实分析

14.6 一致收敛和积分

命题

  1. (14.6.1 一致极限与积分可交换运算?)[a,b]是一个区间。对于每一个整数n1,设f(n):[a,b]R是一个黎曼可积的函数。设f(n)[a,b]上一致收敛于函数f:[a,b]R。那么f是黎曼可积的,并且

    limn[a,b]f(n)=[a,b]f

    (注:这个定理告诉我们可以交换一致极限与积分的运算顺序,即limn[a,b]f(n)=[a,b]limnf(n)

    推论:

    1. (14.6.2)[a,b]是一个区间,并设(f(n))n=1[a,b]上黎曼可积函数的序列。如果级数n=1f(n)一致收敛,那么n=1[a,b]f(n)=[a,b]n=1f(n)(注:这个推论结合魏尔斯特拉斯M判别法(定理14.5.7)一起使用会有更好的效果)

课后习题

14.6.1 利用定理14.6.1证明推论14.6.2

由于(f(n))n=1[a,b]上黎曼可积函数的序列,因此根据黎曼积分定律(命题11.4.1(a))我们知道对任意的N>1都有部分和n=1Nf(n)也是在[a,b]上黎曼可积的(使用归纳法),然后根据定义14.5.2与定理14.6.1,由于n=1f(n)是部分和n=1Nf(n)的一致极限,因此有:

limN[a,b]n=1Nf(n)=[a,b]n=1f(n)

然后再次使用黎曼积分定律(也是命题11.4.1(a)),对任意的N>0我们有:

[a,b]n=1Nf(n)=n=1N[a,b]f(n)

(需要用一下归纳,这里省略了)于是即有:

limN[a,b]n=1Nf(n)=limNn=1N[a,b]f(n)=n=1[a,b]f(n)

总结即有:

n=1[a,b]f(n)=[a,b]n=1f(n)

于是推论14.6.2得证。


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实分析 14.5 函数级数与魏尔斯特拉斯M判别法