Добавил:
Studfiles2
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:РЯДЫ. КРАТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ. ТЕОРИЯ ПОЛЯ / t04
.tex\section*{‹ҐЄжЁп 4.}
”гЄжЁ® «млҐ ап¤л. ЋЎ« бвм б室Ё¬®бвЁ. ђ ў®¬Ґа п б室Ё¬®бвм.
ЏаЁ§ Є ‚Ґ©Ґаива бб . ‘ў®©бвў а ў®¬Ґа® б室пйЁебп а冷ў:
ҐЇаҐалў®бвм б㬬л ап¤ , Ї®з«Ґ®Ґ ЁвҐЈаЁа®ў ЁҐ Ё
¤ЁддҐаҐжЁа®ў ЁҐ.\\ Ћв Ё§г票п бў®©бвў зЁб«®ўле а冷ў ЇҐаҐ©¤Ґ¬ Є
ап¤ ¬, з«Ґ ¬Ё Є®в®але пў«повбп Ґ зЁб« , дгЄжЁЁ ЇҐаҐ¬Ґ®Ј®
$x$, Ё«Ё Є Є ҐйҐ Ёе §лў ов -- дгЄжЁ® «мл¬ ап¤ ¬. Џгбвм ¬
§ ¤ Ї®б«Ґ¤®ў ⥫м®бвм ¤Ґ©б⢨⥫쮧 зле дгЄжЁ© $u_n(x)$,
$n=1,2,3,\dots$, ®ЇаҐ¤Ґ«Ґле ҐЄ®в®а®¬, ®¤®¬ Ё ⮬ ¦Ґ ¤«п
ўбҐе $u_n(x)$, ®в१ЄҐ $[a,b]$ Ё«Ё ЁвҐаў «Ґ $(a,b)$. ‚ Ї®б«Ґ¤Ґ¬
б«гз Ґ нв®в ЁвҐаў « Ўлвм ¬®¦Ґв ЎҐбЄ®Ґзл¬ ў ®¤г Ё«Ё ®ЎҐ
бв®а®л, $(a,\infty)$ ЇаЁ¬Ґа. Ѓг¤Ґ¬ ®Ў®§ з вм нвг ®Ў« бвм
®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁп дгЄжЁ© $u_n(x)$ бЁ¬ў®«®¬ $T$. Љ®а®вЄ® нв®
§ ЇЁблў Ґвбп в Є $u_n:T\to\RR$, $n\in\NN$. ”гЄжЁ® «мл¬ а冷¬
( $T$) §лў ов ап¤ $$\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x),\ x\in T.\eqno
(1)$$ ЏаЁ Є ¦¤®¬ дЁЄбЁа®ў ®¬ $x\in T$ нв® ®Ўлзл© зЁб«®ў®© ап¤,
дгЄжЁ® «мл© ап¤, в ЄЁ¬ ®Ўа §®¬, нв® ¬®¦Ґбвў® зЁб«®ўле а冷ў,
ў Є®в®а®¬ Є ¦¤л© н«Ґ¬Ґв -- ап¤ Ё¬ҐҐв бў®Ґ Ё¤ЁўЁ¤г «м®Ґ Ё¬п $x$.
€®Ј¤ нв® Ё¬п §лў ов Ї а ¬Ґв஬ ап¤ , ® з йҐ, в Є¦Ґ Є Є Ё ¤«п
дгЄжЁ© $u_n$, ЇҐаҐ¬Ґ®© ап¤ (1). —в®Ўл ®в«Ёз вм зЁб«®ў®© ап¤ ®в
дгЄжЁ® «м®Ј®, гб«®ўЁ¬бп, зв® $$\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)\eqno
(2)$$ -- нв® зЁб«®ў®© ап¤, § 票Ґ дгЄжЁ® «м®Ј® ап¤ ў в®зЄҐ
$x$. ‘ ¬ ¦Ґ дгЄжЁ® «мл© ап¤ Ўг¤Ґ¬ § ЇЁблў вм в Є
$$\sum_{n=1}^{\infty}u_n,\quad{\rm Ё«Ё}\quad
\sum_{n=1}^{\infty}u_n(\cdot),\quad{\rm Ё«Ё}\quad
\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x),\ x\in T,\eqno (3)$$ б а §®© б⥯Ґмо
Ї®¤а®Ў®бвЁ. Љ Є Ё ¤«п зЁб«®ўле а冷ў, ®ЇаҐ¤Ґ«повбп з бвЁзлҐ
б㬬л $$S_k(x)=\sum_{n=1}^{k}u_n(x),\ x\in T,$$ ап¤ (3) Ё ҐЈ®
®бв вЄЁ $$\sum_{n=k}^{\infty}u_n(x),\ x\in T.$$ ’®зЄЁ ¬®¦Ґбвў
$T$ ҐбвҐбвўҐл¬ ®Ўа §®¬ Ї®¤а §¤Ґ«повбп ¤ўҐ з бвЁ. Љ ЇҐаў®©
®в®бпв ⥠$x\in T$, ¤«п Є®в®але ап¤ (2) б室Ёвбп. …Ґ §лў ов
®Ў« бвмо б室Ё¬®бвЁ дгЄжЁ® «м®Ј® ап¤ (3). Љ® ўв®а®© з бвЁ
®в®бп⠢ᥠ®бв ўиЁҐбп в®зЄЁ $x\in T$. „«п Є ¦¤®© Ё§ Ёе ап¤ (2)
Ґ пў«пҐвбп б室пйЁ¬бп. ќвг ®Ў« бвм §лў ов ®Ў« бвмо а б室Ё¬®бвЁ
ап¤ (3). ‘㬬®© $S(x)$ дгЄжЁ® «м®Ј® ап¤ ®Ў« бвЁ б室Ё¬®бвЁ
§лў ов § ўЁбЁ¬®бвм б㬬л ап¤ (2) ®в ЇҐаҐ¬Ґ®© $x$.
Ћ¤ Є® в Є®Ј® а §¤Ґ«ҐЁп в®зҐЄ ®Є §лў Ґвбп Ґ¤®бв в®з® ¤«п
Ї®«г票п бў®©бвў б«Ґ¤®ў Ёп. ’ Є ап¤ Ё§ ҐЇаҐалўле дгЄжЁ©
¬®¦Ґв ўҐбвЁ бҐЎп Ї® а §®¬г: ® ¬®¦Ґв б室Ёвмбп Є ҐЇаҐалў®©
дгЄжЁЁ, ¬®¦Ґв Є а §алў®©:
ЏаЁ¬Ґа 1. ђ бᬮваЁ¬ ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$, $x\in\RR$,
¤«п Є®в®а®Ј® ўбҐ $u_n$ -- г«ҐўлҐ дгЄжЁЁ, в.Ґ. дгЄжЁЁ ў Є ¦¤®©
в®зЄҐ $x\in\RR$ ЇаЁЁ¬ ойЁҐ § 票Ґ 0. Џ®пв®, зв® в®Ј¤ б㬬
ап¤ -- г«Ґў п дгЄжЁп. ‚ н⮬ б«гз Ґ ўбҐ з«Ґл ап¤ (3) Ё ҐЈ®
б㬬 -- ҐЇаҐалўлҐ дгЄжЁЁ.
ЏаЁ¬Ґа 2. ђ бᬮваЁ¬ ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$, Ј¤Ґ
$u_n(x)=x^2/(1+x^2)^n$, $x\in\RR$. ЏаЁ $x=0$ ўбҐ $u_n(0)$ а ўл
г«о. Џ®н⮬г ап¤ (2) ў н⮬ б«гз Ґ б室Ёвбп Є г«о. …б«Ё ¦Ґ $x\ne
0$, в® (2) ЇаҐ¤бв ў«пҐв Ё§ ᥡп б㬬㠡ҐбЄ®Ґз®© ЈҐ®¬ҐваЁзҐбЄ®©
Їа®ЈаҐббЁЁ б® § ¬Ґ ⥫Ґ¬ $q=1/(1+x^2)<1$. …Ј® б㬬 «ҐЈЄ®
Ї®¤бзЁвлў Ґвбп Ё а ў $$\frac {x^2}{1-q}-x^2=1+x^2-x^2=1.$$ ’ ЄЁ¬
®Ўа §®¬ б㬬 ап¤ (3) Ё§ ҐЇаҐалўле дгЄжЁ© $u_n$ ®Є § « бм
а §алў®© ў в®зЄҐ 0: ў г«Ґ ® а ў г«о, ўҐ г«п ®
ЇаЁЁ¬ Ґв § 票Ґ $1$.
—в®Ўл ®ЎҐбЇҐзЁвм а бЇа®бва ҐЁҐ бў®©бвў з«Ґ®ў дгЄжЁ® «м®Ј®
ап¤ (ҐЇаҐалў®бвм, ¤ЁддҐаҐжЁа㥬®бвм Ё ¤а.) ҐЈ® б㬬г
ЁбЇ®«м§гов Ї®пвЁҐ а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ. Ќ Ї®¬Ё¬ Ї®пвЁҐ
б室Ё¬®бвЁ. Џгбвм $x$ -- в®зЄ Ё§ ®Ў« бвЁ б室Ё¬®бвЁ. —Ёб«® $S(x)$
§лў ов б㬬®© ап¤ (2), Ґб«Ё ¤«п «оЎ®Ј® $\epsilon>0$ ©¤Ґвбп
$n_0\in\NN$ в Є®Ґ, зв® ¤«п ўбҐе $k>n_0$ ўлЇ®«пҐвбп Ґа ўҐбвў®
$|S_k(x)-S(x)|<\epsilon$. ќв® ®§ з Ґв, зв® Є Є Ўл Ў«Ё§Є® Є $S(x)$
¬л Ё § ¤ «Ё Ја Ёжл, ©¤Ґвбп $n_0$, Ї®б«Ґ Є®в®а®Ј® ($k>n_0$) ўбҐ
зЁб« $S_k(x)$ «Ґ¦ в ў нвЁе Ја Ёж е. Ќ® ¤«п а §ле $x$ Ё§ ®Ў« бвЁ
б室Ё¬®бвЁ нвЁ $n_0$ ў®®ЎйҐ Ј®ў®ап а §лҐ. Џгбвм ⥯Ґам $[c,d]$ --
ҐЄ®в®ал© ®в१®Є, «Ґ¦ йЁ© ўгваЁ ®Ў« бвЁ б室Ё¬®бвЁ ап¤ (3).
Ѓг¤Ґ¬ Ј®ў®аЁвм, зв® (3) б室Ёвбп $[c,d]$ а ў®¬Ґа®, Ґб«Ё зЁб«®
$n_0$ ўбпЄЁ© а § ¬®¦® ўлЎа вм Ґ¤Ёл¬ ¤«п ўбҐе $x\in [c,d]$:\\ ап¤
(3) б室Ёвбп $[c,d]$ а ў®¬Ґа®, Ґб«Ё ¤«п «оЎ®Ј® $\epsilon>0$
©¤Ґвбп $n_0\in\NN$ в Є®Ґ, зв® ¤«п ўбҐе $k>n_0$ Ё ўбҐе $x\in
[c,d]$ ўлЇ®«пҐвбп Ґа ўҐбвў® $|S_k(x)-S(x)|<\epsilon$. Џ®¤®Ўл¬
®Ўа §®¬ ¤ Ґвбп ®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁҐ а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ ¤«п ¤агЈЁе
Ї®¤¬®¦Ґбвў Ё§ ®Ў« бвЁ б室Ё¬®бвЁ ап¤ .
ЋЎлз® ¤«п Ё««обва жЁЁ Ї®пвЁп а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ ЁбЇ®«м§гов
зҐа⥦, Є®в®а®¬ Ё§®Ўа ¦ ов ®в१®Є $[c,d]$, б㬬г $S(x)$
$[c,d]$, $\epsilon$-вагЎЄг ў®ЄагЈ $S(x)$ $[c,d]$. ЌҐа ў®¬Ґа®©
б室Ё¬®б⨠ᮮ⢥вбвўгҐв, ЇаЁ¬Ґа, Ї®бв®п®Ґ ўл«Ґ§ ЁҐ н«Ґ¬Ґв®ў
$S_k(x)$ $[c,d]$ § ЇаҐ¤Ґ«л нв®© вагЎЄЁ Є ЄЁ¬ Ўл Ў®«миЁ¬ $k$ ¬л
Ё § ¤ «Ёбм. ђ ў®¬Ґа®© ¦Ґ б室Ё¬®бвЁ, ®Ў®а®в, ᮮ⢥вбвўгҐв
б«гз ©, Є®Ј¤ ¤«п «оЎ®© бЄ®«м гЈ®¤® ¬ «®© $\epsilon$-вагЎЄЁ
ў®ЄагЈ $S(x)$ $[c,d]$ ¬®¦® Ї®¤®Ўа вм $n_0$, зЁ п б Є®в®а®Ј®
ўбҐ $S_k(x)$ $[c,d]$ 室пвбп ўгваЁ нв®© вагЎЄЁ.
‘室Ё¬®бвм ап¤ (3) Ё§®Ўа ¦ ов ®¤®© бв५Є®© $S_n\to S$
$[c,d]$, а ў®¬Ґаго б室Ё¬®бвм -- ¤ўг¬п $S_n\rightrightarrows S$
$[c,d]$.\\ ’Ґ®аҐ¬ 1 (ЇаЁ§ Є ‚Ґ©Ґаива бб а ў®¬Ґа®©
б室Ё¬®бвЁ ап¤ ). /$\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$, $x\in T$, --
дгЄжЁ® «мл© ап¤, $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ -- б室пйЁ©бп
Ґ®ваЁж ⥫мл© зЁб«®ў®© ап¤, $|u_n(x)|\leqslant v_n$ ЇаЁ $x\in
T$, $n\in\NN$/ $\Rightarrow$ ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}u_n(\cdot)$
б室Ёвбп $T$ а ў®¬Ґа®.\\ „®Є § ⥫мбвў®. Ќ Ї®¬Ё ЁҐ:\\
’Ґ®аҐ¬ . /$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$, $\sum_{n=1}^{\infty}b_n$ --
¤ў ап¤ , $0\leqslant a_n\leqslant b_n$, $n\in\NN$/ $\Rightarrow$
…б«Ё ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}b_n$ б室Ёвбп, в® Ё ап¤
$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$ б室Ёвбп.\\ Џ®«м§гпбм нв®© ⥮६®©,
§ Є«оз Ґ¬, зв® ЇаЁ ўбҐе $x\in T$ ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}|u_n(x)|$
б室Ёвбп. Џ®н⮬㠯ਠ$x\in T$ б室Ёвбп в Є¦Ґ ап¤
$\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$. Џгбвм $S(x)$ -- ҐЈ® б㬬 $T$.
„ «ҐҐ Ї®«м§гҐ¬бп ®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁҐ¬ а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ (*) Ё
б室Ё¬®бвмо ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ (**). Џ® § ¤ ®¬г
$\epsilon>0$ ўлЎЁа Ґ¬, б®Ј« б® (**), $n_0$ в Є, зв®Ўл
$\sum_{n=k}^{\infty}v_n<\epsilon$ ЇаЁ «оЎ®¬ $k>n_0$. Џа®ўҐаЁ¬, зв®
нв® $n_0$ -- ®¤® Ё§ ў®§¬®¦ле ¤«п ўлЇ®«ҐЁп (*). „Ґ©б⢨⥫м®,
Їгбвм $k>n_0$ -- «оЎ®Ґ. ’®Ј¤
$$|S_k(x)-S(x)|=|\sum_{n=k+1}^{\infty}u_n(x)|\leqslant
\sum_{n=k+1}^{\infty}|u_n(x)|\leqslant \sum_{n=k+1}^{\infty}v_n
<\epsilon.$$ ’ ЄЁ¬ ®Ўа §®¬ ¬л Їа®ўҐаЁ«Ё ўлЇ®«ҐЁҐ вॡ®ў Ё©
®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁп а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ.\\ ’Ґ®аҐ¬ 2. /$u_n\in C(T)$,
$n\in\NN$, $\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$, $x\in T$, --
дгЄжЁ® «мл© ап¤, а ў®¬Ґа® б室пйЁ©бп Є $S(x)$ $T$/
$\Rightarrow$ $S(\cdot)\in C(T)$.\\ Џа®ўҐаЁ¬ ®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁҐ
ҐЇаҐалў®бвЁ $S(\cdot)$ ў в®зЄҐ $x_0\in T$. ‡ ¤ ¤Ё¬бп ўҐ«ЁзЁ®©
$\epsilon >0$ Ё Ї®¤ЎҐаҐ¬ (Ё§-§ а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ) $n_0$ в Є,
зв®Ўл $|S_k(x)-S(x)|<\epsilon/4$ ЇаЁ ўбҐе $k>n_0$ Ё ўбҐе $x\in T$.
Џгбвм $k=n_0+1$. Џ® гб«®ўЁо дгЄжЁп $S_k$, Є Є Є®Ґз п б㬬
ҐЇаҐалўле, ҐЇаҐалў ў в®зЄҐ $x_0$. ‡ зЁв, ©¤Ґвбп $\delta
>0$ в Є®Ґ, зв® $|S_k(x)-S_k(x_0)|<\epsilon/2$ Ґ¤ў «Ёим
$|x-x_0|<\delta$ Ё $x\in T$. ‚ᥠЇ®¤Ј®в®ўЁвҐ«млҐ ¤Ґ©бвўЁп
ўлЇ®«Ґл, ®бв Ґвбп Їа®Ё§ўҐбвЁ Ї®б«Ґ¤оо ®жҐЄг, Ё§ Є®в®а®©
б«Ґ¤гҐв ҐЇаҐалў®бвм ў в®зЄҐ $x_0$ ( , § зЁв, Ё $T$):
$$|S(x)-S(x_0)|\leqslant |S(x)-S_k(x)|+ |S_k(x)-S_k(x_0)|+
|S_k(x_0)-S(x_0)|<\epsilon/4+\epsilon/2+\epsilon/4=\epsilon$$ Ґ¤ў
«Ёим $|x-x_0|<\delta$ Ё $x\in T$.\\ ‡ ¬Ґз ЁҐ. ‚ ЇаЁ¬ҐаҐ 2 ап¤ Ё§
ҐЇаҐалўле дгЄжЁ© б室Ёвбп Є дгЄжЁЁ а §алў®©. Џ®н⮬㠮
б室Ёвбп Ґа ў®¬Ґа®.
ђ бᬮваЁ¬ ⥯Ґам ў®Їа®бл Ї®з«Ґ®Ј® ЁвҐЈаЁа®ў Ёп Ё
¤ЁддҐаҐжЁа®ў Ёп а冷ў.\\ ’Ґ®аҐ¬ 3. /$u_n\in C[a,b]$, $n\in\NN$,
$c\in [a,b]$, $S(x)=\sum_{n=1}^{\infty}u_n(x)$, $x\in [a,b]$, --
а ў®¬Ґа® б室пйЁ©бп дгЄжЁ® «мл© ап¤, $v_n(x)=\int_c^x
u_n(t)\,dt$, $x\in [a,b]$, $n\in\NN$/ $\Rightarrow$
$\sum_{n=1}^{\infty}v_n(x)$, $x\in [a,b]$, -- а ў®¬Ґа®
б室пйЁ©бп дгЄжЁ® «мл© ап¤, ¤«п Є®в®а®Ј® $\int_c^xS(t)\,dt=
\sum_{n=1}^{\infty}v_n(x)$. Џ®б«Ґ¤ҐҐ а ўҐбвў® Ё®Ј¤ § ЇЁблў ов
ў ўЁ¤Ґ $$\int_c^x\sum_{n=1}^{\infty}u_n(t)\,dt=
\sum_{n=1}^{\infty}\int_c^x u_n(t)\,dt.$$ ‘д®а¬г«Ёа®ў ®Ґ
г⢥তҐЁҐ §лў ов ⥮६®© ® Ї®з«Ґ®¬ ЁвҐЈаЁа®ў ЁЁ
а ў®¬Ґа® б室пйЁебп а冷ў.\\ ‡ ¬Ґз ЁҐ. …б«Ё дгЄжЁ® «мл© ап¤
Ё§ ⥮६л 3 б室Ёвбп, ® гб«®ўЁҐ а ў®¬Ґа®© б室Ё¬®бвЁ
®вбгвбвўгҐв, в® г⢥তҐЁҐ ⥮६л 3 ¬®¦Ґв ўлЇ®«пвмбп Ё ¬®¦Ґв Ґ
ўлЇ®«пвмбп.\\ ’Ґ®аҐ¬ 4 (б«Ґ¤бвўЁҐ ⥮६л 3). /$v_n\in
C^1[a,b]$, $n\in\NN$, $\sum_{n=1}^{\infty}v_n'(x)$, $x\in [a,b]$,
-- а ў®¬Ґа® б室пйЁ©бп дгЄжЁ® «мл© ап¤/ $\Rightarrow$\\ Ґб«Ё
ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}v_n(x)$ б室Ёвбп е®вп Ўл ў ®¤®© в®зЄҐ
$c\in [a,b]$, в® ® б室Ёвбп а ў®¬Ґа® $[a,b]$, ҐЈ® б㬬
$S(x)=\sum_{n=1}^{\infty}v_n(x)$ ¤ЁддҐаҐжЁа㥬 $[a,b]$ Ё
$$S'(x)=\sum_{n=1}^{\infty}v_n'(x)= \sum_{n=1}^{\infty} v_n'(x).$$
ќв® г⢥তҐЁҐ §лў ов ⥮६®© ® Ї®з«Ґ®¬ ¤ЁддҐаҐжЁа®ў ЁЁ
а ў®¬Ґа® б室пйЁебп а冷ў.\\ ‡ ¬Ґз ЁҐ. Џ®«Ґ§л¬ ¤®Ї®«ҐЁҐ¬ Є
⥮६Ґ 4 Ўг¤Ґв ЇаЁ¬Ґа дгЄжЁ® «м®Ј® ап¤ ўЁ¤ (3), г Є®в®а®Ј®
$v_n(x)=1$ ЇаЁ ўбҐе $x$ Ё $n$. ќв® ўбо¤г а б室пйЁ©бп ап¤, ¤«п
Є®в®а®Ј® ап¤ $\sum_{n=1}^{\infty}v_n'(x)$ пў«пҐвбп г«Ґўл¬ Ё,
§ зЁв, а ў®¬Ґа® б室пйЁ¬бп.
Соседние файлы в папке РЯДЫ. КРАТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ. ТЕОРИЯ ПОЛЯ