SSThu-31-10-2024 09:55
profe: Nicolás Sirolli
status:
tags: Sucesiones y Series de funciones
Sucesión de funciones
Def. :
Sean X conjunto, (Y,d) espacio meˊtrico, f∈YX (fn)⊆YX:- (fn) converge puntualmente a f si ∀x∈X,∀E>0,∃n0:d(fn(x),f(x))<E∀n≥n0Es decir, fn→f en (Y,d)- (fn) converge uniformemente a f si:(∀E>0)(∃n0∈N)∣d(fn(x),f(x))<E∀n≥n0,∀x∈X
Not. :
fn⇉f en X
Obs:
Converge uniformemente ⟹ Converge puntualmente
Ejemplos:
- X=[0,1],fn(x)=xn
Si
f(x)={010≤x<1cc
Entonces (fn) convergente puntualmente a f.

- Fijo R>0,X=[−R,R],Y=R
fn(x)=nn+1.x,f(x)=x
Así, fn(x)→f(x)∀x
Más aún,
∣fn(x)−f(x)∣=∣ncn+1x−x∣=∣x∣.n1∣x∣≤R≤nR<E
Si n≥⌈RE⌉=n0, así fn(x)⇉f(x)

- Idem (2), con X=R
fn(X)→f(x), pero fn⇉f
Obs:
fn⇉fenX⟺(∃E>0)(∀n0∈N)(∃n≥n0)(∃x∈X)d(fn(x),f(x))≥E
⟺(∃E>0)∃(fnk),(xk)cond(fnk(xk),f(xk))≥E
Ej.3: E=1, dado n0, tomo x=n0, así ∣xx+1x−x∣=1
Prop. :
X,Y espacios meˊtricos. (fn)⊆YX con fn⇉f∈YXSi fn es (unif. ) continua ∀n⟹ f es (unif. ) continua.
Luego, en el ej. 1, fn⇉f.
Dem:
d(f(y),f(x))≤d(f(y),fn0(y))+d(fn0(y),fn0(x))+d(fn0(x),f(x))
Dado E>0, tomo:
- n0∈N tal que d(fn0(z),f(z))<3E∀z∈X(fn⇉f)
- δ>0 tal que d(y,x)<δ⟹d(fn0(y),fn0(x))<3E (fn0 es continua en X).
Así, d(y,x)<δ⟹d(f(y),f(x))<3E+3E+3E=E
□
Prop. :
(fn)⊆C([a,b]),fn⇉f. Entonces:
∫abf(x)dx=n→∞lim∫abfn(x)dx
Dem:
∣∫abf(x)d−∫abfn(x)dx∣≤∫ab∣f(x)−fn(x)∣dx
Dado E>0, tomo n0∈N con ∣fn(x)−f(x)∣≤2(b−a)E∀x∈[a,b]
Así, si n≥n0:
∣∫abf(x)dx−∫abfn(x)dx∣≤∫ab2(b−a)Edx=2E<E
□
Prop. :
(fn)n∈N⊆C([a,b]) con fn(x)→f(x) puntualmente.Supongo fn derivable, y ∃g con fn′⇉gEntonces f es derivable y ∀x:(limn→∞fn(x))′=f′(x)=g(x)=limn→∞fn′(x)
Dem:
Escribamos, dado x
fn(x)=fn(a)+∫axfn′(t)dt
Haciendo n→∞,
f(x)=f(a)+∫axg(t)dx
por la prop. anterior. Luego (TFC) f′(x)=g(x)
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Def. :
X conjuntoB(X)={f:X→Rconfacotada} es un espacio normado, con:∥f∥∞=x∈Xsup∣f(x)∣∈R≥0
Def. :
X espacio normado, Cb(X)={f∈B(X):fcontinua} es un espacio normado con ∥∥∞ heredada de B(X).
-->06:30
Prop. :
(fn)n∈N⊆B(X),f∈B(X).fn⇉f⟺∥fn−f∥∞→0
Dem:
fn⇉f⟺∀E>0∃n0∀n≥n0:∣fn(x)−f(x)∣<E∀x∈X
Prop. :
(fn)⊆C([0,1]),fn⇉f entonces:
∫f=n→∞lim∫fn
Dem:
Φ:(C([0,1]),∥∥∞)→R
Φ(g)=∫01gdx es continua
Como f=limfn en (C([0,1]),∥∥∞)
Φ(f)=limΦ(fn)
□
Prop. :
X espacio meˊtrico. Entonces Cb(X)⊆B(X) es cerrado.
Dem:
Sea (fn)n∈N⊆Cb(X),f∈B con fn→f en ∥∥∞.
Como fn⇉f,f es continua. Es decir, f∈Cb(X)
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Teorema :
X espacio meˊtrico. Entonces:1. B(X) es Banach.2. Cb(X) es Banach.
Dem:
Por la propiedad anterior (1)⟹(2)
Veamos (2)⟹(1):
Sea (fn)⊆B(X) de Cauchy.
Veamos que (∀x∈X)(fn(x))⊆R es de Cauchy.
∣fn(x)−fm(x)∣≤∥fn−fm∥∞→0 cuando n,m→∞
Luego, como R completo.
∀x∃n→∞limfn(x)=:f(x)
Veamos que f∈B(X) y que
fn⇉f
∣fn(x)∣≤∣fn(x)−fn0(x)∣+∣fn0(x)∣≤∥fn−fn0∥∞+∥fn0∥∞≤1+∥fn0∥∞
Así, si n→∞:
∣f(x)∣≤1+∥fn0∥∞
Luego f está acotada.
Sea E>0. Tomo n0
∥fn−fm∥∞≤2E∀n,m≥n0
Así, ∀n,m≥n0:
∣fn(x)−fm(x)∣≤2E
Haciendo m→∞
∣fn(x)−f(x)∣≤2E∀x,∀n≥n0
Así,
∥fn−f∥∞≤2E<E∀n≥n0
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Citas y Comentarios
- Probar que lo siguiente es un espacio normado:
B(X)={f:X→Rconfacotada}
- La próxima veremos series de funciones. Abbott 6.4