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

Vavilov_N_Konkretnaya_teoria_kolets

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
1.02 Mб
Скачать

kolxca: first draught

51

oTWET. nU, HOTQ BY FUNKCII sin(x) I sin(®x), GDE ® 2 R n Q IRRACIONALXNO, SM.37.

kOMMENTARIJ. oDNAKO, \TO LEGKO ISPRAWITX. sUMMA I PROIZWEDENIE PERIODI^ESKIH FUNKCIJ WSEGDA BUDUT PO^TI PERIODI^ESKIMI FUNKCIQMI W SMYSLE bORA, SM., NAPRIMER38. eSLI MY HOTIM WARXIROWATX PERIOD, TO PRAWILXNYM OB_EKTOM IZU^ENIQ QWLQ@TSQ NE PERIODI^ESKIE, A IMENNO PO^TI PERIODI^ESKIE FUNKCII { ONI OBRAZU@T ALGEBRU.

x 14. kOLXCA FUNKCIJ WE]ESTWENNOGO ANALIZA. 5th installment: PROSTRANSTWO PROIZWODNYH

1. pROSTRANSTWO PROIZWODNYH. rASSMOTRIM MNOVESTWO V FUNKCIJ, KOTORYE QWLQ@TSQ PROIZWODNYMI. oBRATITE WNIMANIE, NE IME@T PROIZWODNU@, A

QWLQ@TSQ PROIZWODNYMI (`f is, rather than has a derivative'39). iNYMI SLOWA-

MI, f 2 V W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE, KOGDA SU]ESTWUET DIFFERENCIRUEMAQ FUNKCIQ g TAKAQ, ^TO g0 = f. qSNO, ^TO MNOVESTWO V QWLQETSQ WEKTORNYM PROSTRANSTWOM, SODERVA]IM WSE NEPRERYWNYE FUNKCII. oBRATNOE, KONE^NO, NEWERNO: NE KAVDAQ PROIZWODNAQ NEPRERYWNA. tEM NE MENEE, KAVDAQ PROIZWODNAQ UDOWLETWORQET TEOREME dARBU: ESLI ONA PRINIMAET ZNA^ENIQ a < b, TO ONA PRINIMAET I WSE PROMEVUTO^NYE ZNA^ENIQ. |TA TEOREMA POZWOLQET LEGKO STROITX FUNKCII, NE QWLQ@]IESQ PROIZWODNYMI.

eSTESTWENNO WOZNIKAET WOPROS, QWLQETSQ PROSTRANSTWO PROIZWODNYH KOLXCOM, T.E. BUDET LI PROIZWEDENIE DWUH PROIZWODNYH SNOWA PROIZWODNOJ? w 1921

GODU wILKO[40 OBNARUVIL, ^TO \TO NE TAK.

a IMENNO, ON ZAMETIL, ^TO UVE

KWADRAT FUNKCII

( cos

³x´;

x > 0;

f(x) =

 

 

1

 

 

NE QWLQETSQ PROIZWODNOJ.

0;

 

 

 

x · 0:

 

 

 

 

 

zADA^A. dOKAVITE, ^TO f(x) QWLQETSQ PROIZWODNOJ. uKAZANIE. pRODIFFERENCIRUJTE

g(x) =

( x2 sin

³x´;

x > 0;

 

 

1

 

 

 

0;

 

 

 

x · 0:

~TO MOVNO SKAZATX PRO FUNKCI@ g0 ¡ f?

pO OPREDELENI@ PERWYJ KLASS b\RA B1 SOSTOIT IZ PREDELOW POSLEDOWATELXNOSTEJ NEPRERYWNYH FUNKCIJ W SMYSLE POTO^E^NOJ SHODIMOSTI41;42. lEGKO WIDETX, ^TO B1 OBRAZUET ALGEBRU. tAK KAK

w 1982 GODU d\WID pRAJS POLU^IL POLNOE RE[ENIE STAROGO WOPROSA O TOM,

37b.gELBAUM, dV.oLMSTED, kONTRPRIMERY W ANALIZE, m., mIR, 1967, 251S., STR.219{220.

38Maurin, mETODY GILXBERTOWA PROSTRANSTWA. {

39A.M.Bruckner, J.Ma·rik, C.E.Weil, Some aspects of products of derivatives. { Amer. Math. Monthly, 1992, February, p.134{145.

40W.Wilcosz, Some properties of derivative functions. { Fund. Math., 1921, vol.2, p.145{154.

41r.b\R, tEORIQ RAZRYWNYH FUNKCIJ. { m.{l., 1932.

42mNOGIE ANALISTY NAZYWA@T MNOVESTWO NEPRERYWNYH FUNKCIJ NULEWYM KLASSOM b\-

RA, PRI \TOM PERWYM KLASSOM b\RA NAZYWAETSQ MNOVESTWO RAZRYWNYH FUNKCIJ IZ B1. tAKIM OBRAZOM, NA[ KLASS B1 QWLQETSQ OB_EDINENIEM NULEWOGO I PERWOGO KLASSOW b\RA. mNE, ODNAKO, KAVETSQ, ^TO ISPOLXZUEMAQ NAMI TERMINOLOGIQ GORAZDO UDOBNEE

52

nikolaj wawilow

tEOREMA pRAJSA. kOLXCO, POROVDENNOE PROIZWODNYMI, SOWPADAET S B1.

w DEJSTWITELXNOSTI, W RABOTE43 DOKAZAN SLEDU@]IJ ZNA^ITELXNO BOLEE TO^- NYJ REZULXTAT: KAVDAQ FUNKCIQ KLASSA b\RA 1 PREDSTAWIMA W WIDE fg + h, GDE f; g; h { PROIZWODNYE.

x 15. kOLXCO GOLOMORFNYH FUNKCIJ

pO POWODU SODERVANIQ \TOGO PARAGRAFA44;45;46;47;48;49;50;51

1. gOLOMORFNYE FUNKCII NA OTKRYTOM MNOVESTWE. pUSTX U { OTKRYTOE PODMNOVESTWO W Cn. fUNKCIQ f : U ¡! C NAZYWAETSQ GOLOMORFNOJ NA U, ESLI DLQ KAVDOJ TO^KI x = (x1; : : : ; xn) 2 U SU]ESTWUET SODERVA]AQSQ W U OTKRYTAQ OKRESTNOSTX V TO^KI x I STEPENNOJ RQD

X

ai1:::in (z1 ¡ x1)i1 : : : (zn ¡ xn)in ; i1; : : : ; in 2 N0;

ABSOL@TNO SHODQ]IJSQ K f(z) W KAVDOJ TO^KE z = (z1; : : : ; zn) 2 V . mNOVESTWO GOLOMORFNYH NA U FUNKCIJ OBOZNA^AETSQ ^EREZ OU . fUNKCIQ GOLOMORFNAQ NA WSEM PROSTRANSTWE Cn, NAZYWAETSQ CELOJ.

kOMPOZICIQ GOLOMORFNYH FUNKCIJ GOLOMORFNA. mY NE BUDEM PYTATXSQ SFORMULIROWATX \TOT PRINCIP W SAMOM OB]EM WIDE, TAK KAK DLQ WSEH NA[IH CELEJ DOSTATO^NO SLEDU@]EGO ^ASTNOGO SLU^AQ: ESLI f1; : : : ; fm { GOLOMORFNYE FUNKCII NA OTKRYTOM PODMNOVESTWE U µ Cn, A g : Cm ¡! C { CELAQ FUNKCIQ, TO FUNKCIQ x 7!g(f1(x); : : : ; fn(x)) GOLOMORFNA NA U. (|TO WYTEKAET, NAPRIMER, IZ LEMMY aBELQ I KOMPOZICII NORMALXNO SHODQ]IHSQ STEPENNYH RQDOW { ssylka ili kak??)

w ^ASTNOSTI, TAK KAK SLOVENIE I UMNOVENIE QWLQ@TSQ CELYMI FUNKCIQMI C2 7!C, TO DLQ L@BYH GOLOMORFNYH FUNKCIJ f; g : U ¡! C IH SUMMA I PROIZWEDENIE TOVE GOLOMORFNY. tEM SAMYM, OU OBRAZUET KOLXCO OTNOSITELXNO OBY^NYH OPERACIJ NAD FUNKCIQMI. wAVNEJ[IM OSOBENNOSTX@ GOLOMORFNYH FUNKCIJ PO SRAWNENI@ S WE]ESTWENNYMI BESKONE^NO DIFFERENCIIRUEMYMI FUNKCIQMI, QWLQETSQ SLEDU@]IJ ZAME^ATELXNYJ REZULXTAT, NAZYWAEMYJ E]E TEOREMOJ EDINSTWENNOSTI DLQ GOLOMORFNYH FUNKCIJ.

pRINCIP ANALITI^ESKOGO PRODOLVENIQ. pUSTX f; g : U ¡! C { GOLO-

MORFNYE FUNKCII NA OTKRYTOM SWQZNOM PODMNOVESTWE U µ Cn. tOGDA ESLI fjV = gjV DLQ NEKOTOROGO NEPUSTOGO OTKRYTOGO PODMNOVESTWA V µ U, TO f = g WS@DU NA U.

43D.Preiss, Algebra denerated by derivatives. { Real Anal. Exch., 1982{83, vol.8, p.208{216.

44s.bOHNER, u.t.mARTIN, fUNKCII MNOGIH KOMPLEKSNYH PEREMENNYH. { il, 1951.

45r.gANNING, ~.rOSSI, aNALITI^ESKIE FUNKCII MNOGIH KOMPLEKSNYH PEREMENNYH. { mIR, m., 1969, S.1{395.

46g.gRAU\RT, r.rEMMERT, aNALITI^ESKIE LOKALXNYE ALGEBRY. { nAUKA, m., 1988, S.1{303. 47a.kARTAN, |LEMENTARNAQ TEORIQ ANALITI^ESKIH FUNKCIJ ODNOGO I NESKOLXKIH KOMPLEKS-

NYH PEREMENNYH. { iil, m., 1963, S.1{296.

48l.hERMANDER, wWEDENIE W TEORI@ FUNKCII NESKOLXKIH KOMPLEKSNYH PEREMENNYH. { mIR, m., 1968, S.1{279.

49e.m.~IRKA, kOMPLEKSNYE ANALITI^ESKIE MNOVESTWA. { nAUKA, m., 1985, S.1{272. 50b.w.{ABAT, wWEDENIE W KOMPLEKSNYJ ANALIZ. { nAUKA, m., 1969, S.1{576.

51m.|RWE, fUNKCII MNOGIH KOMPLEKSNYH PEREMENNYH. lOKALXNAQ TEORIQ. { mIR, m., 1965, S.1{165.

kolxca: first draught

53

|TOT REZULXTAT OB_QSNQET, W ^ASTNOSTI, IZWESTNYJ WSEM SPECIALISTAM FAKT, ^TO KOMPLEKSNYJ ANALIZ PO DUHU GORAZDO BLIVE K ALGEBRE, ^EM K WE]ESTWENNOMU ANALIZU. wOT PROSTAQ ILL@STRACIQ \TOGO PRINCIPA.

tEOREMA. dLQ L@BOJ OTKRYTOJ SWQZNOJ OBLASTI U µ Cn KOLXCO OU QWLQ- ETSQ OBLASTX@ CELOSTNOSTI.

dOKAZATELXSTWO. pUSTX fg = 0 DLQ KAKIH-TO f; g 2 OU . eSLI f =6 0, TO MNOVESTWO V TO^EK z 2 U, W KOTORYH f(z) =6 0 OTKRYTO I NEPUSTO. pOSKOLXKU g(z) = 0 DLQ WSEH z 2 V , TO PO PRINCIPU ANALITI^ESKOGO PRODOLVENIQ g(z) = 0 DLQ WSEH z 2 U, NO \TO I ZNA^IT, ^TO g = 0 2 OU .

2. rOSTKI GOLOMORFNYH FUNKCIJ. pUSTX TEPERX X { L@BOE PODMNOVESTWO W Cn. rASSMOTRIM MNOVESTWO PAR (U; f), GDE U, X µ U µ Cn { OTKRYTAQ OKRESTNOSTX X, A f { GOLOMORFNAQ FUNKCIQ NA U. sKAVEM, ^TO (U; f) » (V; g), ESLI SU]ESTWUET TAKAQ OKRESTNOSTX W , X µ W µ U \ V , MNOVESTWA X, ^TO fjW = gjW . kLASS \TOJ \KWIWALENTNOSTI NAZYWAETSQ ROSTKOM GOLOMORFNYH FUNKCIJ NA X.

lEGKO PROWERITX (PRODELAJTE \TO!), ^TO OTNO[ENIE » SOGLASOWANO SO SLOVENIEM I UMNOVENIEM FUNKCIJ, TAK ^TO OPERACII (U; f) + (V; g) = (U \ V; f + g), (U; f)(V; g) = (U \ V; fg), PREWRA]A@T MNOVESTWO ROSTKOW W KOMMUTATIWNOE AS-

SOCIATIWNOE KOLXCO S 1, NAZYWAEMOE KOLXCOM ROSTKOW GOLOMORFNYH FUNK-

CIJ NA X. |TO KOLXCO BUDET PO PREVNEMU OBOZNA^ATXSQ ^EREZ OX. w SLU- ^AE, KOGDA MNOVESTWO X SAMO OTKRYTO, U KAVDOGO ROSTKA ESTX EDINSTWENNYJ PREDSTAWITELX WIDA (X; f), T.E. GOLOMORFNAQ FUNKCIQ NA X, TAK ^TO NIKAKOGO KONFLIKTA S PRED[ESTWU@]IM NE WOZNIKAET!

oSOBENNO WAVEN SLU^AJ X = fxg, KOLXCO Ox NAZYWAETSQ KOLXCOM ROSTKOW GOLOMORFNYH FUNKCIJ W TO^KE x. |TO KOLXCO NAZYWAETSQ E]E LOKALXNYM KOLXCOM TO^KI x 2 Cn. oNO IZOMORFNO KOLXCU Cfx1; : : : ; xng SHODQ]IHSQ STEPENNYH RQDOW. zAMETIM, ^TO ESLI (U; f) » (V; g), TO f(x) = g(x), TAK ^TO IMEET SMYSL GOWORITX O ZNA^ENII ROSTKA IZ Ox W TO^KE x

zADA^A. dOKAVITE, ^TO Ox¤ = ff 2 Ox j f(x) =6 0g. rE[ENIE. gOLOMORFNAQ FUNKCIQ NEPRERYWNA.

zADA^A. dOKAVITE, ^TO m = ff 2 Ox j f(x) = 0g MAKSIMALXNYJ IDEAL W Ox.

rE[ENIE. o^EWIDNO, ^TO m IDEAL, EGO MAKSIMALXNOSTX WYTEKAET IZ IZOMORFIZMA Ox=m ´ C.

tAKIM OBRAZOM, WSE NEOBRATIMYE \LEMENTY KOLXCA Ox OBRAZU@T IDEAL, KOTORYJ W \TOM SLU^AE QWLQETSQ EDINSTWENNYM MAKSIMALXNYM IDEALOM. kOMMUTATIWNYE KOLXCA S \TIM SWOJSTWOM NAZYWA@TSQ LOKALXNYMI KOLXCAMI.

54

nikolaj wawilow

gLAWA ?: swertka

|TA GLAWA POSWQ]ENA DETALXNOMU OBSUVDENI@ WAVNEJ[EJ ALGEBRAI^ESKOJ OPERACII: SWERTKI. tO^NEE, MY STROIM I IZU^AEM NESKOLXKO TIPOW KOLEC FUNKCIJ SO SWERTAKOJ W KA^ESTWE UMNOVENIQ. oSNOWNYMI PRIMERAMI SWERTKI, KOTORYE POSTOQNNO ISPOLXZU@TSQ W DALXNEJ[EM, SLUVAT:

²uMNOVENIE MNOGO^LENOW I STEPENNYH RQDOW (SWERTKA aBELQ);

²uMNOVENIE MATRIC;

²sWERTKA dIRIHLE W ALGEBRE ARIFMETI^ESKIH FUNKCIJ (UMNOVENIE RQDOW dIRIHLE);

²uMNOVENIE W POLUGRUPPOWOJ/GRUPPOWOJ ALGEBRE;

²sWERTKA W ALGEBRE L1(G) FUNKCIJ INTEGRIRUEMYH PO lEBEGU (W ^ASTNOSTI, SWERTKA POSLEDOWATELXNOSTEJ I FUNKCIJ NA R).

sWERTKA QWLQETSQ TRUDOEMKOJ I DOROGOJ OPERACIEJ I ZNA^ITELXNAQ ^ASTX USILIJ MATEMATIKOW NA PROTQVENII POSLEDNIH DWUH WEKOW SOSTOQLA W RAZRABOTKE METODOW SWODITX WY^ISLENIE SWERTKI K UMNOVENI@ FUNKCIJ. tAKOE SWEDENIE NAZYWAETSQ GARMONI^ESKIM ANALIZOM, A L@BOJ QWNYJ IZOMORFIZM MEVDU ALGEBROJ FUNKCIJ SO SWERTKOJ I ALGEBROJ FUNKCIJ S UMNOVENIEM { PREOBRAZOWANIEM fURXE. pREOBRAZOWANIQ fURXE IZWESTNY W DESQTKAH WARIANTOW: RQDY fURXE, INTEGRALY fURXE, DISKRETNOE PREOBRAZOWANIE fURXE (DFT), PREOBRAZOWANIE lAPLASA, ...

x 6. iZMENENIE PORQDKA SUMMIROWANIQ

dOKAZATELXSTWO ASSOCIATIWNOSTI SWERTKI SWQZANO S WAVNYM PRIEMOM IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ, NA KOTOROM STOIT OSTANOWITXSQ PODROBNEE.

1. oBOZNA^ENIQ, SWQZANNYE S SUMMAMI. w ALGEBRE SUMMA Pi2I ai OPREDE-

LENA ESLI W NEJ LI[X KONE^NOE ^ISLO NENULEWYH SLAGAEMYH, T.E. ESLI jfi 2 I j ai 6= 0gj < 1. |TO WSEGDA TAK, NAPRIMER, ESLI UVE SAMO MNOVESTWO I KONE^NO. w \TOM SLU^AE ^ASTO ISPOLXZUETSQ NATURALXNAQ INDEKSNCIQ, T.E. MNOVESTWO I OTOVDESTWLQETSQ S NA^ALXNYM OTREZKOM n, n = jIj, NATURALXNOGO RQDA

Q SUMMA ZAPISYWAETSQ W WIDE Pn ai. oDNAKO WO WMNOGIH SLU^AQH DAVE DLQ

i=1

KONE^NYH MNOVESTW UDOBNEE ISPOLXZOWATX W KA^ESTWE INDEKSOW NE NATURALXNYE ^ISLA, A \LEMENTY DRUGIH MNOVESTW, SKAVEM, BRATX SUMMY PO PODMNOVESTWAM n, PERESTANOWKAM, \LEMENTAM KONE^NOJ GRUPPY ILI POLQ.

kOMMENTARIJ. w MATEMATI^ESKOM ANALIZE W RAZLI^NYH SITUACIQH PRIDAETSQ SMYSL BES-

KONE^NYM SUMMAM: KAK S^ETNYM SUMMAM WIDA

i1=1 ai, NAZYWAEMYM TAM RQDAMI, TAK I IN-

TEGRALAM

b

 

 

WSEGO RASSMATRIWATX KAK KONTINUALXNYE SUMMY

a f(x)dx, KOTORYE ESTESTWENNEE

 

 

 

P

 

INFINITEZIMALXNYH SLAGAEMYH

 

SOBSTWENNO

 

IMENNO TAK ONI I OPREDELQ@TSQ W NESTANDART

 

R

 

(

 

 

,

 

 

-

NOM ANALIZE). wSE NA[I KONSTRUKCII OBOB]A@TSQ NA \TI SLU^AI I PREDSTAWLQ@T W ANALITI- ^ESKOM KONTEKSTE NE MENX[IJ INTERES, ^EM W ALGEBRAI^ESKOM. oDNAKO PRI \TOM WOZNIKA@T RAZLI^NYE, INOGDA WESXMA NEBANALXNYE, WOPROSY SHODIMOSTI { PRI KAKIH USLOWIQH I W KAKOM SMYSLE SU]ESTWUET SUMMA BESKONE^NOGO RQDA ILI ZNA^ENIE INTEGRALA? tAK KAK \TI WOPROSY NE OTNOSQTSQ SOBSTWENNO K ALGEBRE, W OSNOWNOM TEKSTE MY OGRANI^IWAEMSQ TOLXKO TAKIMI KLASSAMI FUNKCIJ, DLQ KOTORYH WSE WOZNIKA@]IE SUMMY KONE^NY. dLQ TOGO, KTO OWLADEL NEOBHODIMOJ ALGEBRAI^ESKOJ TEHNIKOJ NA PRIMERE KONE^NYH SUMM I ZNAKOM S OSNOWAMI ANALIZA, PEREWOD NA QZYK INTEGRALOW W BOLX[INSTWE SLU^AEW NE PREDSTAWLQET NIKAKOGO TRUDA. wO MNOGIH SLU^AQH I SOBSTWENNO W ALGEBRE (SKAVEM, W KOLXCAH FORMALXNYH STEPENNYH RQDOW ILI BESKONE^NYH MATRIC NAD PROIZWOLXNYM KOLXCOM) OPREDELQ@TSQ SUMMIRUEMYE POSLEDOWATELXNOSTI ILI SHODQ]IESQ PROIZWEDENIQ. wSE \TI KONSTRUKCII, DAVE

kolxca: first draught

55

ESLI ONI MASKIRU@TSQ POD ^ISTO ALGEBRAI^ESKIE, W DEJSTWITELXNOSTI OSNOWANY NA SKRYTOM ISPOLXZOWANII TOPOLOGII.

2. oBOB]ENNAQ DISTRIBUTIWNOSTX. pUSTX WNA^ALE R { PROIZWOLXNOE KOLXCO (NE OBQZATELXNO KOMMUTATIWNOE ILI DAVE ASSOCIATIWNOE). rASSMOTRIM PROIZWOLXNYE \LEMENTY a1; : : : am; b1; : : : bn 2 R. rASSMOTRIM PROIZWEDENIE

m

n

X X

X X

(a1 + : : : + am)(b1 + : : : + bm) =

ai bj =

ai

bj

i=1

j=1

i2m

j2n

I PREOBRAZUEM EGO DWUMQ RAZLI^NYMI SPOSOBAMI. wNA^ALE RASKRYWAQ LEWU@ SUMMU, I TOLXKO POTOM PRAWU@, POLU^AEM

ai bj =

 

ai

bj =

aibj

i2m j2n

i2m j2n

i2m j2n

X X

X

¡

X ¢

X X

s DRUGOJ STORONY, WNA^ALE RASKRYWAQ PRAWU@ SUMMU I TOLXKO POTOM LEWU@,

POLU^AEM

X X

X ¢

X X

 

 

ai bj =

ai

bj =

aibj

 

i2m j2n

j2n i2m

j2n i2m

sRAWNIWAQ DWA \TI WYRAVENIQ, I POLAGAQ I = m, J = N, MY WIDIM, ^TO

XX

XX

aibj =

aibj:

i2I j2J

j2J i2I

3. iZMENENIE PORQDKA SUMMIROWANIQ. pREDPOLOVIM, ^TO MY HOTIM SLO-

VITX \LEMENTY aij, ZAWISQ]IE OT DWUH INDEKSOW i I j, GDE, SKAVEM, 1 · i · m, A 1 · j · n. eSTX DWA O^EWIDNYH SPOSOBA SDELATX \TO. oDIN IZ NIH SOSTOIT W TOM, ^TOBY SNA^ALA PROSUMMIROWATX WSE \LEMENTY S FIKSIROWANNYM i, T.E.

OBRAZOWATX SUMMY bi =

 

aij, 1 · j · n, A UVE POTOM OBRAZOWATX SUMMU bi

,

 

 

 

 

VE SPOSOBE WNA^ALE SUMMIRU@TSQ WSE \LEMENTY S FIKSI

-

1 · i · m. pRI WTOROM P

 

 

 

 

 

 

P

ROWANNYM j, T.E. OBRAZU@TSQ SUMMY cj =

 

 

aij, 1 · i · m, A POTOM OBRAZUETSQ

 

cj, 1 · j · n. w REZULXTATE

OBEIH PROCEDUR DOLVNA POLU^ATXSQ ODNA

SUMMA

 

P

 

 

 

SUMMA

 

aij, 1 · i · m, 1 · j · n,

INYMI SLOWAMI

 

 

I TA VEP

 

P

 

,

 

 

 

 

 

 

m n

 

 

n

 

m

 

 

 

 

 

 

 

XX

 

Xj

X

 

 

 

 

 

 

 

 

aij =

 

 

aij;

 

 

 

 

 

 

 

i=1 j=1

 

 

=1 i=1

 

 

GDE i I j MENQ@TSQ W TEH VE PREDELAH, ^TO I WY[E. iMENNO \TA FORMULA I NAZYWAETSQ `IZMENENIEM PORQDKA SUMMIROWANIQ'.

4. mOMENT ISTINY (test of truth). s IZMENENIEM PORQDKA SUMMIROWANIQ PRIHODITSQ ^ASTO WSTRE^ATXSQ NA PRAKTIKE. nAPRIMER, PRI SOSTAWLENII PLANA U^EBNOJ NAGRUZKI KAFEDRY NA GOD U^EBNYE ^ASY OBY^NO RASPREDELQ@TSQ NEKIM OBRAZOM PO MESQCAM I MEVDU PREPODAWATELQMI. pODS^ITATX OB]EE KOLI^ESTWO ^ASOW MOVNO DWUMQ SPOSOBAMI. pERWYJ IZ NIH SOSTOIT W TOM, ^TOBY WNA^ALE NAJTI POLNU@ NAGRUZKU KAVDOGO PREPODAWATELQ ZA WESX U^EBNYJ GOD, A POTOM SLOVITX NAGRUZKU WSEH PREPODAWATELEJ. pRI WTOROM VE SPOSOBE WNA^ALE NAHODITSQ NAGRUZKA WSEH PREPODAWATELEJ KAFEDRY W KAVDOM MESQCE, A POTOM SKLADYWAETSQ SUMMARNAQ NAGRUZKA KAFEDRY PO MESQCAM. sOGLASNO TOLXKO ^TO

56

nikolaj wawilow

SKAZANNOMU, OBA SPOSOBA DOLVNY PRIWODITX K ODNOMU I TOMU VE OTWETU. eSLI W DEJSTWITELXNOSTI \TOGO OBY^NO NE PROISHODIT, TO NE POTOMU, ^TO PRIEM IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ NEPRAWILXNYJ, A POTOMU, ^TO, KAK WSE ZNA- @T IZ LI^NOGO OPYTA, W WYPOLNQEMYH WRU^NU@ ARIFMETI^ESKIH DEJSTWIQH NEIZBEVNO WOZNIKA@T O[IBKI.

5. pRIMERY IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ. wOT NESKOLXKO SPECI-

ALXNYH SLU^AEW I WARIANTOW IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ.

² oB]IE INDEKSNYE MNOVESTWA. pRI IZMENENII PORQDKA SUMMIROWANIQ

NE OBQZATELXNO POLXZOWATXSQ NATURALXNOJ INDEKSACIEJ:

XX XX

cij =

cij:

i2I j2J

j2J i2I

 

X

w DEJSTWITELXNOSTI OBE SUMMY RAWNY

cij.

(i;j)2I£J

² iZMENENIQ PORQDKA UMNOVENIQ. eSLI OPERACIQ W X ZAPISYWAETSQ MULXTIPLIKATIWNO, TO PRAWILO IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ PRINIMAET

WID

Y Y

Y Y

 

 

cij =

cij:

 

i2I j2J

j2J i2I

rAZUMEETSQ, DLQ SPRAWEDLIWOSTI \TOJ FORMULY NEOBHODIMO, ^TOBY OPERACIQ W X BYLA ASSOCIATIWNOJ I KOMMUTATIWNOJ.

² pRAWILO PODS^ETA DWUMQ SPOSOBAMI. eSLI R { OTNO[ENIE MEVDU \LEMENTAMI MNOVESTW X I Y , T.E. PODMNOVESTWO IH DEKARTOWA PROIZWEDENIQ

X £ Y , TO

X

X

jfy 2 Y j (x; y) 2 Rgj =

jfx 2 X j (x; y) 2 Rgj:

x2X

y2Y

w SAMOM DELE, OBE SUMMY RAWNY jRj. mY BUDEM SAMYM SU]ESTWENNYM OBRAZOM ISPOLXZOWATX \TO PRAWILO W NESKOLXKIH GLAWAH, POSWQ]ENNYH TEORII GRUPP.

² rAZBIENIE SUMMY. sLEDU@]U@ FORMULU MOVNO RASSMATRIWATX KAK SPECIALXNYJ SLU^AJ IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ, KOGDA jJj = 2:

XX X

(ai + bi) =

 

ai + bi:

i2I

i2I

i2I

aNALOGI^NOE UTWERVDENIE IMEET MESTO DLQ RAZBIENIQ NA TRI ILI BOLX[EE KOLI^ESTWO SLAGAEMYH.

² iZMENENIE PREDELOW SUMMIROWANIQ. iZMENENIE PORQDKA SUMMIROWA-

NIQ MOVNO PRIMENQTX I W TEH SLU^AQH, KOGDA SUMMIROWANIE PROIZWODITSQ NE PO WSEM INDEKSAM 1 · i · m, 1 · j · n, A TOLXKO PO ^ASTI PAR (i; j), NAPRIMER, TOLXKO PO TEM PARAM, DLQ KOTORYH j · i. oDNAKO PRI \TOM NUVNO SLEDITX ZA TEM, KAK IZMENQ@TSQ PREDELY SUMMIROWANIQ:

n i

n

n

XX

Xj

X

cij =

 

cij:

i=0 j=0

=0 i=j

iZMENENIE PREDELOW INTEGRIROWANIQ WSEGDA WYZYWAET TRUDNOSTI U STUDENTOW PRI WY^ISLENII KRATNYH INTEGRALOW. |TO POTOMU, ^TO IM PERED \TIM NIKTO NE PYTALSQ OB_QSNITX, ^TO TO VE SAMOE BYWAET I U KONE^NYH SUMM!

kolxca: first draught

57

x 2. sWERTKA, MONOIDNAQ ALGEBRA

tRUDNO PEREOCENITX WAVNOSTX OPERACII SWERTKI WO MNOGIH OBLASTQH MATEMATIKI.

uILLIAM fELLER52

w \TOM PARAGRAFE MY POSTROIM WAVNEJ[IJ PRIMER ALGEBRAI^ESKOJ OPERACII { SWERTKU.

1. oPREDELENIE SWERTKI. pUSTX M { POLUGRUPPA S OPERACIEJ ±, A R { KOLXCO S OPERACIQMI + I £. w OBY^NOM UMNOVENII FUNKCIJ IZ RM = Map(M; R) ZADEJSTWOWANO TOLXKO UMNOVENIE \LEMENTOW KOLXCA R, A OPERACIQ W M IGNORIRUETSQ. sEJ^AS MY WWEDEM NA MNOVESTWE FUNKCIJ RM I/ILI NA EGO PODMNOVESTWE R[M], SOSTOQ]EM IZ FUNKCIJ S KONE^NYM NOSITELEM, NOWU@ OPERACI@, GORAZDO BOLEE HITRU@ I DOROGU@, ^EM OBY^NOE UMNOVENIE FUNKCIJ, W OPREDELENII KOTOROJ BUDUT U^ASTWOWATX WSE TRI OPERACII ±, + I £. w BOLX[INSTWE PRIMEROW ROLX ± W SWO@ O^EREDX BUDET IGRATX SLOVENIE ILI UMNOVENIE, NO POKA MY BUDEM T]ATELXNO RAZLI^ATX WSE TRI OPERACII NA UROWNE OBOZNA^ENIJ, ^TOBY ^ETKO OTSLEDITX ROLX KAVDOJ IH NIH.

iTAK, DLQ DWUH FUNKCIJ f; g 2 RM MY HOTIM OPREDELITX TRETX@ FUNKCI@ f ¤ g 2 RM , DLQ \TOGO DOSTATO^NO ZADATX ZNA^ENIQ (f ¤ g)(x) 2 R \TOJ FUNKCII NA WSEH x 2 M. wNA^ALE MY NAPI[EM FORMULU, OPREDELQ@]U@ SWERTKU, A POTOM OPI[EM DWE WAVNEJ[IH SITUACII, KOGDA \TA FORMULA IMEET SMYSL. rAZUMEETSQ, SLEDU@]EE `OPREDELENIE' SAMO PO SEBE, BEZ KAKIH-TO DOPOLNITELXNYH PREDPOLOVENIJ, NI^EGO NE OPREDELQET.

`oPREDELENIE'. sWERTKOJ FUNKCIJ f I g NAZYWAETSQ FUNKCIQ f ¤g ZNA^ENIE KOTOROJ W x 2 M ZADAETSQ FORMULOJ

X

(f ¤ g)(x) =

f(y)g(z):

y±z=x

rAZUMEETSQ, ^TOBY \TO OPREDELENIE IMELO SMYSL S TO^KI ZRENIQ ALGEBRY, WSE SUMMY W PRAWOJ ^ASTI DOLVNY BYTX KONE^NYMI. |TO BEZUSLOWNO TAK, ESLI POLUGRUPPA M KONE^NA. oDNAKO \TO USLOWIE BUDET DLQ NAS SLI[KOM OGRANI- ^ITELXNYM, TAK KAK ONO NE POZWOLQET OPREDELITX NI FORMALXNYE STEPENNYE RQDY, NI DAVE MNOGO^LENY. sEJ^AS MY SFORMULIRUEM DWA DRUGIH, GORAZDO BOLEE INTERESNYH USLOWIQ.

kOMMENTARIJ. w MATEMATI^ESKOM ANALIZE SWERTKA OPREDELQETSQ PRI POMO]I BESKONE^NYH SUMM ILI INTEGRALOW. pRI \TOM, KAK WSEGDA, WOZNIKA@T WOPROSY SHODIMOSTI, T.E. DLQ FUNKCIJ KAKIH KLASSOW OPREDELENY \TI SUMMY I INTEGRALY? kROME TOGO, ESLI MY HOTIM, KAK I W ALGEBRAI^ESKOM SLU^AE, ISPOLXZOWATX SWERTKU DLQ OPREDELENIQ STRUKTURY KOLXCA NA NEKOTORYH MNOVESTWAH FUNKCIJ, SWERTKA DWUH FUNKCIJ NEKOTOROGO KLASSA DOLVNA BYTX NE TOLXKO OPREDELENA, NO I SNOWA PRINADLEVATX TOMU VE KLASSU. mNOGIE INTEGRALXNYE PREOBRAZOWANIQ QWLQ@TSQ SWERTKAMI S FUNKCIQMI SPECIALXNOGO WIDA (`QDRAMI'), ODNAKO W ANALIZE XIX WEKA QDRO I PREOBRAZUEMAQ FUNKCIQ NE RASSMATRIWALISX KAK RAWNOPRAWNYE OPERANDY. pO MNENI@ n.bURBAKI, PERWYM UPOMINANIEM OB ALGEBRAI^ESKIH SWOJSTWAH SWERTKI FUNKCIJ BYLA STATXQ ~EBY[EWA \o DWUH TEOREMAH TEORII WEROQTNOSTEJ", GDE DOKAZANO, ^TO FUNKCIEJ RASPREDELENIQ SUMMY NEZAWISIMYH SLU^AJNYH WELI^IN QWLQETSQ SWERTKA IH FUNKCIJ RASPREDELENIQ.

52u.fELLER, wWEDENIE W TEORI@ WEROQTNOSTEJ I EE PRILOVENIQ, T.2, m., 1967.

58

nikolaj wawilow

2. uSLOWIQ, GARANTIRU@]IE SU]ESTWOWANIE SWERTKI. dLQ TOGO, ^TOBY FORMULA, KOTOROJ MY OPREDELILI SWERTKU, IMELA SMYSL, MY DOLVNY NALOVITX OGRANI^ENIE LIBO NA POLUGRUPPU M, LIBO NA KLASS RASSMATRIWAEMYH FUNKCIJ.

² uSLOWIE NA POLUGRUPPU. uRAWNENIE y ± z = x IMEET W POLUGRUPPE M KONE^NOE ^ISLO RE[ENIJ. iNYMI SLOWAMI, DLQ KAVDOGO x 2 M SU]ESTWUET KONE^NOE ^ISLO PAR (y; z) 2 M £ M TAKIH, ^TO y ± z = x.

nAZOWEM NOSITELEM FUNKCII f 2 RM MNOVESTWO TEH x 2 M, DLQ KOTORYH f(x) =6 0:

Supp(f) = fx 2 M j f(x) =6 0g:

|TO ALGEBRAI^ESKOE OPREDELENIE NOSITELQ, W ANALIZE NOSITELEM OBY^NO NAZYWA@T ZAMYKANIE TOGO, ^TO NAZYWAEM NOSITELEM MY. wPRO^EM, ESLI M RASSMATRIWAETSQ S DISKRETNOJ TOPOLOGIEJ, \TI OPREDELENIQ SOWPADA@T.

² uSLOWIE NA FUNKCII. rASSMATRIWA@TSQ TOLXKO FUNKCII S KONE^NYM

NOSITELEM:

R[M] = ff 2 RM j j Supp(f)j < 1g:

iNYMI SLOWAMI, RASSMATRIWA@TSQ TOLXKO FUNKCII, TAKIE, ^TO f(x) = 0 DLQ PO^TI WSEH x, GDE WYRAVENIE `PO^TI WSEH' SNOWA PONIMAETSQ W ALGEBRAI^ESKOM SMYSLE, KAK WSEH, KROME KONE^NOGO ^ISLA. tAKIM FUNKCII NAZYWA@TSQ E]E

FORMALXNYMI LINEJNYMI KOMBINACIQMI \LEMENTOW M S KO\FFICIENTA-

MI IZ R. eSLI M KONE^NA, TO R[M] = RM .

pREDOSTEREVENIE. bURBAKI ISPOLXZUET DLQ MNOVESTWA FORMALXNYH LINEJNYH KOMBINACIJ OBOZNA^ENIE R(M ), A NE R[M]!

qSNO, ^TO KAVDOE IZ \TIH USLOWIJ GARANTIRUET KONE^NOSTX WSEH SUMM W OPREDELENII SWERTKI. kROME TOGO, ESLI f; g 2 R[M], TO

Supp(f + g) µ Supp(f) [ Supp(g);

Supp(f ¤ g) µ Supp(f) ± Supp(g);

TAK ^TO f + g; f ¤ g 2 R[M]. w DWUH SLEDU@]IH PUNKTAH MY DOKAVEM, ^TO ESLI R { ASSOCIATIWNOE KOLXCO S 1, TO RM I R[M] TOVE QWLQ@TSQ ASSOCIATIWNYMI KOLXCAMI S 1.

kOMMENTARIJ. |TI USLOWIQ { \TO W TO^NOSTI USLOWIQ, FIGURIRU@]IE KNIGAH bURBAKI `aLGEBRA'53 I `iNTEGRIROWANIE'54. s SODERVATELXNOJ TO^KI ZRENIQ I W TOM I W DRUGOM SLU^AE RE^X IDET O KOMPAKTNOSTI. tOPOLOG WYRAZIL BY NA[E USLOWIE NA POLUGRUPPU M SKAZAW, ^TO OPERACIQ W NEJ ZADAET W DISKRETNOJ TOPOLOGII SOWER[ENNOE OTOBRAVENIE M £ M ¡! M, T.E. TAKOE OTOBRAVENIE, ^TO PROOBRAZ KOMPAKTNOGO MNOVESTWA KOMPAKTEN55. nAIBOLEE PROSTOJ I WAVNYJ KLASS FUNKCIJ, NEPOSREDSTWENNO OBOB]A@]IJ FUNKCII S KONE^NYM NOSITELEM, DLQ KOTOROGO WSE WOPROSY SHODIMOSTI TRIWIALXNY, \TO NEPRERYWNYE FUNKCII S KOMPAKTNYM NOSITELEM. sWERTKA DWUH TAKIH FUNKCIJ WSEGDA SU]ESTWUET I SNOWA QWLQETSQ NEPRERYWNOJ FUNKCIEJ S KOMPAKTNYM NOSITELEM. wPRO^EM, \TOT PRIMER TOVE SKOREE OTNOSITSQ K TOPOLOGI^ESKOJ ALGEBRE, ^EM SOBSTWENNO K ANALIZU.

²sME[ANNYE USLOWIQ. KLASSY BESKONE^NYH MATRIC

3.sWERTKI NA GRUPPE. w SLU^AE, KOGDA M = G QWLQETSQ GRUPPOJ, DLQ KAVDYH x I y URAWNENIE yz = x IMEET EDINSTWENNOE RE[ENIE z = y¡1x. tO^NO TAK VE, ESLI FIKSIROWANY x I z, TO S NEOBHODIMOSTX@ y = xz¡1. pO\TOMU

53n.bURBAKI, aLGEBRA I, GL. II; PUNKTY 9,10 cTR. 294{298.

54n.bURBAKI iNTEGRIROWANIE, gL. VI{VIII, m., 1970; PRIMERY 1 I 2 NA STR. 222{223, { RAZUMEETSQ, W \TOJ KNIGE IZLOVENIE WEDETSQ W TERMINAH MER, A NE FUNKCIJ

55n.bURBAKI, oB]AQ TOPOLOGIQ, gL. I { II, m., 1968; SM. gLAWA I, x 10

kolxca: first draught

59

SUMMIROWANIE W FORMULE, WYRAVA@]EJ SWERTKU, DOSTATO^NO WESTI NE PO DWUM NEIZWESTNYM y ILI z A LI[X PO ODNOJ IZ NIH. tEM SAMYM, \TA FORMULA PRIOBRETAET SLEDU@]IJ WID, BOLEE PRIWY^NYJ DLQ TEH, KTO STALKIWALSQ S NEJ W ANALIZE ILI TEORII WEROQTNOSTEJ:

(f

 

g)(x) =

X

X

 

¤

 

y2G

z2G

 

 

 

eSLI G ABELEWA I OPERACIQ W NEJ ZAPISYWAETSQ ADDITIWNO, \TI FORMULY PEREPISYWA@TSQ W WIDE

X

X

(f ¤ g)(x) =

f(y)g(x ¡ y) = f(x ¡ z)g(z):

y2G

z2G

x 3. rAS[IRENNAQ POLUGRUPPOWAQ ALGEBRA

sEJ^AS MY PROWERIM, ^TO PRI WYPOLNENII USLOWIQ 2.1 MNOVESTWO FUNKCIJ RM OBRAZUET KOLXCO OTNOSITELXNO SLOVENIQ FUNKCIJ I SWERTKI KAK UMNOVENIQ. oSNOWNOJ MOMENT ZDESX PROWERKA ASSOCIATIWNOSTI SWERTKI, NO S U^ETOM ASSOCIATIWNOSTI R I M \TO W TO^NOSTI IZMENENIE PORQDKA SUMMIROWANIQ, KOTOROE MY RASSMATRIWALI W PREDYDU]EM PARAGRAFE.

tEOREMA. pUSTX M { POLUGRUPPA TAKAQ, ^TO DLQ KAVDOGO x 2 M URAWNENIE y ± z = x IMEET LI[X KONE^NOE ^ISLO RE[ENIJ. tOGDA

1)RM { KOLXCO OTNOSITELXNO OPERACIJ +, ¤;

2)eSLI R ASSOCIATIWNO, TO RM TOVE ASSOCIATIWNO;

3)eSLI M I R KOMMUTATIWNY, TO RM KOMMUTATIWNO;

4)eSLI M { MONOID, A R { KOLXCO S 1, TO RM { KOLXCO S 1.

dOKAZATELXSTWO. 1) sWOJSTWA RM PO SLOVENI@ NAM IZWESTNY, PO\TOMU OSTAETSQ LI[X PROWERITX DISTRIBUTIWNOSTX SWERTKI OTNOSITELXNO SLOVENIQ. w SAMOM DELE, PUSTX f; g; h 2 RM . pROWERIM, NAPRIMER, LEWU@ DISTRIBUTIWNOSTX. wY^ISLIM ZNA^ENIE FUNKCII (f + g) ¤ h W \LEMENTE x 2 M:

((f + g) ¤ h)(x) =

X

X

(f(y) + g(y))h(z) =

(f + g)(y)h(z) =

 

 

y±z=x

y±z=x

X

X

 

X

 

 

f(y)h(z) + g(y)h(z) =

f(y)h(z) +

g(y)h(z) =

 

y±z=x

 

y±z=x

y±z=x

 

(f ¤ h)(x) + (g ¤ h)(x):

 

 

 

qSNO, ^TO PRAWAQ DISTRIBUTIWNOSTX PROWERQETSQ ANALOGI^NO.

2) sNOWA DOSTATO^NO SRAWNITX ZNA^ENIQ FUNKCIJ (f ¤ g) ¤ h I f ¤ (g ¤ h) W

KAVDOJ TO^KE x 2 M.

X

 

((f ¤ g) ¤ h)(x) =

 

(f ¤ g)(y)h(z) =

 

 

y±z=x

X f(u)g(v)h(z):

 

X Ã X f(u)g(v)!h(z) =

y±z=x u±v=y

u±v±z=x

60

nikolaj wawilow

zDESX MY WOSPOLXZOWALISX ASSOCIATIWNOSTX@ UMNOVENIQ W R, ASSOCIATIWNOSTX@ ± I DISTRIBUTIWNOSTX@ UMNOVENIQ OTNOSITELXNO SLOVENIQ (W WIDE IZMENENIQ PORQDKA SUMMIROWANIQ). tAK KAK W POLU^IW[EESQ WYRAVENIE f; g I h WHODQT SIMMETRI^NO, UVE QSNO, ^TO ASSOCIATIWNOSTX IMEET MESTO. dLQ POLNOTY DOWEDEM WY^ISLENIE DO KONCA. pOLAGAQ v ± z = w, POLU^IM

f(u)g(v)h(z) =

f(u) Ã

g(v))h(z)!

=

±X

X

X

 

u v±z=x

u±w=x

v±z=w

 

X

(f)(u)(g ¤ h)(w) = (f ¤ (g ¤ h))(x);

u±w=x

^TO I UTWERVDALOSX.

3) oBY^NOE WY^ISLENIE, ISPOLXZU@]EE KOMMUTATIWNOSTX M I R, POKAZYWAET

(f ¤ g)(x) =

X

X

f(y)g(z) =

g(z)f(y) = (g ¤ f)(x):

 

y±z=x

z±y=x

4) w KA^ESTWE 1 KOLXCA RM WYSTUPAET ±-FUNKCIQ ±e, PRINIMA@]AQ ZNA^ENIE 1 W x = e I 0 WO WSEH x =6 e. w SAMOM DELE, PROWERIM, NAPRIMER, ^TO ±e QWLQETSQ

LEWOJ EDINICEJ:

X

(±e ¤ f)(x) =

±e(y)f(z) = f(x):

 

y±z=x

pROWERKA S DRUGOJ STORONY OSU]ESTWLQETSQ SOWER[ENNO ANALOGI^NO.

w SLU^AE, KOGDA R QWLQETSQ KOMMUTATIWNYM ASSOCIATIWNYM KOLXCOM S 1, POSTROENNOE NAMI W \TOJ TEOREME KOLXCO NAZYWAETSQ RAS[IRENNOJ POLUGRUPPOWOJ ALGEBROJ POLUGRUPPY M NAD KOLXCOM R. zAMETIM, ^TO KOLXCO RM NE OBQZATELXNO KOMMUTATIWNO, DAVE ESLI R KOMMUTATIWNO, DLQ \TOGO POLUGRUPPA M TOVE DOLVNA BYTX KOMMUTATIWNOJ. wAVNEJ[IMI PRIMERAMI RAS[IRENNYH POLUGRUPPOWYH ALGEBR QWLQ@TSQ KOLXCA FORMALXNYH STEPENNYH RQDOW OT ODNOJ I NESKOLXKIH PEREMENNYH.

5. kOLXCO dIRIHLE I KOLXCO aBELQ. rASSMOTRIM DWA PERWYH PRIMERA RAS[IRENNYH POLUGRUPPOWYH ALGEBR.

² kOLXCO dIRIHLE. w \TOM SLU^AE M = (N; ¢) { MONOID NATURALXNYH ^ISEL PO UMNOVENI@, A SWERTKA W CN { \TO OBY^NAQ SWERTKA dIRIHLE

X

(f ¤ g)(n) =

f(l)g(m):

lm=n

² kOLXCO aBELQ. w \TOM SLU^AE M = (N0; +) { MONOID NEOTRICATELXNYH CELYH ^ISEL PO SLOVENI@, A SWERTKA W CN0 { \TO SWERTKA aBELQ

X

(f ¤ g)(n) =

f(l)g(m):

l+m=n

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]