Функциональные последовательности
Если каждому натуральному числу n ставится в соответствие по некоторому закону функция fn(x), определенная на множестве E, то говорят, что на множестве E задана функциональная последовательность {fn(x)}. Множество E называется областью определения последовательности {fn(x)}.
Если для некоторого x0∈E числовая последовательность {fn(x0)} сходится, то говорят, что последовательность функций {fn(x)} сходится в точке x0. Последовательность функций, сходящуюся в каждой точке x∈E, называют сходящейся на множестве E.
Если limn→∞fn(x)=f(x) для всех x∈E, то говорят, что последовательность {fn(x)} на множестве E сходится к функции f(x). Эту функцию называют предельной функцией последовательности.
Равномерная сходимость функциональных последовательностей
Пусть задана последовательность функций {fn(x)} и предельная функция f(x). Говорят, что последовательность функций равномерно сходится на множестве E к функции f(x) если
∀ε>0∃nε∈N:∀n≥nε ∀x∈E⇒|fn(x)−f(x)|<ε.
Последовательность {fn(x)} называется равномерно сходящейся на E, если существует функция f(x), к которой она равномерно сходится.
Функциональные ряды
Аналогично вводим понятие функциональных рядов. Пусть каждому натуральному числу n ставится в соответствие по некоторому закону функция un(x), определенная на множестве E. Формально говоря нам дана функциональная последовательность {un(x)}.
Выражение вида u1(x)+u2(x)+⋯+un(x)+⋯=∑n=1∞un(x) называется функциональным рядом. Если для некоторого x0∈E числовой ряд ∑∞n=1un(x0) сходится, то говорят, что функциональный ряд ∑∞n=1un(x) сходится в точке x0. Функциональный ряд, сходящийся в каждой точке x∈E, называют сходящимся на множестве E.
Сумма n первых членов ряда Sn(x)=∑k=1nuk(x) называется его частичной суммой. Заметим, что частичная сумма сама является функцией. Мы получаем функциональную последовательность {Sn(x)}.
Равномерная сходимость функциональных рядов
Пусть задан функциональный ряд ∑n=1∞un(x), члены которого являются функциями, определенными на множестве E. Функциональный ряд называется равномерно сходящимся на множестве E, если последовательность его частичных сумм равномерно сходящаяся на множестве E. Согласно определению равномерной сходимости последовательности функции, существует такая функция S(x), что
∀ε>0∃nε∈N:∀n≥nε ∀x∈E⇒|Sn(x)−S(x)|<ε.
Обозначим Sn(x)−S(x)=rn(x) — n-ый остаток ряда, получаем rn(x)=∑k=n+1∞uk(x). Тогда условие сходимости ряда примет вид: ∀ε>0∃nε∈N:∀n≥nε ∀x∈E⇒|rn(x)|<ε.
Это означает, что какое бы мы маленькое ε не взяли, начиная с некоторого номера n, n-ый остаток ряда будет меньше этого ε.
Необходимое условие равномерной сходимости функционального ряда
Теорема
Если функциональный ряд ∑n=1∞un(x) равномерно сходится на множестве E, то последовательность его членов {un(x)} равномерно стремится к нулю на множестве E.
Доказательство
Обозначим частичные суммы ряда как Sn(x), а сумму ряда (предельную функцию последовательности частичных сумм) как S(x). Согласно определению равномерной сходимости ряда
∀ε>0∃nε∈N:∀n≥nε ∀x∈E⇒|Sn(x)−S(x)|<ε2,
поэтому для ∀n≥nε справедливо также неравенство
|un+1(x)|=|Sn+1(x)−Sn(x)|=|[Sn+1(x)−S(x)]+[S(x)—Sn(x)]|<ε2+ε2=ε.
А это и означает равномерную сходимость к нулю последовательности {un(x)}.
Список Литературы
- Конспект лекций по мат.анализу Лысенко З.М.
- Тер-Крикоров А.М. и Шабунин М.И. «Курс математического анализа»: Учеб. пособие для вузов. 3-е издание, 2001 г. стр. 408-415.
- Г. М. Фихтенгольц «Курс дифференциального и интегрального исчисления» ФИЗМАТЛИТ, 1964 т.2, ст. 419-427
- Л.Д. Кудрявцев. Курс математического анализа, том 2, 1988-1989г. стр.67-80.
Равномерная сходимость последовательностей и рядов
После прочтения статьи, для закрепления материала, рекомендуется пройти тест по данной теме
Таблица лучших: Равномерная сходимость последовательностей и рядов
Место | Имя | Записано | Баллы | Результат |
---|---|---|---|---|
Таблица загружается |