
RASSMOTRIM NA[ RQD NA OTREZKE [0; R]. pOLAGAQ vk(x) = akRk; uk(x) = |
||||||
|
x |
|
k |
1 |
k |
1 |
R |
|
(0 x R), POLU^IM kP=0 akx |
|
= kP=0 uk (x)vk (x). k RQDU, STOQ]EMU |
W PRAWOJ ^ASTI, PRIMENIM PRIZNAK 141.2, TAK ^TO \TOT RQD SHODITSQ RAW-
NOMERNO NA OTREZKE [0; R]. w SILU 140.2 EGO SUMMA QWLQETSQ NEPRERYWNOJ NA OTREZKE [0; R] FUNKCIEJ. w ^ASTNOSTI, f NEPRERYWNA W TO^KE R: >
3. rQD |
(1) MOVNO PO^LENNO INTEGRIROWATX WNUTRI INTERWALA SHODI- |
|||||||||||||||||||||||
MOSTI: |
x |
( 1 aktk )dt = 1 |
|
|
ak |
xk+1 ( |
x |
j |
< R). |
f |
|TO QWLQETSQ SLEDSTWI- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
Z0 kP=0 |
|
kP=0 k + 1 |
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
EM 1-J TEOREMY aBELQ I SWOJSTWA 141.3.g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
4. p R I M E R. pOKAVEM, ^TO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
k |
x2k+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(2) |
|
|
arctg x = |
X |
(,1) |
|
2k + 1 |
(jxj 1): |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
w SILU P. 3 IMEEM DLQ jxj < 1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
x dt |
|
|
|
x 1 |
|
|
k 2k |
|
|
1 |
|
k |
x2k+1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
arctg x = |
Z0 1 + t2 |
= |
|
( |
( 1) t |
|
|
)dt = |
( |
1) |
|
|
: |
||||||||||
|
|
|
|
|
Z0 k=0 , |
|
|
|
|
|
|
k=0 , |
|
2k + 1 |
|
pRI jxj = 1 RQD W PRAWOJ ^ASTI (2) SHODITSQ KAK RQD lEJBNICA (13.8). sLEDOWATELXNO, PO 2-J TEOREME aBELQ RAWENSTWO (2) IMEET MESTO NA WSEM• OTREZKE [,1; 1].
236
prostranstwa funkcij. rqdy furxe
w \TOM RAZDELE MY BUDEM SMOTRETX NA FUNKCII KAK NA PREDSTAWITE- LEJ OPREDELENNOGO• KLASSA FUNKCIJ. oSNOWNOJ INTERES DLQ NAS BUDET PRED- STAWLQTX ZADA^A APPROKSIMACII FUNKCIJ TAKOGO, NAPRIMER, TIPA: ZADANA \HORO[AQ" SISTEMA FUNKCIJ S = ff1(x); f2 (x); : : :g; MOVNO LI ZADANNU@ FUNKCI@ f (x) PRIBLIZITX LINEJNOJ KOMBINACIEJ FUNKCIJ SISTEMY S? nUVNO, KONE^NO, E]E• UTO^NITX, ^TO ZNA^IT \PRIBLIZITX". nAPRIMER, ES- LI S = f1; x; x2; : : :g, I f : [a; b] ! R NEPRERYWNA, TO MOVNO POSTAWITX WOPROS O RAWNOMERNOJ APPROKSIMACII. iNOGDA RAZUMNO W KA^ESTWE S RAS- SMATRIWATX TRIGONOMETRI^ESKU@ SISTEMU FUNKCIJ f1; sinx; cosx; sin 2x;
x148. nORMIROWANNYE PROSTRANSTWA
1. wEKTORNOE PROSTRANSTWO X NAD POLEM (= C ILI R) (SM. 62.1) NAZYWAETSQ NORMIROWANNYM PROSTRANSTWOM, ESLI ZADANO OTOBRAVENIE (NAZYWAEMOE NORMOJ) k k : X ! R, OBLADA@]EE SWOJSTWAMI:
(I)kxk = 0 ) x = ,
(II)k xk = j jkxk ( 2 ; x 2 X),
(III)kx + yk kxk + kyk (x; y 2 X).
mY IMELI UVE DELO S NORMIROWANNYMI PROSTRANSTWAMI: WSPOMNIM KO- NE^NOMERNOE PROSTRANSTWO, SNABVENNOE• EWKLIDOWOJ NORMOJ, PROSTRANST- WO LINEJNYH OTOBRAVENIJ IZ ODNOGO EWKLIDOWA PROSTRANSTWA W DRUGOE S OPERATORNOJ NORMOJ (74.1).
2. pUSTX X | NORMIROWANNOE PROSTRANSTWO. oTOBRAVENIE
d : X X ! R, ZADANNOE RAWENSTWOM d(x; y) kx,yk (x; y 2 X ), QWLQETSQ METRIKOJ W X (!!), I POTOMU NA NORMIROWANNYE PROSTRANSTWA PERENOSQTSQ SOOTWETSTWU@]IE METRI^ESKIE I TOPOLOGI^ESKIE PONQTIQ. w ^ASTNOSTI, MNOVESTWO Y W NORMIROWANNOM PROSTRANSTWE X NAZYWAETSQ OGRANI^EN- NYM, ESLI 9C > 0 8x 2 Y (kxk C). nORMIROWANNOE PROSTRANSTWO X QW- LQETSQ SEPARABELXNYM (SM. 95.5), ESLI SU]ESTWUET Y = fx1; x2; : : :g X
TAKOE, ^TO 8x 2 X 8" > 0 9xn 2 Y (kx , xnk < ").
237
nORMIROWANNOE PROSTRANSTWO, POLNOE OTNOSITELXNO WWEDENNOJ• METRI-
KI (x92), NAZYWAETSQ BANAHOWYM PROSTRANSTWOM.
3. w NORMIROWANNYH PROSTRANSTWAH MOVNO GOWORITX O SHODIMOSTI RQDOW. gOWORQT, ^TO RQD
( ) |
|
|
|
|
|
X |
|
|
2 X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 uk |
(uk |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
SHODITSQ K \LEMENTU |
u |
X , ESLI K |
u SHODITSQ POSLEDOWATELXNOSTX |
||||||||||
|
|
n |
|
^ASTNYH SUMM2\TOGO RQDA. rQD ( ) NAZYWAETSQ SHODQ]IMSQ |
|||||||||
sn |
= |
k=1 uk |
|||||||||||
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
ABSOL@TNO, |
ESLI SHODITSQ ^ISLOWOJ RQD k=1 kukk. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
4. nORMIROWANNOE PROSTRANSTWO POLNO TTOGDA WSQKIJ ABSOL@TNO |
||||||||||||
SHODQ]IJSQ RQD SHODITSQ. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
nEOBHODIMOSTX. w SILU POLNOTY DOSTATO^NO POKAZATX, ^TO POSLEDO- |
||||||||||||
|
|||||||||||||
WATELXNOSTX |
|
^ASTNYH SUMM RQDA |
|
FUNDAMENTALXNA |
|
|TO SLEDUET |
|||||||
|
|
|
|
(sn ) |
|
|
n+p |
|
( )n+p |
|
. |
|
|
IZ OCENKI |
ksn+p , snk |
= k k=n+1 ukk |
k=n+1 kukk |
S U^ETOM SHODIMOSTI |
|||||||||
|
|
|
• |
|
|
||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
P |
|
|
P |
|
|
|
RQDA k=1 kukk. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dOSTATO^NOSTX. pUSTX WSQKIJ ABSOL@TNO SHODQ]IJSQ RQD SHODIT- |
SQ I (xn ) | PROIZWOLXNAQ FUNDAMENTALXNAQ POSLEDOWATELXNOSTX. pO- KAVEM SNA^ALA, ^TO ONA SODERVIT SHODQ]U@SQ PODPOSLEDOWATELXNOSTX. pUSTX n = sup kxn , xmk. tOGDA lim n = 0. sLEDOWATELXNO, U POSLE-
DOWATELXNOSTIm (n n ) SU]ESTWUET PODPOSLEDOWATELXNOSTX ( nj ) TAKAQ, ^TO
nj < j,2 |
PRI WSEH j. tOGDA |
|
kxnj , xnj+1 k j,2 , OTKUDA RQD gj , GDE |
||||||||||
g = x |
n1 |
; |
g |
= x |
, |
x |
nj |
(j |
k |
1), ABSOL@TNO SHODITSQ, A SLEDOWATELX- |
|||
1 |
|
j+1 |
nj+1 |
|
|
|
|
|
|
|
P |
||
NO, SHODITSQ. tAK KAK xnk |
= |
P |
gj , PODPOSLEDOWATELXNOSTX |
(xnk ) SHODIT- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
SQ. tEPERX USTANOWIM, ^TO SHODITSQ SAMA POSLEDOWATELXNOSTX (xn): ESLI
lim xnk = x, TO
k
kxn , xk kxn , xnk k + kxnk , xk: >
5. ~ASTO PRI IZU^ENII WEKTORNYH PROSTRANSTW IME@T DELO S OTOBRA- VENIQMI BOLEE OB]IMI, ^EM NORMA. oTOBRAVENIE k k : X ! R NAZYWA-
238
ETSQ POLUNORMOJ, ESLI ONO OBLADAET SWOJSTWAMI (II), (III) P. 1. oTMETIM \LEMENTARNYE SWOJSTWA POLUNORMY (!!):
(A) k k = 0; 8u 2 X (kuk 0);
(B) j kuk , kvk j ku , vk (u; v 2 X ).
u P R A V N E N I Q. 6. wSQKAQ FUNDAMENTALXNAQ POSLEDOWATELXNOSTX W NORMIROWANNOM PROSTRANSTWE OGRANI^ENA.
7. w BANAHOWOM PROSTRANSTWE PERESTANOWKA ^LENOW ABSOL@TNO SHODQ- ]EGOSQ RQDA NE WLIQET NA EGO SUMMU.
x149. pRIMERY NORMIROWANNYH PROSTRANSTW
1. pUSTX | ABSTRAKTNOE MNOVESTWO. oBOZNA^IM ^EREZ B( ) NORMI- ROWANNOE PROSTRANSTWO WSEH OGRANI^ENNYH FUNKCIJ f : ! C S NORMOJ
|
k |
|
k |
|
!2 j |
j |
|
( ) |
|
f |
|
|
sup |
f(!) |
: |
sHODIMOSTX FUNKCIJ PO \TOJ NORME OZNA^AET IH RAWNOMERNU@ SHODI-
MOSTX (x138).
2. B( ) | BANAHOWO PROSTRANSTWO.
pUSTX POSLEDOWATELXNOSTX fn 2 |
B( ) FUNDAMENTALXNA PO NORME ( ). iZ |
||||||||||||||||||
KRITERIQ |
138.5 |
SLEDUET |
, |
^TO |
kfn ,fk ! 0 (n ! 1), |
I OSTAETSQ DOKAZATX |
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
• |
||||||||||||
^TO PREDELXNAQ FUNKCIQ f OGRANI^ENA. pUSTX C > 0 TAKOWO, ^TO kfnk |
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
j |
|
j |
n j |
|
j |
|
|
2 |
|
|
|
|
C (n |
|
N) (SM. 148.6). tOGDA |
|
f(!) |
|
= lim |
fn(!) |
|
C (! |
|
): |
|
> |
|
3. pUSTX | KOMPAKTNOE PROSTRANSTWO, C ( ) | NORMIROWANNOE PRO- STRANSTWO WSEH NEPRERYWNYH FUNKCIJ f : ! C (ILI R ) S NORMOJ ( ). w SILU 106.3 IMEET MESTO WKL@^ENIE C( ) B( ). iZ SWOJSTWA 139.1 SLEDUET:
4. C( ) | BANAHOWO PROSTRANSTWO.
5. pUSTX | NEWYROVDENNYJ (SM. 118.2) J -IZMERIMYJ KOMPAKT W Rn. fUNKCIQ kfk1 Z jf(x)j dx | NORMA NA C( ) (!!). oDNAKO, C ( ) NE POLNO
239
nAPRIMER, ESLI = [,1; 1] R, TO POSLEDOWATELXNOSTX FUNKCIJ
> |
1; |
|
|
ESLI t 2 |
[,1; ,1=n], |
|||||
fn(t) = 8 |
0; |
|
|
ESLI t 2 |
[1=n; 1], |
|||||
> |
|
1 |
(1 |
, |
nt); |
ESLI t |
2 |
, |
||
2 |
||||||||||
< |
|
|
|
|
[ 1=n; 1=n] |
|||||
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QWLQETSQ FUNDAMENTALXNOJ PO NORME k k1, NO NE SHODITSQ PO \TOJ NORME |
||||||||||
NI K KAKOJ FUNKCII f 2 C [,1; 1] (!!). |
|
|
> |
|
|
|||||
|
|
|
6. z A M E ^ A N I E. eSLI kfnk ! 0, TO kfnk1 ! 0. oDNAKO OBRATNOE, WOOB]E GOWORQ, NEWERNO: W PRIMERE 139.3 POSLEDOWATELXNOSTX fn OBLADAET SWOJSTWAMI kfnk1 ! 0; NO fn NE STREMITSQ K 0 RAWNOMERNO.
u P R A V N E N I Q. 7. pUSTX | LOKALXNO KOMPAKTNOE PROSTRANST- WO I C0( ) | NORMIROWANNOE PROSTRANSTWO WSEH NEPRERYWNYH FUNKCIJ f : ! C , OBRA]A@]IHSQ W NULX NA 1 (TO ESTX DLQ L@BOGO " > 0 SU-
TAKOE, ^TO jf(!)j < " PRI L@BOM
!2 nK) S NORMOJ ( )). pOKAZATX, ^TO C0( ) | BANAHOWO PROSTRANSTWO.
8.pUSTX A = ff 2 C[0; 1] : 0 < f (t) < 1 (t 2 [0; 1])g, GDE C[0; 1] | PROSTRANSTWO WE]ESTWENNYH NEPRERYWNYH FUNKCIJ. dOKAVITE, ^TO]ESTWUET
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
k |
|
k |
|
A | OTKRYTO W NORMIROWANNOM PROSTRANSTWE C[0; |
1] S NORMOJ |
|
f |
|
= |
|||||||
0 t 1 j |
j |
k |
|
k |
|
Z0 |
j |
j |
|
|
|
|
max |
f (t) I NE OTKRYTO W C[0; 1] S NORMOJ |
|
f |
|
1 = |
|
|
f (t) dt. |
|
|
|
|
x150. fAKTORIZACIQ. pROSTRANSTWO R1( )
1. pUSTX k k | POLUNORMA W WEKTORNOM PROSTRANSTWE X. oTSUTSTWIE SWOJSTWA 148.1 (I) ^ASTO BYWAET NEUDOBNYM. oDNAKO ESTX STANDARTNAQ PROCEDURA (FAKTORIZACIQ), POZWOLQ@]AQ POLU^ATX IZ POLUNORMY NOR- MU. wWEDEM• OTNO[ENIE \KWIWALENTNOSTI W X : (x; y) OZNA^AET, ^TO kx,yk = 0 (\TO DEJSTWITELXNO OTNO[ENIE \KWIWALENTNOSTI (!!)). oBOZNA- ^IM \LEMENTY FAKTOR-MNOVESTWA X= ^EREZ (x) (\TO SMEVNYE KLASSY). oPERACII
(x) + (y) (x + y); (x) ( x) (x; y 2 X; 2 )
OPREDELQ@T W X= STRUKTURU WEKTORNOGO PROSTRANSTWA (!!). nULX W X=
| \TO ( ) = fx 2 Xj kxk = 0g. oTOBRAVENIE k k : X= ! R, ZADANNOE RAWENSTWOM
( ) |
k (x)k kxk ( (x) 2 X= ); |
240