Lookof 's Wild

Last of the Wild

  博客园  :: 首页  :: 新随笔  :: 联系 :: 订阅 订阅  :: 管理

 

a.  (x nx n-1)这个级数的一致收敛性有点意思。它在(01)这个开区间上不一致收敛,但若任意给一个正数r<1,则在[0r]这个闭区间上却一致收敛。听上去不是一般地绕。当然判断级数的一致收敛性可以方便地用weierstrass定理(我觉得这个定理证明一个级数是一致收敛的还好用,若证不是一致收敛的就有点难了),不过我这里说的是根据定义去如何理解。

 

b.  先看看一致收敛的定义:设有函数项级数∑un (x)。如果对于任意给定的正数ε,都存在着一个只依赖于ε的自然数N,使得当n>N时,对区间I上的一切x,都有不等式

| rn (x) |=| s(x)sn (x) | < ε

成立,则称函数项级数un (x)在区间I上一致收敛于和s(x),也称函数序列{ sn (x) }在区间I上一致收敛于s(x)呼,还好,还好….

 

c.  明白了,原来判断其是否一致收敛就是要看其余项的绝对值,拿(x nx n-1)来试试:         

 s(x)=limsn (x)=lim(x n)=0    (n趋于无穷大)

                               ∴| rn (x) |=| s(x)sn (x) |= x n

 这个值是不满足定义的,也就是说当我任给一个ε时,其对应一个N,但当n>N时,并非对区间上一切x都有不等式成立,再具体说就是在区间I上,总有不满足不等式的点存在。比如我现在取一个点x=a在区间内,即令0<a<1,那么显然0<a1/ n<1也在区间内,因此x= a1/ n 也属于区间内的点,也该接受检验。好了,现在我假设这个级数是一致收敛的,那么我取一个ε< a/2(ε可以任意取嘛),这很容易取到。按照定义,应该会有一个对应的N使得当n>N时,一切x都满足x n <ε< a/2,可是很显然,x= a1/ n 这个点就不满足这个条件,因此这个假设是错误的。

 

d.  刚刚搞清这个,现在却要面对一个更让人匪夷所思的结论:这个级数虽然在(01)内不一致收敛,但如果任意给一个正数r<1,则在[0r]这个闭区间上却一致收敛。这是什么意思?倘若我用刚才的思路如法炮制,在[0r]内也找一个不满足条件的点不就使这个结论崩溃了吗?好吧,让我们再来演一遍:我取一点x=a[0r]区间内,那么x= a1/ n也应在区间[0r] ,那么x= a1/ n需要接受检验。现在我取一个ε< a/2,同样地,应该会有一个对应的N使得当n>N时,一切x都满足x n <ε< a/2,可是x= a1/ n 这个点不满足这个条件,所以在[0r]内该级数不是一致收敛的,这样结论就错了。

 

e.  如果各位对真理怀有一点敬畏的话,就不会胡乱怀疑前人总结出来的经典定理。事实上结论没有错,错的是上面那个推导,是推理过程发生了偏差。可是推理是仿效上面的正确推理,一切都按部就班,究竟错在哪里呢?我们来看一下:大家可以注意一下那行黑体字,实际上这个判断是没有根据的,x= a[0r]区间内,并不等于说x= a1/ n一定也在区间[0r] 内。正确的情况是:可能在其内也可能不在其内,比如令r=0.8,a=0.04,n=2时,a1/ n =0.2,在0.8内,但如果令r=0.1,就不在其内了(r可以是任意取的)据此,就不能以此作为判断依据。事实上,我猜想,如果最终结论是正确的话,那么x= a1/ n应该是在区间[0r] 之外的。虽然现在我已经不知道这到底意味着什么(太抽象了),不过我可以运用逻辑作如下证明:

 ----------------------------------------------------------------------------

     命题:已知任意给一个正数r<1,在[0r]这个闭区间上级数∑(x nx n-1)一致收敛,即对于[0r]内任意一点x都使得x n <ε成立,那么对于其内一点a0 < a < r , a1/ n [0r]之外。

 

      证明:运用反证法。

 

     假设0 < a1/ n < r 。取一个ε使得ε< a < r ,那么在[0r]内对于任意x都有

     x n <ε

     做x n 的导数

     (x n)’ = nx n-1 >= 0

     因此该函数在[0r]内单调递增,从而MAX{x n} = r n

     因此有

     r <ε

                                                   =>   r <ε< a

                                                   =>   r< a1/ n

            这与假设矛盾,故假设错误。a1/ n > r , a1/ n [0r]之外。证毕。^_^

 ----------------------------------------------------------------------------

 

f.  这个级数之所以这么特殊,是因为余项的形态和所选区间之故,因为余项为x n 而区间为(01),这就导致当x趋于1时无论n为多少余项必然会趋于1,因此x无限接近于1时,x 也必然无限接近于1,这样就不满足接近于0(ε充分小)的条件了。这也就比较好形象地理解它为什么不是一致收敛了,对于一致收敛的级数,每一个区间内的点最终都会同时到达终点,但对于非一致收敛函数(像今天讨论的这个例子),虽然可以保证每一个区间内的点最终都会到达终点,但却不可能有同时全部都到达终点的情况,再详细点说,就是当你期待的那些非常远的点终于到达终点时,后面仍然总是有很多点还离终点尚早,然而它们也正朝终点赶来,最终它们也会到达终点,可是它们之后,还是会有前仆后继的点朝终点赶来。。。。。。今天的这个例子也有一个名字,叫“逐点收敛”。而“一致收敛”还有另外一个名字,叫“均匀收敛”。有关逐点收敛和均匀收敛更多的知识,可以查阅维基百科。

下面是我用flash as2 做出的y= x n 的曲线图,x取在(01)内,n分别取到1,2,3,10,20,30n越大耗费的功夫越久,为了让这些曲线同时出现,机子问了我是否继续不下5…….)。

 

 

 

 

 

 

 

g.  我最近的感触,关于数学的,我发现这玩意越往下看越不能以常识和直观形象思维去理解,而是建立在一套抽象的,正确的逻辑上而进一步合理、仍然抽象地推理,以至于后面的定理我们根本不知道他在说什么,因为抽象的关系,我们能知道这个定理是正确而且有用的,但是我们的确不知道他在说什么。。。

 

 

posted on 2009-01-09 13:14  lookof  阅读(8080)  评论(1编辑  收藏  举报