Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Теоремы о непрерывных функцияхСодержание книги Поиск на нашем сайте
Перейдем к доказательству важнейших теорем о непрерывных функциях. Первая теорема Больцано-Коши. Пусть f(x) определена и непрерывна на отрезке [a,b] и на концах этого отрезка принимает разные по знаку значения.Тогда существует такая точка с принадлежащая [а,b] в которой f(c)=0. Доказательство. Пусть, для определенности, f(a)<0, f(b)>0. Ситуация выглядит так: Для доказательства теоремы снова используем метод деления отрезка пополам. 1. Деление отрезков пополам. Разделим отрезок [a, b] пополам. Середина его будет точка . Тогда возможны такие варианты: а) . В этом случае, взяв , теорему можно считать доказанной. б) . В этом случае для дальнейшего рассмотрения оставим отрезок , который обозначим [a1, b1]. в) В этом случае для дальнейшего рассмотрения оставим отрезок , который обозначим [a1, b1]. Проделаем такую же процедуру с отрезком [a1, b1], получив отрезок [a2, b2], затем то же самое с отрезком [a2, b2], получив отрезок [a3, b3] и т.д. Заметим, что для дальнейшего рассмотрения все время оставляется тот отрезок, для которого f(an)<0 и f(bn)>0. 2. Построение точки С. В результате этой процедуры возможны два варианта. А. На каком-то шаге n получится, что . В этом случае в качестве точки С следует взять и теорема будет доказана. Б. . В этом случае мы получаем систему отрезков [an, bn], для которой а) [a,b] É[a1, b1] É [a2, b2] É[a3, b3]… б) в)f(an)<0; f(bn)>0 Но тогда, по лемме о вложенных отрезках, существует . Используя непрерывность функции f(x), получим т.к. всегда было f(an)<0, f(bn)>0. Сравнивая эти два неравенства получим, что f(c)=0, что и требовалось доказать.< Вторая теорема Больцано-Коши. Пустьf(x) определена и непрерывна на отрезке <a,b> и . Тогда m<C<M сÎ<a,b> f(c)=C. Примечание. Символ < означает любой из двух символов – (или [, а символ > - любой из двух символов -) или ]. Таким образом, отрезок <a, b> означает любой из следующих отрезков – [a,b], (a,b], [a,b), или (a,b). Доказательство. Так как к супремуму и инфимуму можно подойти сколь угодно близко, то можно утверждать, что x1Î<a, b> m<f(x1)<C x2Î<a, b> C<f(x2)<M Очевидно, что отрезок [x1, x2] Ì <a, b>. Рассмотрим функцию j (x)=f(x)-C. Для нее имеем: j (x1)=f(x1)-C<0; j (x2)=f(x2)-C>0. Согласно первой теореме Больцано-Коши, сÎ<a, b>, такая, что j (с)=0. Но тогда эта же точка сÎ<a, b> и для нее j(с)=f(c)-C=0, т.е. f(c)=C. < Первая теорема Вейерштрасса. Пусть функция f(x) определена и непрерывна на замкнутом отрезке [a, b]. Тогда она ограничена на этом отрезке, т.е. существуют такие числа m и M, что x принадлежащего [a,b] f(x) больше либо равно m и меньше либо равно M. Доказательство. Доказательство этой теоремы проведем методом от противного. Предположим противное – пусть, например, функция f(x) неограничена сверху. 1. Построение последовательности. Мы предположили, что f(x) неограничена сверху на [a,b]. Это означает, что для любого числа А найдется такая точка xÎ[a,b], что f(x)>A. Возьмем в качестве числа А числа 1, 2, 3, 4,… Тогда , что f(xn)>n.Мы получили, таким образом, некоторую последовательность {xn}Î[a,b] и удовлетворяющую свойству f(xn)>n. 2. Выделение подпоследовательности. Так как последовательность {xn} ограничена, то по лемме Больцано-Вейерштрасса из нее можно выделить сходящуюся последовательность {xn}, т.е. . В силу замкнутости отрезка [a, b] точка cÎ [a,b]. (Отметим,что в этом месте используется ограничение теоремы – замкнутость [a,b]. Если бы, например, был (a,b), то с могла бы и не принадлежать (a,b)). 3. Сведение к противоречию. Т.к. согласно п.1 , то, переходя к пределу k®¥получим т.е. f(c)=+¥, что противоречит условию теоремы, где сказано, что f(x) определена на отрезке [a,b],что означает, что f(c) должна иметь конечное значение. < Вторая теорема Вейерштрасса. Пусть функция f(x) определена и непрерывна на замкнутом отрезке[a,b]. Тогда существуют такие точки x1, x2 принадлежащие [a,b], что , т.е. инфимум и супремум f(x) достигаются на [a,b]. Доказательство. Докажем теорему только для супремума. 1. Построение последовательности. По первой теореме Вейерштрасса, f(x) ограничена сверху на [a,b],т.е. По свойствам супремума, к нему можно подойти сколь угодно близко. Поэтому . Беря n=1,2,3,… получим последовательность {x1, x2, x3,…}такую, что . 2. Выделение подпоследовательности. Т.к. n a£ xn£ b, то по лемме Больцано-Вейерштрасса, из последовательности {xn} можно выделить сходящуюся подпоследовательность такую, что , причем сÎ[a,b] в силу его замкнутости. 3. Достижение супремума. Для нашей подпоследовательности верно условие . 4.Переходя к пределу k®¥ получим . Но , кроме того, в силу непрерывности f(x), . В результате получим, что M£f(c)£ M, т.е. f(c)=M и супремум f(x) достигается в точке с.<
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-09-20; просмотров: 382; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.227.183.161 (0.006 с.) |