Processing math: 100%

Равномерная сходимость последовательностей и рядов

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 x0E числовая последовательность {fn(x0)} сходится, то говорят, что последовательность функций {fn(x)} сходится в точке x0. Последовательность функций, сходящуюся в каждой точке xE, называют сходящейся на множестве E.

Если limnfn(x)=f(x) для всех xE, 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>0nεN:nnε xE|fn(x)f(x)|<ε.
Последовательность {fn(x)} называется равномерно сходящейся на E, если существует функция f(x), к которой она равномерно сходится.

Спойлер

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=1un(x) называется функциональным рядом. Если для некоторого x0E числовой ряд n=1un(x0) сходится, то говорят, что функциональный ряд n=1un(x) сходится в точке x0. Функциональный ряд, сходящийся в каждой точке xE, 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)}.

Спойлер

Равномерная сходимость функциональных рядов

Пусть задан функциональный ряд n=1un(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>0nεN:nnε xE|Sn(x)S(x)|<ε.
Обозначим Sn(x)S(x)=rn(x)n-ый остаток ряда, получаем rn(x)=k=n+1uk(x). Тогда условие сходимости ряда примет вид: ε>0nεN:nnε xE|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=1un(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>0nεN:nnε xE|Sn(x)S(x)|<ε2,
поэтому для nnε 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

Равномерная сходимость последовательностей и рядов

После прочтения статьи, для закрепления материала, рекомендуется пройти тест по данной теме


Таблица лучших: Равномерная сходимость последовательностей и рядов

максимум из 60 баллов
Место Имя Записано Баллы Результат
Таблица загружается
Нет данных

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *