Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

 

 

 

 

)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(G)

 

(A). pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO I

 

J KONE^NO I TAKOWO, ^TO

j2PJn jhu; ejij < ".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ku ,

 

X2

hu; ejiej k2 =

j

2Xn

 

jhu; ejij2 < ";

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TAK ^TO SISTEMA (ej )j

2

J

 

POLNA.

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. pONQTIEM, BLIZKIM K POLNOTE SISTEMY, QWLQETSQ EEZAMKNUTOSTX:

ORTONORMIROWANNAQ

 

 

SISTEMA

(ej )j

2

J

NAZYWAETSQ

 

ZAMKNUTOJ,

 

 

ESLI

hu; eji

= 0 (j 2 J )

WLE^ET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• u = .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

pOLNAQ ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA (ej )j

2

J

W UNITARNOM PRO-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STRANSTWE E ZAMKNUTA. eSLI E | GILXBERTOWO PROSTRANSTWO, TO OB-

RATNO | ZAMKNUTAQ ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA POLNA.

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ POLNOTY SLEDUET ZAMKNUTOSTX W SILU P. 7(G). oBRATNO, PUSTX E

| GILXBERTOWO PROSTRANSTWO I u 2 E PROIZWOLEN. rQD fURXE j Jhu; ejiej

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

WEKTORA u SHODITSQ W E (W SILU POLNOTY E). pUSTX v = j

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Jhu; ejiej . tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hu , v; eji = 0 (j 2 J), OTKUDA u , v = , I ZNA^IT, u = v:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

p R I M E R

.

sISTEMA

ej

= (0; : : : ; 0 ; 1 ; 0; : : :) (1

NA

 

 

M MESTE

)

WEK

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j -

 

 

 

 

 

TOROW W `2 QWLQETSQ POLNOJ ORTONORMIROWANNOJ SISTEMOJ. f|TO SLEDUET,

NAPRIMER, IZ P. 7 (G).g

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x156. 2 -PERIODI^ESKIE FUNKCII

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. fUNKCIQ f

 

 

:

R

!

R NAZYWAETSQ 2 -PERIODI^ESKOJ, ESLI f(x) =

f (x + 2 ) (x 2 R). bUDEM DLQ TAKOJ FUNKCII OBOZNA^ATX ^EREZ f

FUNK-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

CI@, QWLQ@]U@SQ OGRANI^ENIEM f NA OTREZOK [0; 2 ] :

f (x) = f

(x) (0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

2 ). oBRATNO, ESLI NEKOTORAQ FUNKCIQ

(x) OPREDELENA NA [0; 2 ] I

 

(0) = (2 ), TO \TA FUNKCIQ DOPUSKAET PRODOLVENIE PO PERIODI^NOSTI

DO FUNKCII

: R

! R. kLASS WSEH 2 -PERIODI^ESKIH FUNKCIJ OBOZNA^IM

^EREZ I WWEDEM

 

SLEDU@]IE NORMIROWANNYE PROSTRANSTWA FUNKCIJ:

 

 

C

Re

f1

R

f2

 

f

 

2

 

j

 

2

g

k

 

k

 

0 x 2 j

j

=

 

f

 

 

 

f

 

C[0; 2 ] S NORMOJ

 

f

 

=

max

f (x) ;

=

ff

2

j fe

2

R1[0; 2 ]g S NORMOJ kfk1

= Z022 jf (x)j dx;

=

ff

2

j fe

2

R2[0; 2 ]g S NORMOJ kfk2

= [Z0 jf (x)j2 dx]1=2

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

251

(R1

; R2 MYSLQTSQ KAK PROSTRANSTWA KLASSOW \KWIWALENTNYH FUNKCIJ).

f

f

 

 

 

 

R

 

R

 

 

2. z A M E ^ A N I E. iME@T MESTO WKL@^ENIQ: C

2

1

. oTMETIM

TAKVE PROSTOE, NO POLEZNOE UTWERVDENIE (!!):

e

f

f

 

3. dLQ f 2 R1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 f

2

x+2

 

 

 

 

 

 

 

Z0

f (t)dt = Z0

 

f (t , x)dt = Zx

f (t)dt (x

2 R):

 

x157. tRIGONOMETRI^ESKIJ RQD fURXE

1. sISTEMA FUNKCIJ

 

1

 

1

 

1

 

 

1

1

 

 

 

(1)

p

 

; p

 

cos x; p

 

sin x; : : : ; p

 

cos kx; p

 

sin kx; : : :

2

 

 

 

 

QWLQETSQ

ORTONORMIROWANNOJ

SISTEMOJ

W UNITARNOM PROSTRANSTWE

R2 [0; 2 ]

(!!). tRIGONOMETRI^ESKIM RQDOM fURXE FUNKCII f

2 R2 NA-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

ZOWEMRQD fURXE FUNKCII f OTNOSITELXNO SISTEMY (1). |TOT RQD OBY^NO

ZAPISYWAETSQ W WIDE

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

 

f (x) 2 +

(ak coskx + bk sin kx);

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

GDE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak =

1

Z02 f (t) coskt dt

(k = 0; 1; 2; : : :),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bk =

1

 

Z02 f (t) sin kt dt

(k = 1; 2; : : :):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nAPRIMER, ^LEN

 

RQDA

fURXE, SOOTWETSTWU@]IJ FUNKCII

p1

coskx

(k 1), IMEET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

 

f (t)p

 

coskt dt p

 

coskx = ak cos kx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z A M E ^ A N I Q. 2. eSLI f ABSOL@TNO INTEGRIRUEMA NA OTREZKE [0; 2 ], TO INTEGRALY (3) SHODQTSQ I, SLEDOWATELXNO, FORMALXNYJ RQD (1) MOVNO

SOPOSTAWITX FUNKCII IZ KLASSA R1 (A NE TOLXKO IZ KLASSA R2 ).

f252

f

3.mOVNO RASSMATRIWATX PERIODI^ESKIE FUNKCII S KAKIM-LIBO DRU-

GIM PERIODOM 2!. dELAQ PODSTANOWKU x = u!= , POLU^IM FUNKCI@ F (u) = f (u! ) 2 -PERIODI^ESKU@, ESLI f | 2!-PERIODI^ESKAQ. pO\TOMU W DALX- NEJ[EM OGRANI^IMSQ RASSMOTRENIEM 2 -PERIODI^ESKIH FUNKCIJ.

4.iDEQ PREDSTAWLENIQ FUNKCII f RQDOM fURXE PREDSTAWLQETSQ OSO- BENNO RAZUMNOJ, KOGDA ESTX OSNOWANIQ S^ITATX f(t) KOORDINATOJ KOLEB- L@]EJSQ TO^KI (t | WREMQ). rASSMOTRIM ^ASTNU@ SUMMU RQDA (1) | TRIGONOMETRI^ESKIJ POLINOM PORQDKA n:

 

a0

 

n

a0

n

 

 

 

X

X

Ak cos(kt , 'k);

Sn (t) =

2

+

(ak coskt + bk sin kt) = 2 +

k=1

k=1

GDE Ak = (a2k +b2k )1=2; Ak cos 'k = ak; Ak sin 'k = bk. iTAK, KOLEBATELXNYJ PROCESS RASPADAETSQ W SUMMU GARMONIK S AMPLITUDAMI Ak I NA^ALXNYMI

FAZAMI 'k , SOOTWETSTWU@]IMI ^ASTOTAM k.

u P R A V N E N I Q. 5. pOKAVITE, ^TO ESLI f | ^ETNAQ FUNKCIQ, TO PREDSTAWLENIE (2) PRIOBRETAET WID

a0

1

2

 

 

 

X

 

 

 

 

f(x) 2

ak = Z0

f(t) cos kt dt:

+ k=1 ak coskx;

aNALOGI^NO, ESLI f | NE^ETNAQ FUNKCIQ, TO

f (x) k1=1 bk sin kx; bk =

2 Z0 f(t) sin kt dt:

X

 

6. eSLI NEKOTORYJ RQD PO SISTEME FUNKCIJ (1) SHODITSQ K FUNKCII f RAWNOMERNO NA OTREZKE [0; 2 ], TO ON QWLQETSQ EETRIGONOMETRI^ESKIM RQDOM fURXE.

x158. oSCILLQCIONNAQ LEMMA

pUSTX FUNKCIQ f ABSOL@TNO INTEGRIRUEMA NA R. eSLI RASSMOTRETX PROIZWEDENIE f(x) cos x, TO PRI BOLX[IH \TA FUNKCIQ SILXNO OSCIL- LIRUET, TAK ^TO PLO]ADI, OGRANI^ENNYE GRAFIKOM FUNKCII, LEVA]IE WY[E I NIVE OSI OX, KOMPENSIRU@TSQ. tO^NOE UTWERVDENIE TAKOWO:

253

1. eSLI f 2 R1(R), TO

 

 

+1

f (x) cos x dx =

lim

+1

f (x) sin x dx = 0:

 

lim

 

 

!1 Z,1

 

 

 

 

!1 Z,1

 

R,1

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

oTMETIM SNA^ALA, ^TO (NIVE PI[EM

 

WMESTO

+1)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z f (x) sin x dx

=

2jZ [f (x) , f (x + )] sin x dxj

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Z

jf(x) , f(x + )j dx:

pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO I ' 2 C00(R) TAKOWA, ^TO (SM. 151.2) Z jf(x) ,

'(x)jdx < "=2. iZ 133.2 SLEDUET, ^TO INTEGRAL J ( )

Z j'(x +

 

) ,

 

'(x)j dx QWLQETSQ NEPRERYWNOJ FUNKCIEJ PARAMETRA (NOSITELX FUNKCII

' KOMPAKTEN). pRI \TOM lim J ( )

= lim

'(x + )

,

'(x)

dx

= 0.

!1

!0 Z j

 

j

j j

 

 

 

sLEDOWATELXNO, SU]ESTWUET N > 0

TAKOE, ^TO J( ) < "=2 PRI

> N.

pO\TOMU

 

 

 

 

 

 

 

 

jZ f(x) sin x dxj

+

1

 

 

 

 

 

2Z jf (x +

) , f (x)j dx

1

 

 

 

 

 

2Z jf (x +

) , '(x + )j dx + J( )

1Z jf (x) , '(x)j dx < " (j j > N ): >

2

2. s L E D S T W I E. kO\FFICIENTY fURXE ak; bk FUNKCII f

2 R1

STREMQTSQ K NUL@ PRI k ! 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

x159. oCENKA OSTATKA RQDA fURXE

 

 

 

 

 

1. zAJMEMSQ

TEPERX IZU^ENIEM POWEDENIQ TRIGONOMETRI^ESKOGO RQDA

 

a0 2 R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fURXE. pUSTX f

 

 

 

1. rASSMOTRIM ^ASTNU@ SUMMU RQDA fURXE \TOJ FUNK-

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CII: Sn(x) =

 

 

 

+f

(ak cos kx +bk sin kx). iSPOLXZUQ WYRAVENIQ

x

157 (3)

2

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DLQ KO\FFICIENTOWP

 

I

bk,

IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1) Sn(x) =

1

 

Z

2

02 f(t) dt

+

n

 

1

Z

2 f(t)[cos kt cos kx

 

 

 

 

 

 

P2

 

 

 

 

 

 

 

2

0

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Z0

 

1

 

 

 

 

,

 

 

 

+ sin kt sinkx] dt =

 

[2

+

cos k(t

x)]f(t) dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kP=1

 

 

 

 

254

 

=

 

1

Z02 Dn (t , x)f (t)dt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

GDE Dn (s) =

 

1

+

n cos ks =

1

 

sin(n + 2)s

| QDRO dIRIHLE PORQD-

 

2

 

 

 

 

kP=1

2

sin

2

 

KA n (POSLEDNEE RAWENSTWO W EGO WYRAVENII MOVNO POLU^ITX METODOM,

ISPOLXZOWANNYM W 141.3). zAMETIM, ^TO

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

n

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

 

Z0

Dn (s)ds = 1 + k=1 Z0

 

cos ks ds = 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

2. pOLU^IM TEPERX UDOBNOE WYRAVENIE DLQ OSTATKA APPROKSIMACII FUNKCII f EE^ASTNOJ SUMMOJ fURXE. iZ (1) I (2) IMEEM S U^ETOM ^ETNOSTI

QDRA dIRIHLE

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

Sn(x) , f(x) =

Z0 Dn (u)[f (x + u) , f(x)]du

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Dn (u) (f (x)) du;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

GDE 2 (f(x))

 

f(x + u)

,

2f (x) + f (x

,

u). tAKIM OBRAZOM, WOPROS

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O SHODIMOSTI Sn(x) K f (x) SWODITSQ K IZU^ENI@ POWEDENIQ INTEGRALA

 

Z0

Dn(u) u2 (f (x)) du. pREOBRAZUEM \TOT INTEGRAL. zAFIKSIRUEM

Jn =

1

 

 

DLQ \TOGO ^ISLO (0 < < ). tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jn

=

 

1

 

(

 

sin nu

 

+

cos nu

 

) u2 (f (x)) du

 

 

 

 

 

 

 

2 tg(u=2)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

sin nu

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

Z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

(f (x)) du + n(x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

R,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zDESX (WS@DU NIVE MY PI[EM

 

WMESTO

+1)

 

 

 

 

 

 

n(x)

=

 

Z1

cos nu

h(u) 2u(f(x))du +

sin nu

 

g(u) u2

(f (x)) du;

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1Z

 

 

1

 

 

 

g(u)

=

 

[

2 tg(u=2) , u

] (0;) (u) + 2

tg(u=2) [;] (u);

 

 

h

=

 

1

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[0;]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fUNKCII g; h | OGRANI^ENNYE I S KOMPAKTNYMI NOSITELQMI. w ^ASTNOSTI, g; h 2 R1(R). iZ OSCILLQCIONNOJ LEMMY TEPERX SLEDUET, ^TOn (x) ! 0 (n ! 1). nAPRIMER,

255

(3)

Z

sin nu

 

g(u) 2

(f(x))du =

Z

sin nu

 

g(u)f (x + u) du

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, 2f (x)Z

sin nu g(u) du + Z

sin nu g(u)f(x , u) du.

tAK KAK

supp(g) = [0; ],

FUNKCIQ

 

 

 

 

 

 

R

PO PEREMENNOJ

 

 

 

 

 

 

 

g(u)f (x + u) 2 R1( ) (

u). pO\TOMU (158.2)

Z

sin nu g(u)f (x + u)du ! 0. aNALOGI^NO STREMQTSQ

K NUL@ OSTALXNYE INTEGRALY W PRAWOJ ^ASTI (3). pODWEDEMITOG PRODE-

LANNOJ RABOTY.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. dLQ FUNKCII f 2 R1 IMEET MESTO PREDSTAWLENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

sin nu

 

2

 

 

 

 

(4)

 

 

f(x) = Sn (x)

,

 

Z0

 

u

u(f (x))du

,

n(x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRI^EM n (x) = o(1) (n ! 1).

4. z A M E ^ A N I E. w USLOWIQH P. 3 n (x) ! 0 (n ! 1) RAWNOMERNO NA KAVDOM OTREZKE [a; b], GDE FUNKCIQ f OGRANI^ENA. |TO OZNA^AET RAWNO- MERNU@ SHODIMOSTX RQDA fURXE NA TAKIH OTREZKAH. nIVE (SM. 164.3) MY DOKAVEM \TO UTWERVDENIE DLQ NEPRERYWNOJ KUSO^NO-GLADKOJ FUNKCII f .

x160. fUNKCII KLASSA Lip

1. wOPROS O SHODIMOSTI Sn (x) K f (x), KAK POKAZANO WY[E, SWODITSQ K IZU^ENI@ POWEDENIQ INTEGRALA W PRAWOJ ^ASTI (4) x159. mY WWEDEMKLASS FUNKCIJ, DLQ KOTORYH ISSLEDUEMAQ ZADA^A POLU^AET IS^ERPYWA@- ]EE RE[ENIE. sKAVEM, ^TO FUNKCIQ f : [a; b] ! R PRINADLEVIT KLASSU Lip (0 < 1) | KLASSU lIP[ICA S POKAZATELEM , ESLI SU]ESTWUET KONSTANTA M > 0 TAKAQ, ^TO

( ) jf(x) , f(y)j Mjx , yj DLQ L@BYH x; y 2 [a; b]:

oTMETIM, ^TO Lip C [a; b] (!!).

p R I M E R Y. 2. eSLI f | NEPRERYWNAQ KUSO^NO-GLADKAQ NA OTREZKE [a; b], TO f 2 Lip 1. fpUSTX M TAKOWO, ^TO jf0(t)j M (a t b). tOGDA

jf (x) , f(y)j = jZ xf0(t)dtj Mjx , yj:g

y

256

= (tt ,,1)1

3. f(x) = jxj 2 Lip NA L@BOM OTREZKE [a; b]. DELENNOSTI 0 < jyj < jxj I OBOZNA^IW t = jxy j, IMEEM

jjxj , jyj j jjxj , jyj j jx , yj jjxj , jyjj

fpOLAGAQ DLQ OPRE-

1:

pOSLEDNEE NERAWENSTWO W NAPISANNOJ CEPO^KE WERNO DLQ L@BOGO 2 (0; 1].g

4. pUSTX FUNKCIQ f 2 R PRINADLEVIT KLASSU Lip NA OTREZKE

[a; b]. tOGDA EE TRIGONOMETRI^ESKIJ RQD fURXE SHODITSQ K f RAWNOMERNO

f1

NA KAVDOM OTREZKE [c; d] (a; b).

pRI DOSTATO^NO MALYH u TO^KI WIDA x u 2 [a; b] DLQ L@BYH x 2 [c; d], TAK ^TO

 

 

j u2 (f (x))j jf (x + u) , f (x)j + jf (x) , f(x , u)j 2Mjuj ;

 

 

 

 

GDE M | KONSTANTA, FIGURIRU@]AQ W ( ). w SILU PREDSTAWLENIQ (4)x159

IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn(x) f (x)

1

 

 

 

 

sin nu

2

+ n (x)

 

 

 

 

 

 

 

jZ0

 

 

(f (x)) du

 

 

 

 

 

 

j

 

,

 

j

u

 

u

j j

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2M

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0 j uj

du + j n (x)j

=

 

 

 

 

 

+ j n (x)j:

 

 

 

pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO. wYBEREM SNA^ALA > 0 TAK, ^TOBY

2M

 

 

 

<

 

 

"=2, A ZATEM N TAK, ^TOBY

n (x) < "=2 PRI n > N DLQ L@BOGO x

2

[c; d]

\TO MOVNO SDELATX W SILUj

 

 

 

 

j

sLEDOWATELXNO

,

PRI

n > N

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

159.4).

 

 

 

 

 

 

jSn(x) ,

f (x)j < " DLQ WSEH x 2 [c; d]:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. eSLI f

2

C | NEPRERYWNAQ KUSO^NO-GLADKAQ (NA [0; 2 ]) FUNKCIQ,

TO EE TRIGONOMETRI^ESKIJ RQD fURXE SHODITSQ K NEJ RAWNOMERNO.

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX > 0 PROIZWOLXNO. w SILU P. 2 f 2 Lip 1 I OSTAETSQ• PRIMENITX

P. 4 K OTREZKAM [a; b] = [, ; 2 + ]; [c; d] = [0; 2 ]:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u P R A V N E N I Q. 6. eSLI f

2 C[a; b] I f0 (x) OGRANI^ENA NA (a; b),

TO f 2

Lip 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. kAKOW KLASS FUNKCIJ, UDOWLETWORQ@]IJ ( ) PRI > 1?

 

 

 

 

 

257

x161. pOLNOTA TRIGONOMETRI^ESKOJ SISTEMY FUNKCIJ tEPERX MOVNO DOKAZATX POLNOTU TRIGONOMETRI^ESKOJ SISTEMY FUNK-

CIJ (1) x157 W UNITARNOM PROSTRANSTWE R2[0; 2 ].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. (A) sISTEMA FUNKCIJ f1; cosx; sin x; cos 2x; sin 2x; : : :g POLNA W PRO-

STRANSTWE C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B)

sISTEMA FUNKCIJ

f

1;

cos x; cos 2x; : : :

g

 

POLNA W C

[0; ], A TAKVE

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W PODPROSTRANSTWE PROSTRANSTWA C, SOSTOQ]EM IZ ^ETNYH FUNKCIJ.

 

 

 

(W)

sISTEMA

FUNKCIJ

 

 

f

sin x; sin 2x; : : :

 

 

 

 

 

POLNA

 

W

 

PROSTRANSTWE

ff

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C [0; ]jf (0) = f( ) = 0g, A TAKVE W PODPROSTRANSTWE PROSTRAN-

STWA C, SOSTOQ]EM IZ NE^ETNYH FUNKCIJ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dOKAVEM,

NAPRIMER, (A). fUNKCIQ f

2

C RAWNOMERNO NEPRERYWNA NA

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POLIGON (TO ESTX NE-

[0; 2 ]. sLEDOWATELXNO, DLQ L@BOGO " > 0 NAJDETSQ

PRERYWNAQ KUSO^NO-LINEJNAQ FUNKCIQ)

 

 

e

C TAKOJ, ^TO

max

f (x)

,

(x)

 

< "=2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 x 2 j

 

 

 

kAVDYJ POLIGON QWLQETSQ NEPRERYWNOJ KUSO^NO-GLADKOJ

 

 

j

 

 

 

 

I W SILU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

PRI DOSTATO^NO

FUNKCIEJ

,

160.5 j

 

(x),Sn(x)j < "=2 (x

2 [0; 2 ])

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BOLX[OM

 

 

ZDESX

Sn (x) |

^ASTNAQ SUMMA RQDA fURXE DLQ FUNKCII

).

 

 

 

 

 

n (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA DLQ L@BOGO x 2 [0; 2 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jf (x) , Sn(x)j jf (x) , (x)j + j (x) , Sn(x)j < ":

 

 

 

 

 

 

 

oTS@DA kf , Snk ", GDE k k | NORMA W C:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

tRIGONOMETRI^ESKAQ SISTEMA FUNKCIJ

(1) x157

 

POLNA W

R2,

I SLE

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DOWATELXNO TRIGONOMETRI^ESKIJ RQD fURXE FUNKCII

 

 

 

 

 

 

SHODITSQ

K \TOJ FUNKCII PO NORME k k2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

2 R2 f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX

 

f

2 R2 .

w SILU

 

153.6

SU]ESTWUET FUNKCIQ

 

' 2

 

C

 

TAKAQ

,

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^TO

Z0 j

f (x)

'(x) 2 dx < "2. w SILU P.

1

MOVNO PODOBRATX TRIGONO-

 

 

 

 

 

, f

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

"

e

 

 

 

 

 

METRI^ESKIJ POLINOM Sn (x) TAKOJ, ^TO k' , Snk[0;2 ] <

. zNA^IT,

2

kf , Snk2 kf , 'k2 + k' , Snk2 < 2":

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rAWENSTWO pARSEWALQ

].

dLQ

f 2 R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. [

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

2

 

 

 

a02

f1

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0 jf (x)j

 

dx =

2

+ k=1(jakj

 

+ jbkj

):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|TO SLEDSTWIE 155.7(G). >

258

z A M E ^ A N I E. 4. l. kARLESON DOKAZAL (1966), ^TO TRIGONOMETRI-

^ESKIE RQDY fURXE FUNKCIJ IZ R2 SHODQTSQ P.W.

 

 

 

f

 

 

 

5. p R I M E R. rASSMOTRIM 2 -PERIODI^ESKU@ FUNKCI@ f (x) TAKU@,

^TO

1;

ESLI 0 < x < ,

 

f(x) = 8

 

,1;

ESLI , < x < 0,

k

:

 

2

2

<

0;

ESLI x = 0;

.

 

w SILU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Z0 sin kx dx = , k ((,1) ,

 

 

157.5 ak = 0 (k = 0; 1; : : :); bk

1)(k

 

N). tAKIM OBRAZOM, f (x)

=

4

 

1

sin(2k , 1)x (x

 

 

R). rQD W

 

 

 

 

 

2

 

R

 

kP=1

2k , 1

2

 

 

PRAWOJ ^ASTI SHODITSQ K f(x) W

nf0; ; 2 ; : : :g SOGLASNO 160.5. w

OSTALXNYH TO^KAH SHODIMOSTX RQDA K 0 | ZNA^ENI@ FUNKCII f (x) DLQ x = 0; ; 2 ; : : : | O^EWIDNA.

x162. pOLNOTA SISTEMY POLINOMOW W C [a; b]

1.sISTEMA FUNKCIJ f1; x; x2; : : :g POLNA W C [a; b].

2.oPREDELIM SNA^ALA WE]ESTWENNYE POLINOMY Qn (x) STEPENI n (ONI NAZYWA@TSQ POLINOMAMI ~EBY[EWA) RAWENSTWAMI cosnt = Qn (cost), TAK

^TO Qn(x) = cos(n arccos x) (n = 0; 1; 2; : : :). w ^ASTNOSTI, Q0 (x) = 1,

Q1(x) = x; Q2(x) = 2x2 ,1. pRI PROIZWOLXNOM n DLQ POLU^ENIQ POLINOMA

Qn MOVNO WOSPOLXZOWATXSQ TOVDESTWOM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosnt + i sin nt =

eint = (eit)n = (cos t + i sint)n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

kP=0 in,k nk cosk t sinn,k t:

 

 

a0

 

iTAK

,

KAVDYJ ^ETNYJ TRIGONOMETRI^ESKIJ

POLINOM

Tn(t)

=

 

 

 

 

 

 

 

2

 

+ n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak cos kt PODSTANOWKOJ t

= arccos x, KOTORAQ GOMEOMORFNO OTOBRA-

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VAET OTREZOK [0; ] NA OTREZOK [,1; 1], PREOBRAZUETSQ W ALGEBRAI^ESKIJ

POLINOM

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

Pn(x) = Tn (arccosx) = a0

 

 

 

 

 

 

 

 

+

X

ak Qk (x):

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oBRATNO, L@BOJ WE]ESTWENNYJ POLINOM Pn(x) = a0 + a1x + : : : + anxn PODSTANOWKOJ x = cos t PREOBRAZUETSQ W ^•ETNYJ TRIGONOMETRI^ESKIJ PO-

259

 

 

 

0

 

 

n

 

 

 

LINOM Tn (t) = Pn(cos t) =

 

+

 

k coskt. |TO QSNO, ESLI U^ESTX TOV-

 

 

 

 

2

 

 

k=1

 

 

 

DESTWO

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

1

 

 

 

k

 

k

k

k

 

 

 

 

 

 

 

cosk t = (

 

(eit + e,it))k = 2,k

X

s!ei(2s,k)t = 2,k

X

s! cos(2s , k)t:

2

 

 

 

 

 

s=0

 

s=0

 

3. pEREHODIM K DOKAZATELXSTWU P. 1. sLU^AJ 1: [a; b] = [,1; 1]. dLQ WSQKOJ f 2 C [,1; 1] FUNKCIQ f (cost) NEPRERYWNA NA [0; ] I SOGLASNO 161.1 SU]ESTWUET TRIGONOMETRI^ESKIJ POLINOM Tn(t) = Pn(cos t) TAKOJ, ^TO

jf(cos t) , Tn (t)j < " PRI WSEH t 2 [0; ]. sLEDOWATELXNO, jf(x) , Pn(x)j < "

PRI WSEH jxj 1:

 

 

 

 

 

 

 

b ,2

a

 

 

sLU^AJ 2 (OB]IJ). pREOBRAZOWANIE x = a +

(z + 1) PEREWODIT

[,1; 1] W [a; b], FUNKCIQ F (z) = f (a +

b ,2

a

(z + 1)) NEPRERYWNA NA [,1; 1],

ESLI f 2 C [a; b]. pRI \TOM W SILU SLU^AQ 1 SU]ESTWUET ALGEBRAI^ESKIJ

POLINOM Pn (x) TAKOJ, ^TO kF ,Pnk[,1;1] < ". oBRA]AQ PODSTANOWKU, IMEEM

k

f

,

Rn

k

[a;b] < "; GDE Rn (x)

 

Pn (2(x , a)

,

1):

 

 

 

 

b , a

 

 

x163. kOMPLEKSNAQ FORMA RQDA fURXE

1. wO MNOGIH OTNO[ENIQH UDOBNA KOMPLEKSNAQ FORMA TRIGONOMETRI- ^ESKOGO RQDA fURXE. ~TOBY POLU^ITX EE, ZAMETIM, ^TO

 

 

 

 

 

 

ak

 

ikx

+ e,

ikx

 

bk

ikx

, e,

ikx

 

ak cos kx + bk sin kx

=

2

(e

 

 

) + 2i (e

 

)

 

 

 

 

 

= ckeikx + c ke,ikx;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

2

 

 

ikt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GDE ck = 2

(ak , ibk ) = 2 Z0

f (t)e,

 

dt (k 2 Z). eSLI f

| WE]ESTWEN-

NAQ FUNKCIQ, TO ck = c,k . iTAK, PREDSTAWLENIE (2) x157 PREOBRAZUETSQ K KOMPLEKSNOJ FORME RQDA fURXE

f(x) +1 ckeikx:

X

,1

rQD W PRAWOJ ^ASTI MOVNO RASSMATRIWATX KAK RQD fURXE FUNKCII f OTNOSITELXNO ORTONORMIROWANNOJ SISTEMY f(2 ),1=2 eikxgk2Z, POLNOJ W UNITARNOM PROSTRANSTWE R2.

f 260