Предложите контрпример к утверждению: "Если последовательность функций f_n сходится равномерно к f на [a,b], то интеграл из |f_n| сходится к интегралу из |f|" — объясните, при каких условиях утверждение истинно

18 Ноя в 10:12
3 +3
0
Ответы
1
Короткий ответ: на компактном отрезке контрпримера нет — утверждение верно. Контрпример возможен на множестве бесконечной меры.
Контрпример (неограниченная по мере область): на [0,∞)[0,\infty)[0,) положим
fn(x)=1n(x≥0). f_n(x)=\frac{1}{n}\quad(x\ge0).
fn (x)=n1 (x0).
Тогда fn→0f_n\to0fn 0 равномерно (так как sup⁡x∣fn(x)−0∣=1/n→0\sup_x|f_n(x)-0|=1/n\to0supx fn (x)0∣=1/n0), но
∫0∞∣fn(x)∣ dx=∫0∞1n dx=+∞↛∫0∞0 dx=0. \int_0^\infty |f_n(x)|\,dx=\int_0^\infty\frac{1}{n}\,dx=+\infty\not\to\int_0^\infty 0\,dx=0.
0 fn (x)dx=0 n1 dx=+0 0dx=0.
Итого: равномерная сходимость сама по себе не гарантирует сходимость интегралов, если область интегрирования имеет бесконечную меру или функции не интегрируемы.
Когда утверждение истинно: пусть fnf_nfn и fff интегрируемы на конечном отрезке [a,b][a,b][a,b] и fn→ff_n\to ffn f равномерно. Тогда абсолютная функция непрерывна, значит ∣fn∣→∣f∣|f_n|\to|f|fn f равномерно, и, в частности,
sup⁡x∈[a,b]∣∣fn(x)∣−∣f(x)∣∣→0. \sup_{x\in[a,b]} \big||f_n(x)|-|f(x)|\big|\to0.
x[a,b]sup fn (x)f(x) 0.
Используя неравенство ∣∣x∣−∣y∣∣≤∣x−y∣\big||x|-|y|\big|\le|x-y| xy xy, получаем
∣∫ab∣fn∣−∫ab∣f∣∣≤∫ab∣∣fn∣−∣f∣∣≤(b−a)sup⁡x∈[a,b]∣∣fn(x)∣−∣f(x)∣∣→0. \left|\int_a^b |f_n|-\int_a^b |f|\right|\le\int_a^b \big||f_n|-|f|\big|\le (b-a)\sup_{x\in[a,b]}\big||f_n(x)|-|f(x)|\big|\to0.
ab fn ab f ab fn f (ba)x[a,b]sup fn (x)f(x) 0.
Следовательно ∫ab∣fn∣→∫ab∣f∣\int_a^b |f_n|\to\int_a^b |f|ab fn ab f.
Аналогично для измеримых функций и Лебега: при конечной мере множества и равномерной сходимости имеем доминирование постоянной sup⁡x∣fn(x)∣\sup_x|f_n(x)|supx fn (x) и можно применять теорему о доминированной сходимости.
18 Ноя в 10:23
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир