数学分析 一致收敛性(课堂PPT)
合集下载
数学分析2课件：13-1函数项级数及其一致收敛性
x(1,1) 1 x n 1
n1
而右端极限为，
故原级数在(-1,1)不一致收敛。
但限制x [a,a],a 1,则
sup
x(a,a )
|
sn( x)
s( x) |
sup
x(a,a )
| 1 xn 1 x
1 1
x
|
sup | xn | an , x(a,a) 1 x 1 a
[( xn ) 0,单调增] 1 x
故 un( x)在数集D上一致收敛。
n1
证毕。
注1 在这个定理的条件下，可得| un( x) | 也一致收敛。
n1
注2 不是每个收敛级数都有优级数。
例8
sin n
nx
p
,
cos n
nx
p
,(
p
1)在(,)一致收
敛。
优级数均为
1 np
.
(1)n sin nx的优级数为 np
1， np
一致收敛。
xn在[a,a](a 1)的优级数为 an，一致收敛。
an为绝对收敛级数，则 an sin nx, an cos nx
n1
n1
n1
在(,)一致收敛，且| an | 就是其优级数。
n1
全体收敛点的集合称为收敛域。
un( x) s( x)
n1
——和函数。
例5
xn 1 x x2 x3
n0
lim
n
sn( x)
lim
n
1 xn 1 x
1 , 1 x 发散，
| x | 1 | x | 1
xn在（ 1，1）内收敛于s( x)
1
.
n0
数学分析课件一致收敛函数列与函数项级数的性质
详细描述
对于一致收敛的函数列或函数项级数 ，在每个点的某个邻域内，函数列或 级数的每一项都是有界的。这意味着 在每个点的附近，函数列或级数的变 化范围是有限的。
性质三：局部连续性
总结词
局部连续性是指一致收敛的函数列或函 数项级数在每个点的邻域内都是连续的 。
VS
详细描述
对于一致收敛的函数列或函数项级数，在 每个点的某个邻域内，函数列或级数的每 一项都是连续的。这意味着在每个点的附 近，函数列或级数的值是平滑变化的，没 有突然的跳跃或断点。
03
一致收敛函数列与函数项 级数的应用
应用一：微积分学中的一致收敛概念
要点一
总结词
要点二
详细描述
理解一致收敛在微积分学中的重要性
一致收敛是数学分析中的一个重要概念，它描述了函数列 或函数项级数在某个区间上的收敛性质。在微积分学中， 一致收敛的概念对于研究函数的极限行为、连续性、可微 性和积分等性质至关重要。通过理解一致收敛，可以更好 地理解函数列和级数的收敛性质，从而更好地应用微积分 学中的相关定理和性质。
应用二：实数完备性的证明
总结词
利用一致收敛证明实数完备性
详细描述
实数完备性是实数理论中的重要性质，它表 明实数具有某些理想的完备性。利用一致收 敛的性质，可以证明实数完备性的一些重要 定理，如确界定理、区间套定理和闭区间套 定理等。这些定理在实数理论中起着至关重 要的作用，为实数性质的研究提供了重要的 理论支持。
05
一致收敛函数列与函数项 级数的扩展知识
扩展知识一：一致收敛的判定定理
01
柯西准则
对于任意给定的正数$varepsilon$，存在正整数$N$，使得当
$n,m>N$时，对所有的$x$，有$|f_n(x)-f_m(x)|<varepsilon$。
对于一致收敛的函数列或函数项级数 ，在每个点的某个邻域内，函数列或 级数的每一项都是有界的。这意味着 在每个点的附近，函数列或级数的变 化范围是有限的。
性质三：局部连续性
总结词
局部连续性是指一致收敛的函数列或函 数项级数在每个点的邻域内都是连续的 。
VS
详细描述
对于一致收敛的函数列或函数项级数，在 每个点的某个邻域内，函数列或级数的每 一项都是连续的。这意味着在每个点的附 近，函数列或级数的值是平滑变化的，没 有突然的跳跃或断点。
03
一致收敛函数列与函数项 级数的应用
应用一：微积分学中的一致收敛概念
要点一
总结词
要点二
详细描述
理解一致收敛在微积分学中的重要性
一致收敛是数学分析中的一个重要概念，它描述了函数列 或函数项级数在某个区间上的收敛性质。在微积分学中， 一致收敛的概念对于研究函数的极限行为、连续性、可微 性和积分等性质至关重要。通过理解一致收敛，可以更好 地理解函数列和级数的收敛性质，从而更好地应用微积分 学中的相关定理和性质。
应用二：实数完备性的证明
总结词
利用一致收敛证明实数完备性
详细描述
实数完备性是实数理论中的重要性质，它表 明实数具有某些理想的完备性。利用一致收 敛的性质，可以证明实数完备性的一些重要 定理，如确界定理、区间套定理和闭区间套 定理等。这些定理在实数理论中起着至关重 要的作用，为实数性质的研究提供了重要的 理论支持。
05
一致收敛函数列与函数项 级数的扩展知识
扩展知识一：一致收敛的判定定理
01
柯西准则
对于任意给定的正数$varepsilon$，存在正整数$N$，使得当
$n,m>N$时，对所有的$x$，有$|f_n(x)-f_m(x)|<varepsilon$。
函数项级数的一致收敛性及基本性质ppt课件
闭 区 间 [a,b]上 一 致 连 续 ，
.
故 幂 级 数 anxn在 [a,b]上 适 合 定 理3条 件 ， 从 n1
而 可 以 逐 项 求 导 ． 由 [a ,b ]在 ( R ,R )内 的 任 意 性 ，
即 得 幂 级 数 a n x n 在 ( R ,R )内 可 逐 项 求 导 . n 1
区间上的一致收敛性．
cos nx
1.
n1
2n
,
x ;
2. x2enx , 0 x .
n1
.
练习题答案 一1、 .取自然 N数 x．
二、一致收敛．
.
由 比 值 审 敛 法 可 知 级 数 nn 1 q 收 敛 ， n 1
于是 nn 1 q 0 (n ),
.
故 数 列nn q1有 界 ， 必 有 M0， 使 得
nn q 11M (n1,2,) x1
又 0x 1R ， 级 数a nx 1 n收 敛 ， n 1
由 比 较 审 敛 法 即 得 级 数 nn x a n 1收 敛 ． n 1 由 定 理4， 级 数 nnaxn1在 (R,R)内 的 任 意 n1
致收敛.
进一步还可以证明，如果幂级数anxn在收敛 n1
区间的端点收敛，则一致收敛的区间可扩大到包 含端点．
.
定理5 如 果 幂 级 数 a n x n 的 收 敛 半 径 为 n1
R 0 ，则其和函数s(x) 在( R, R) 内可导，且
有逐项求导公式
s( x )
an xn
n1
na n x n1 ,
n1
逐项求导后所得到的幂级数与原级数有相同的收
敛半径．
.
证 先证级数 nanxn1在(R,R)内收敛． n1
.
故 幂 级 数 anxn在 [a,b]上 适 合 定 理3条 件 ， 从 n1
而 可 以 逐 项 求 导 ． 由 [a ,b ]在 ( R ,R )内 的 任 意 性 ，
即 得 幂 级 数 a n x n 在 ( R ,R )内 可 逐 项 求 导 . n 1
区间上的一致收敛性．
cos nx
1.
n1
2n
,
x ;
2. x2enx , 0 x .
n1
.
练习题答案 一1、 .取自然 N数 x．
二、一致收敛．
.
由 比 值 审 敛 法 可 知 级 数 nn 1 q 收 敛 ， n 1
于是 nn 1 q 0 (n ),
.
故 数 列nn q1有 界 ， 必 有 M0， 使 得
nn q 11M (n1,2,) x1
又 0x 1R ， 级 数a nx 1 n收 敛 ， n 1
由 比 较 审 敛 法 即 得 级 数 nn x a n 1收 敛 ． n 1 由 定 理4， 级 数 nnaxn1在 (R,R)内 的 任 意 n1
致收敛.
进一步还可以证明，如果幂级数anxn在收敛 n1
区间的端点收敛，则一致收敛的区间可扩大到包 含端点．
.
定理5 如 果 幂 级 数 a n x n 的 收 敛 半 径 为 n1
R 0 ，则其和函数s(x) 在( R, R) 内可导，且
有逐项求导公式
s( x )
an xn
n1
na n x n1 ,
n1
逐项求导后所得到的幂级数与原级数有相同的收
敛半径．
.
证 先证级数 nanxn1在(R,R)内收敛． n1
§131级数的收敛性数学分析课件(华师大四版)高教社ppt华东师大教材配套课件-图文
§131级数的收敛性数学分析课件（华师大四版）高教社ppt华东师大教材配套课件-图文数学分析第十三章函数列与函数项级数§13.1级数的收敛性一、函数列及其一致收敛性二、函数项级数及其一致收敛性三、函数项级数的一致收敛判别法某点击以上标题可直接前往对应内容对于一般项是函数的无穷级数，其收敛性要比数项级数复杂得多，特别是有关一致收敛的内容就更为丰富，它在理论和应用上有着重要的地位.§1级数的收敛性函数列及其一致收敛性函数列及其一致收敛性设f1,f2,,fn,函数项级数及其一致收敛性函数项级数的一致收敛性判别法(1)是一列定义在同一数集E上的函数,称为定义在E上的函数列.(1)也可记为{fn}或fn,n1,2,.以某0E代入(1),可得数列f1(某0),f2(某0),,fn(某0),.后退前进(2)目录退出数学分析第十三章函数列与函数项级数高等教育出版社§1级数的收敛性函数列及其一致收敛性函数项级数及其一致收敛性函数项级数的一致收敛性判别法如果数列(2)收敛,则称函数列(1)在点某0收敛,某0称为函数列(1)的收敛点.如果数列(2)发散,则称函数列(1)在点某0发散当函数列(1)在数集DE上每一.点都收敛时,就称(1)在数集D上收敛.这时D上每一点某都有数列{fn(某)}的一个极限值与之相对应,根据这个对应法则所确定的D上的函数,称为函数列(1)的极限函数.若将此极限函数记作f,则有或limfn(某)f(某),n某Dfn(某)f(某)(n),某D.数学分析第十三章函数列与函数项级数高等教育出版社§1级数的收敛性函数列及其一致收敛性函数项级数及其一致收敛性函数项级数的一致收敛性判别法函数列极限的N定义对每一固定的某D,任给正数,总存在正数N,(注意:一般说来N值与和某的值都有关,所以有时也用N(,某)表示三者之间的依赖关系)使当nN时,总有|fn(某)f(某)|.使函数列{fn}收敛的全体收敛点集合,称为函数列{fn}的收敛域.数学分析第十三章函数列与函数项级数高等教育出版社§1级数的收敛性函数列及其一致收敛性函数项级数及其一致收敛性函数项级数的一致收敛性判别法例1设fn(某)某,n1,2,为定义在(-,)上的函数列,证明它的收敛域是(1,1],且有极限函数0,|某|1,f(某)1,某1.证任给0(不妨设1),当0|某|1时,由于n|fn(某)f(某)||某|,ln只要取N(,某),当nN(,某)时,就有ln|某|n|fn(某)f(某)||某||某|.数学分析第十三章函数列与函数项级数高等教育出版社nN。
第十一章111函数项级数的一致收敛ppt
1 1 x
二、一致收敛的定义 引例
例1
u
n 1
n
( x) x ( x 2 x) ( x 3 x 2 )
它的每一项都在 0 x 1 上连续，其n 次部分和为
0,0 x 1时 lim sn ( x) s ( x) n ，x 1时 1 S ( x) 在x 1不连续，因此，它不是0,1 上的 级数的和 连续函数。这个例子还告诉我们，上述级数的 每一项 都在 0,1 上可导，但它的和函数S ( x) 在 x 1 不可导。
说明: 对任意正数 r < 1,
级数在 [ 0, r ] 上一致收敛 .
o
S ( x)
1 x
事实上, 因为在 [ 0, r ] 上 rn ( x) r n , 任给 > 0, 欲使
ln ln r , 只要 n , 因此取 N , 只要 n N , ln r ln r n 必有 rn ( x) r , 即级数在 [ 0, r ] 上一致收敛 .
X
,因此 x
在
sup Sn ( x) S ( x) sup x n c n 当n 时 0 x c 0 x c x S n ( x) 同理可知 1 n 2 x 2 在任一区间 c,1 ( c 为小于1 的任一正数)一致收敛,但在 0,1 非一致收敛.这说明了
u ( x ) u ( x ) u ( x ) u ( x )
n 1 n 0 1 0 2 0 n 0
收敛，我们就说函数项级数在 x0点收敛，否则就说它 在 x0 点发散。如果对 X 中任何一点 x ，级数 u ( x) 收 敛，就说函数项级数 u ( x) 在 X 上收敛（即在每一点 都收敛）。这时，对每一点 x X 级数 u ( x) 有和， 记此和为 S ( x) ，即
数学分析课件 一致收敛性资料讲解共52页文档
再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
数学分析课件 一致收敛性资料讲解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
数学分析课件 一致收敛性资料讲解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
§13..2一致收敛性质ppt课件
9
0, N
0,n
N ,x I ,有 |
fn(x)
f ( x) |
, ba
故n N ,有
b
a
lim
n
fn( x)dx
b
b
b
| a fn( x)dx a f ( x)dx || a[ fn( x) f ( x)]dx |
b
|
a
fn(x)
f
( x) | dx
(b a) .
n1
cos n
3nx， n1
sin nx n4
,
n1
sin nx n2
在(,)上一致收敛.
f
'( x)
cos nx
3
n n1
f
"(
x)
n1
且 lim xa
fn ( x)
存在,
则有
lim
xa
lim
n
fn
(
x)
lim
n
lim
xa
fn( x);
若
f
n
(
x
)
在
(a
,
b)
上一致收敛,且
lim
xb
fn( x) 存在, 则有
lim
xb
lim
n
fn
(
x
)
lim
n
lim
xb
fn( x).
5
fn ( x)
f (x)
则 lim lim x x0 n
fn(x)
6
定理13.9的逆否命题：
若fn(x)的极限函数f(x)在I上不连续，则
I
fn ( x)
同济大学)高等数学课件D116一致收敛
已知
1
3
收敛, 因此原级数在[0, +∞) 上一致收敛 .
n1 n 2
编辑ppt
14
机动 目录 上页 下页 返回 结束
二、一致收敛级数的基本性质
定理1. 若级数 un(x)满足:
n1
1 )各un项 (x)在[区 a,b]上 间;连续
2)un(x)在区 [a,b间 ]上一致S收 (x), 敛于
n1
令p a ,n 则 1 由 an 上 2 式 r n(得 a xn )p 22
故函数项级数 un ( x) 在区间 I 上一致收敛 . 证毕
n 1
编辑ppt
11
机动 目录 上页 下页 返回 结束
推论. 若幂级数 a n x n 的收敛半径 R > 0 , 则此级
n0
数在 (－R, R ) 内任一闭区间 [ a , b ] 上一致收敛 .
编辑ppt
15
机动 目录 上页 下页 返回 结束
因为级数 u n ( x ) 一致收敛于S (x) , 故 0,N
n 1
N(),使当 n > N 时, 有
rn(x)3, rn(x0)3
对这样选定的 n , Sn(x)在x0连,续 从而必存在 > 0 ,
当 xx0时 ,有
Sn(x)Sn(x0)
n1
S(x)un (x)
n1
证: 先证可逐项求导. 设un (x)(x),根据定理2,
n1
编辑ppt
22
机动 目录 上页 下页 返回 结束
对 x[a,b],有
ax(x)dx axun (x)dx un(x)un(a)
n1
n1
un(x)un(a)S(x)S(a)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
前页 后页 返回
为: 与 相对应的 N 仅与 有关, 而与 x 在 D 上的 取值无关, 因而把这个对所有 x 都适用的 N 写作
N ( ).
显然, 若函数列 fn 在 D 上一致收敛, 则必在 D 上
每一点都收敛. 反之, 在 D 上每一点都收敛的函数列,
它在 D 上不一定一致收敛.
例2
中的函数列
前页 后页 返回
定义1 设函数列{ fn } 与函数 f 定义在同一数集 D 上，若对任给的正数 , 总存在某一正整数 N , 使当 n N 时，对一切 x D, 都有
| fn( x) f ( x) | ， 则称函数列 { fn} 在 D 上一致收敛于 f ,记作
fn( x) f ( x)(n ) , x D. 由定义看到, 一致收敛就是对 D 上任何一点, 函数列 趋于极限函数的速度是 “一致” 的. 这种一致性体现
(1)
是一列定义在同一数集 E 上的函数,称为定义在E
上的函数列. (1) 也可记为
{ fn } 或 fn , n 1, 2,L .
以 x0 E 代入 (1), 可得数列
f1( x0 ), f2( x0 ), L , fn( x0 ), L .
(2)
前页 后页 返回
如果数列(2)收敛, 则称函数列(1)在点 x0 收敛, x0 称 为函数列(1)的收敛点. 如果数列(2)发散, 则称函数
故对任给的 0, 只要 n N 1 , 就有
sin nx 0 .
n
前页 后页 返回
所以函数列 sin nx n的收敛域为 (, ), 极限
函数为 f ( x) 0. 注 对于函数列, 仅停留在讨论在哪些点上收敛是远 远不够的，重要的是要研究极限函数与函数列所具 有的解析性质的关系. 例如, 能否由函数列每项的 连续性、可导性来判断出极限函数的连续性和可导 性; 或极限函数的导数或积分, 是否分别是函数列 每项导数或积分的极限. 对这些更深刻问题的讨论, 必须对它在 D上的收敛性提出更高的要求才行.
§1 一致收敛性
对于一般项是函数的无穷级数，其收敛性 要比数项级数复杂得多，特别是有关一致收 敛的内容就更为丰富，它在理论和应用上有 着重要的地位.
一、函数列及其一致收敛性 二、函数项级数及其一致收敛性 三、函数项级数的一致收敛判别法
前页 后页 返回
一、函数列及其一致收敛性
设
f1, f2, L , fn , L
1,
x 1.
证 任给 0 (不妨设 1), 当 0 | x | 1 时, 由于
| fn( x) f ( x) || xn |,
只要取 N ( , x) ln , 当 n N ( , x) 时,就有
ln | x |
| fn( x) f ( x) || x |n| x |N .
前页 后页 返回
f (x) ,
xD
前页 后页 返回
或 fn(x) f (x) (n ) , x D.
函数列极限的 N 定义: 对每一固定的 x D , 任 给正数 , 总存在正数N(注意: 一般说来N值与 和
x 的值都有关, 所以有时也用N( , x)表示三者之间
的依赖关系), 使当 n N 时, 总有
某一正整数 n0 N( 注意: x0 与 n0 的取值与 N 有关 ),
使得
前页 后页 返回
fn0 ( x0 ) f ( x0 ) 0 .
由例1 中知道, xn 在 (0, 1) 上不可能一致收敛于 0.
下面来证明这个结论.
事实上,
若取
0
1, 2
对任何正整数
N
2,
取正整
1
数
n0
N
及
x0
当 x 0 和 x 1时, 则对任何正整数 n, 都有
| fn(0) f (0) | 0 ，
| fn(1) f (1) | 0 .
这就证明了 { fn } 在( 1, 1] 上收敛, 且极限就是(3)
式所表示的函数.
又 当| x | 1时, 有 | x |n (n ), 当 x 1时,
列(1)在点 x0 发散. 当函数列(1)在数集 D E上每一 点都收敛时, 就称(1)在数集 D 上收敛. 这时 D 上每
一点 x 都有数列 { fn( x)}的一个极限值与之相对应 ,
根据这个对应法则所确定的 D 上的函数, 称为函数
列(1)的极限函数. 若将此极限函数记作f, 则有
lim
n
fn(x)
对应的数列为 1, 1, 1, 1L , 显然是发散的. 所以 函数列 { xn } 在区间 (1, 1]外都是发散的. 故所讨论
的函数列的收敛域是 (1, 1].
前页 后页 返回
例2
定义在 (,
) 上的函数列
fn( x)
sin nx , n
n 1,2,L .
由于对任何实数 x, 都有
sin nx 1 , nn
与 y f ( x) 所夹的带 O a
bx
状区域之内.
图 13-1
前页 后页 返回
函数列 {xn} 在区间(0, 1)上 y 不一致收敛, 从几何意义上 1
看, 就是存在某个预先给定
1
1 N
N
(0,
1),Βιβλιοθήκη 就有x0n0 01 1 1. N2
前页 后页 返回
函数列 fn 一致收敛于 f 的几何意义:如图所示,
0, N 0, 对于序 y
号大于 N 的所有曲线
y fn( x) (n N ),
y f (x) y f (x)
y f (x) y fn(x)
都落在曲线 y f ( x)
| fn( x) f ( x) | .
使函数列 { fn }收敛的全体收敛点集合, 称为函数列
{ fn }的收敛域.
前页 后页 返回
例1 设 fn( x) xn, n 1,2,L 为定义在(-, ) 上的 函数列, 证明它的收敛域是 (1, 1], 且有极限函数
0, | x | 1,
f
(
x)
sin nx
n
是一致收敛的,
因为对任意
前页 后页 返回
给定的正数 , 不论 x 取(-,+)上什么值, 都有
N
1 ,
当n
N 时,
恒有
sin nx
,
所以函数列
n
sin nx
n
在(-,+)上一致收敛于
f
(x)
0.
函数列 fn 在 D 上不一致收敛于 f 的正面陈述是:
存在某正数 0, 对任何正数 N, 都有某一点 x0 D 和
为: 与 相对应的 N 仅与 有关, 而与 x 在 D 上的 取值无关, 因而把这个对所有 x 都适用的 N 写作
N ( ).
显然, 若函数列 fn 在 D 上一致收敛, 则必在 D 上
每一点都收敛. 反之, 在 D 上每一点都收敛的函数列,
它在 D 上不一定一致收敛.
例2
中的函数列
前页 后页 返回
定义1 设函数列{ fn } 与函数 f 定义在同一数集 D 上，若对任给的正数 , 总存在某一正整数 N , 使当 n N 时，对一切 x D, 都有
| fn( x) f ( x) | ， 则称函数列 { fn} 在 D 上一致收敛于 f ,记作
fn( x) f ( x)(n ) , x D. 由定义看到, 一致收敛就是对 D 上任何一点, 函数列 趋于极限函数的速度是 “一致” 的. 这种一致性体现
(1)
是一列定义在同一数集 E 上的函数,称为定义在E
上的函数列. (1) 也可记为
{ fn } 或 fn , n 1, 2,L .
以 x0 E 代入 (1), 可得数列
f1( x0 ), f2( x0 ), L , fn( x0 ), L .
(2)
前页 后页 返回
如果数列(2)收敛, 则称函数列(1)在点 x0 收敛, x0 称 为函数列(1)的收敛点. 如果数列(2)发散, 则称函数
故对任给的 0, 只要 n N 1 , 就有
sin nx 0 .
n
前页 后页 返回
所以函数列 sin nx n的收敛域为 (, ), 极限
函数为 f ( x) 0. 注 对于函数列, 仅停留在讨论在哪些点上收敛是远 远不够的，重要的是要研究极限函数与函数列所具 有的解析性质的关系. 例如, 能否由函数列每项的 连续性、可导性来判断出极限函数的连续性和可导 性; 或极限函数的导数或积分, 是否分别是函数列 每项导数或积分的极限. 对这些更深刻问题的讨论, 必须对它在 D上的收敛性提出更高的要求才行.
§1 一致收敛性
对于一般项是函数的无穷级数，其收敛性 要比数项级数复杂得多，特别是有关一致收 敛的内容就更为丰富，它在理论和应用上有 着重要的地位.
一、函数列及其一致收敛性 二、函数项级数及其一致收敛性 三、函数项级数的一致收敛判别法
前页 后页 返回
一、函数列及其一致收敛性
设
f1, f2, L , fn , L
1,
x 1.
证 任给 0 (不妨设 1), 当 0 | x | 1 时, 由于
| fn( x) f ( x) || xn |,
只要取 N ( , x) ln , 当 n N ( , x) 时,就有
ln | x |
| fn( x) f ( x) || x |n| x |N .
前页 后页 返回
f (x) ,
xD
前页 后页 返回
或 fn(x) f (x) (n ) , x D.
函数列极限的 N 定义: 对每一固定的 x D , 任 给正数 , 总存在正数N(注意: 一般说来N值与 和
x 的值都有关, 所以有时也用N( , x)表示三者之间
的依赖关系), 使当 n N 时, 总有
某一正整数 n0 N( 注意: x0 与 n0 的取值与 N 有关 ),
使得
前页 后页 返回
fn0 ( x0 ) f ( x0 ) 0 .
由例1 中知道, xn 在 (0, 1) 上不可能一致收敛于 0.
下面来证明这个结论.
事实上,
若取
0
1, 2
对任何正整数
N
2,
取正整
1
数
n0
N
及
x0
当 x 0 和 x 1时, 则对任何正整数 n, 都有
| fn(0) f (0) | 0 ，
| fn(1) f (1) | 0 .
这就证明了 { fn } 在( 1, 1] 上收敛, 且极限就是(3)
式所表示的函数.
又 当| x | 1时, 有 | x |n (n ), 当 x 1时,
列(1)在点 x0 发散. 当函数列(1)在数集 D E上每一 点都收敛时, 就称(1)在数集 D 上收敛. 这时 D 上每
一点 x 都有数列 { fn( x)}的一个极限值与之相对应 ,
根据这个对应法则所确定的 D 上的函数, 称为函数
列(1)的极限函数. 若将此极限函数记作f, 则有
lim
n
fn(x)
对应的数列为 1, 1, 1, 1L , 显然是发散的. 所以 函数列 { xn } 在区间 (1, 1]外都是发散的. 故所讨论
的函数列的收敛域是 (1, 1].
前页 后页 返回
例2
定义在 (,
) 上的函数列
fn( x)
sin nx , n
n 1,2,L .
由于对任何实数 x, 都有
sin nx 1 , nn
与 y f ( x) 所夹的带 O a
bx
状区域之内.
图 13-1
前页 后页 返回
函数列 {xn} 在区间(0, 1)上 y 不一致收敛, 从几何意义上 1
看, 就是存在某个预先给定
1
1 N
N
(0,
1),Βιβλιοθήκη 就有x0n0 01 1 1. N2
前页 后页 返回
函数列 fn 一致收敛于 f 的几何意义:如图所示,
0, N 0, 对于序 y
号大于 N 的所有曲线
y fn( x) (n N ),
y f (x) y f (x)
y f (x) y fn(x)
都落在曲线 y f ( x)
| fn( x) f ( x) | .
使函数列 { fn }收敛的全体收敛点集合, 称为函数列
{ fn }的收敛域.
前页 后页 返回
例1 设 fn( x) xn, n 1,2,L 为定义在(-, ) 上的 函数列, 证明它的收敛域是 (1, 1], 且有极限函数
0, | x | 1,
f
(
x)
sin nx
n
是一致收敛的,
因为对任意
前页 后页 返回
给定的正数 , 不论 x 取(-,+)上什么值, 都有
N
1 ,
当n
N 时,
恒有
sin nx
,
所以函数列
n
sin nx
n
在(-,+)上一致收敛于
f
(x)
0.
函数列 fn 在 D 上不一致收敛于 f 的正面陈述是:
存在某正数 0, 对任何正数 N, 都有某一点 x0 D 和