狄利克雷和黎曼函数

所谓黎曼函数R(x),是定义在区间0~1上的一个构造函数:当x是有理数p/q(p、q为互质整数)时,R(x)=1/q;当x是无理数时,R(x)=0.黎曼函数是由黎曼进行定义,用来作为数学分析中反例说明函数方面的待证性质的。如:
黎曼函数在(0,1)内所有无理数点处连续,在所有有理数点处间断。每一点处都存在着极限,且极限都是0(可见间断点都属第一类中的可去间断点)。
这个函数在[0,1]上可积,它在[0,1]上的定积分为0,等等。
下面将对黎曼函数的间断点是第一类间断点中的可去间断点进行证明。先证明对于(0,1)中的任意一点a,当x→a时,limR(x)=0,这是因为,对任意正数ε,要使|R(x)-0|>ε成立,x显然不能取为无理数,因为x为无理数时,R(x)=0,不可能让0大于正数ε。而当x为有理数p/q时,R(x)=1/q.而要|R(x)-0|>ε成立,即1/q>ε,q<1/ε.但明显地,使这一式子成立的正整数q不会超过[1/ε],只有有限个。那么,形如p/q的这种最简真分数的个数也最多只有有限个。设这些有理数分别记为x1,x2,……,xk.然后,我们在|x1-a|、|x2-a|、……、|xk-a|中通过比较,一定能选择出最小的正数|Xi-a|,并令δ=|xi-a|/2.即存在着正数δ,当0<|x-a|<δ时,|R(x)-0|<ε.所以,x→a时,R(x)→0.利用这一结论知,
当a为无理数时,R(x)在x=a处因极限值等于函数值,故而连续;当a为有理数点时,虽然R(x)在x=a处有极限0,但函数值R(a)不为0,从而x=a成为R(x)的第一类间断点中的可去间断点。证毕。
黎曼积分就是数学分析中的定积分,简单讲就是无限分割求曲边梯形的面积




狄利克雷(Dirichlet)函数
实数域上的狄利克雷(Dirichlet)函数定义为分段函数: F(x) = 0 (x是无理数) 或1 (x是有理数)

基本性质
1、定义域为整个实数域 R 2、值域为 {0, 1} 3、函数为偶函数 4、无法画出函数图像 5、以任意正有理数为其周期(由实数的连续统理论可知其无最小正周期)
分析性质
1、处处不连续 2、处处不可导 3、在任何区间内黎曼不可积 4、函数是可测函数 5、在单位区间 [0,1] 上勒贝格可积,且勒贝格积分值为 0(且任意区间(区间不论开闭和是否有限)上的勒贝格积分值为0 ) 对性质5的说明:虽然m(R/Q)=+∞,但在R/Q上有f(x)=0,符合可积条件(说明中Q为有理数集)。
函数周期
狄利克雷函数是周期函数,但是却没有最小正周期,它的周期是任意有理数,而非无理数。

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