ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.04.2021

Просмотров: 362

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

11 

В  случае  функциональных  рядов  достаточно  заметить,  что  для  частичных 

сумм 

=

=

n

k

k

n

x

u

x

S

1

)

(

)

(

 

справедливо следующее тождество на множестве 

D

.

)

(

)

(

)

(

1

+

+

=

+

=

p

n

n

k

k

n

p

n

x

u

x

S

x

S

 

Далее  можно  применить  доказанное  утверждение  для  функциональных 
последовательностей. 

 

Теорема доказана.

 

 

Приведем  примеры  использования  критерия  Коши  для  исследования 
равномерной сходимости функциональных последовательностей и рядов.

 

 

Критерий равномерной сходимости функциональной 

последовательности в терминах супремума модуля разности между 

членами последовательности и предельной функцией. Критерий 

равномерной сходимости функционального ряда в терминах супремума 

модуля остатка.

 

 

Докажем  критерии  равномерной  сходимости  функциональных 

последовательностей  и  рядов,  непосредственно  вытекающие  из 
определения равномерной сходимости.

 

Теорема.

 

Для  того,  чтобы  последовательность  функций 

)}

(

{

x

f

n

определенных на множестве D, равномерно на множестве D сходилась к 
функции  f(x),  необходимо  и  достаточно,  чтобы  выполнялось  следующее 
условие:

 

.

0

)

(

)

(

sup

lim

=

x

f

x

f

n

D

x

n

 


background image

 

12 

Доказательство.

 

Введем 

числовую 

последовательность 

)

(

)

(

sup

x

f

x

f

n

D

x

n

=

σ

.  Тогда  условие  теоремы  по  определению  предела 

числовой последовательности означает, что выполняется условие

 

.

0

0

0

0

ε

σ

ε

<

>

n

N

n

N

 

Если 

D

x

x

f

x

f

n

→

→

),

(

)

(

,  то  по  определению  равномерной  сходимости 

имеем:

 

.

2

)

(

)

(

:

0

0

0

ε

ε

<

>

>

x

f

x

f

D

x

N

n

N

n

 

Переходя к точной

 

верхней грани в последнем неравенстве, получаем:

 

ε

ε

σ

ε

<

>

>

2

:

0

0

0

n

D

x

N

n

N

что  и  требовалось.  Обратно,  если  выполняется  условие  теоремы,  то  мы 
получим

 

,

)

(

)

(

0

0

ε

σ

ε

<

>

>

n

n

x

f

x

f

D

x

N

n

 

то есть 

D

x

x

f

x

f

n

→

→

),

(

)

(

.  

Теорема доказана

 

Следствие

Для  того,  чтобы  функциональный  ряд 

=

1

)

(

n

n

x

u

 

равномерно сходился на множестве D, необходимо и достаточно, чтобы 
выполнялось условие

 

,

0

)

(

sup

lim

=

x

r

n

D

x

n

 

где 

+

=

=

1

)

(

)

(

n

k

k

n

x

u

x

r

 - 

остаток ряда порядка 

n.

  


background image

 

13 

Доказательство

.  Поскольку  для  равномерной  сходимости 

функционального  ряда  необходимо  и  достаточно,  чтобы  выполнялось 

условие 

D

x

x

r

n

→

→

,

0

)

(

, осталось применить доказанную теорему.

  

 

 

Необходимое условие равномерной сходимости функционального ряда 

в терминах общего члена.  Мажорантный признак Вейерштрасса  

равномерной сходимости функциональных последовательностей и 

рядов.

 

 

Теперь  докажем  некоторые  условия  сходимости  функциональных 

последовательностей  и  рядов,  которые  вытекают  из  критерия  Коши  и 
доказанной выше теоремы.

 

Теорема  (

н

еобходимое  условие  равномерной  сходимости 

функционального ряда в терминах общего члена). 

Если функциональный 

ряд 

=

1

)

(

n

n

x

u

равномерно  сходится  на  множестве  D,  то  выполняется 

условие 

D

x

x

u

n

→

→

,

0

)

(

то  есть  равномерная  на  множестве  D 

сходимость  функциональной  последовательности  общих  членов  ряда 

)

(

x

u

n

к  тождественно  нулевой  функции  является  необходимым  условием 

равномерной на множестве D сходимости функционального ряда.

 

Доказательство.

 

Пусть  ряд 

=

1

)

(

n

n

x

u

 

равномерно  сходится  на 

множестве 

D

. Тогда, согласно критерию Коши равномерной сходимости

 

.

)

(

0

1

0

0

ε

Ν

ε

<

>

>

+

+

=

p

n

n

k

k

x

u

D

x

p

N

n

N

 


background image

 

14 

Полагая 

р

 =1

, мы получим

 

,

0

1

0

0

ε

ε

<

>

>

+

n

u

D

x

N

n

N

 

что и означает справедливость утверждения.

 

Теорема доказана

 

Теорема  (мажорантный  признак  Вейерштрасса    равномерной 

сходимости функциональных последовательностей). 

Пусть существует 

числовая  последовательность 

}

{

n

a

 

и  номер 

0

N

,  такие,  что 

 

,

)

(

)

(

0

n

n

a

x

f

x

f

D

x

N

n

>

 

причем 

0

lim

=

n

n

a

. Тогда

 

D

x

x

f

x

f

n

→

→

),

(

)

(

Доказательство.

 

Переходя  к  точной  верхней  грани  в  условии 

теоремы, получим

 

,

,

)

(

)

(

sup

0

0

N

n

a

x

f

x

f

n

n

D

x

n

>

=

σ

 

откуда  по  теореме  о  двух 

милиционерах получим

 

.

0

lim

=

n

n

σ

 

Последнее равенство равносильно утверждению теоремы. 

 

Теорема доказана

 

Теорема  (мажорантный  признак  Вейерштрасса    равномерной 

сходимости  функциональных    рядов). 

Пусть  существует  сходящийся 

числовой  ряд 

=

1

n

n

a

,  члены  которого,  начиная  с  некоторого  номера, 

неотрицательны  и  пусть  члены  функционального  ряда 

=

1

)

(

n

n

x

u

определенного  на  множестве  D,  начиная  с  некоторого  номера, 


background image

 

15 

удовлетворяют  условию 

.

,

)

(

D

x

a

x

u

n

n

 

Тогда  этот  функциональный 

ряд равномерно сходится на множестве D.

 

Доказательство.

 

В силу критерия Коши сходимости числового ряда

 

мы имеем:

 

.

0

1

0

0

ε

Ν

ε

<

>

>

+

+

=

p

n

n

k

k

a

p

N

n

N

 

Отсюда по условию теоремы получаем

 

 

D

x

p

N

n

N

>

>

Ν

ε

0

0

0

 

,

|

)

(

|

)

(

1

1

1

ε

<

+

+

=

+

+

=

+

+

=

p

n

n

k

p

n

n

k

k

k

p

n

n

k

k

a

x

u

x

u

 

то есть выполняется условие Коши для функционального ряда 

=

1

)

(

n

n

x

u

, а 

значит, он равномерно сходится на множестве 

D

.  

Теорема доказана

 

Признаки Дирихле и Абеля  равномерной сходимости 

функционального ряда. 

 

 

Ради целостности изложения напомним изученные при рассмотрении 

числовых  рядов  преобразование  Абеля  и  неравенство  Абеля.  Пусть  дана 

сумма вида 

=

=

n

k

k

k

n

b

a

S

1

Воспроизведем далее выкладки без комментариев:

 

n

n

n

b

a

b

a

b

a

S

+

+

+

=

...

2

2

1

1

;

...

;

...

;

;

2

1

2

1

2

1

1

n

n

b

b

b

B

b

b

B

b

B

+

+

+

=

+

=

=

 

;

;

...

;

;

1

1

2

2

1

1

=

=

=

n

n

n

B

B

b

B

B

b

B

b