TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

Samankaltaiset tiedostot
SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

Sisältö. Funktiojonot ja -sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 15

1. Yhtälöiden ratkaisemisesta Olkoon f välillä [a, b] jatkuva funktio, jolle f(a) f(b) < 0. Bolzanon lauseen [A1]

Riemannin integraali

5 Epäoleellinen integraali

Matematiikan tukikurssi

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

2 Epäoleellinen integraali

ANALYYSI I, kevät 2009

Riemannin integraalista

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Lebesguen integraali - Rieszin määritelmä

Analyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että

ANALYYSI I, kevät 2009

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

ANALYYSI I, kevät 2009

3 Integraali ja derivaatta

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

ANALYYSI 3. Tero Kilpeläinen

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

Laskennan mallit (syksy 2007) Harjoitus 5, ratkaisuja

Kuvausta f sanotaan tällöin isomorfismiksi.

Matematiikan tukikurssi

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

Matematiikan peruskurssi. Seppo Hassi

Matemaattiset menetelmät I. Seppo Hassi

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Analyysi III S

Sarjat ja integraalit

i 2 n 3 ( (n 1)a (i + 1) 3 = 1 +

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

Korkeamman kertaluvut derivaatat

Riemannin integraalista

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 6, ratkaisuista. 1. Onko jokin demojen 5 tehtävän 3 relaatioista

2 Riemann-integraali. 2.1 Porrasfunktion integraali. Aloitetaan integraalin täsmällinen määrittely tutkimalla porrasfunktion integraalia.

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Sarjojen tasainen suppeneminen

MS-C1300 KOMPLEKSIANALYYSI KIRSI PELTONEN

Johdatusta variaatiolaskentaan

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Riemann-integraalin ja mittaintegraalin vertailua

Kertausta ja täydennystä

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Vektoriarvoisten funktioiden analyysiä

Tasainen suppeneminen ja sen sovellukset

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Mika Hirvensalo. Insinöörimatematiikka B 2014

ANALYYSIN TEORIA A JA B

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

1+kx 2, x [0, 1] 4. f k (x) = (sin x) k, x R Tehtävä 2. Osoita suoraan määritelmään perustuen, että funktiojono (f k ), missä

Analyysi B. Derivaatta ja integraali. Pertti Koivisto

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

6 Integraalilaskentaa

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

Funktiojonon tasainen suppeneminen

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

Metriset avaruudet. Erno Kauranen. 1 Versio: 10. lokakuuta 2016, 00:00

Integroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Pertti Koivisto. Analyysi B

8. Avoimen kuvauksen lause

4.3 Moniulotteinen Riemannin integraali

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 9

Newtonin, Riemannin ja Henstock-Kurzweilin integraalit

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Pertti Koivisto. Analyysi C

Numeerinen integrointi.

Reaalianalyysi I 1. Ilkka Holopainen 2. March 31, 2010

Suorat, käyrät ja kaarevuus

Q = {q 1, q 2, q 3, q 4 } Σ = {a, b} F = {q 4 },

ANALYYSI II A Matemaattisten tieteiden laitos Luentomoniste työn alla: viimeksi muutettu

Sinilause ja kosinilause

VEKTOREILLA LASKEMINEN

7. Tasaisen rajoituksen periaate

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

VEKTOREILLA LASKEMINEN

Analyyttiset funktiot ja integrointiteorian alkeita

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Cantorin joukon suoristuvuus tasossa

HYPERBOLISEN GEOMETRIAN PUOLITASOMALLI

Säännöllisten operaattoreiden täydentäviä muistiinpanoja

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS

4. Reaalifunktioiden määrätty integraali

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET UNIVERSITY OF HELSINKI

Transkriptio:

Topologi I Hrjoitus 10, rtkisuj AP TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jtkuvi funktioit f n : [, b] R, jok suppenee välillä [, b] tsisesti kohti funktiot f : [, b] R. Osoit, että tällöin f n (x) dx f(x) dx. Päteekö vstv tulos derivtoille? Lyhyt vstus. RATKAISU 1. Olkoon ɛ > 0 j N N sellinen indeksi että kunhn n > N. Nyt f n (x)dx sup f n (x) f(x) < ɛ/(b ) x [,b] f(x)dx f n (x) f(x) dx ɛ/(b ) dx = ɛ. Näin ollen relilukujen f n muodostm jono suppenee lukuun f. Vstv tulos ei päde derivtoille: Jos määritellään f n : [0, 1] R kvll f n (x) = n 1 sin(nx), niin on helppo nähdä, että f n 0 tsisesti. Kuitenkn derivttojen jono f n(x) = cos(nx) ei suppene edes pisteittäin mihinkään funktioon. Ei ole myöskään tott että jtkuvsti derivoituvien funktioiden tsinen rj olisi jtkuvsti derivoituv: Trkstelln väliä [ 1, 1] j siinä määriteltyjä funktioit f n (x) = x 1+(1/n). Nämä ovt jtkuvsti derivoituvi, mutt jono (f n ) suppenee tsisesti funktioon x, jok ei ole derivoituv. TEHTÄVÄ 2. (12:3) Todist, että metrisen vruuden täydellinen osjoukko on suljettu. Tästä seur luseen 12.6 käänteinen puoli. RATKAISU 2. Olkoon A metrisen vruuden X täydellinen osjoukko j Ā. Olkoon (x n) sellinen A:n jono, että x n (vruudess X). Luseen 12.3 nojll (x n ) on Cuchy jono (metrisessä vruudess A), joten x n x A. Mutt rj-rvon yksikäsitteisyyden nojll x =, joten A j siis Ā A. Siten A on suljettu. 1

TEHTÄVÄ 3. (12:4) Olkoon (X, d) täydellinen metrinen vruus j (x n ) sellinen jono X:ssä, että d ( x n, x n+1 ) 10 2 n kikill n N. Osoit, että jono suppenee kohti jotkin pistettä X. Osoit lisäksi, että d(x 5, ) < 1. RATKAISU 3. Olkoot x k j x m tehtävän jonon jäseniä j oletetn että n k m. Erityisesti m = k + p jollin p N. Nyt kolmioepäyhtälöstä sdn d(x k, x m ) d(x k, x k+1 ) + d(x k+1, x k+2 ) +... + d(x k+p 1, x m ) p 1 10 2 n i 10 2 n i 10 2 n+1. Tämä sdn mielivltisen pieneksi kun nnetn n:n lähestyä ääretöntä. Siten (x n ) on Cuchy j suppeneminen seur täydellisyydestä. Kosk x n, on olemss N > 5, joll d(x N, ) < 1/4. Toislt yllä olev estimtti käyttämällä nähdään että d(x 5, x N ) 10 2 5 i = 10 2 4 = 5/8. Kolmioepäyhtälö nt d(x 5, ) d(x 5, x N ) + d(x N, ) 1/4 + 5/8 = 7/8 < 1, joten väite on tosi. TEHTÄVÄ 4. (12:6, muunnos) Trkstelln jtkuvien funktioden vruutt E = C([0, 1], R) vrustettun supnormill. () Osoit, että normivruuden (E, ) Cuchy-jono (f n ) suppenee pisteittäin välin [0, 1] pisteissä kohti erästä funktiot f : [0, 1] R. (b) Osoit, että suppeneminen f n f on tsist välillä [0, 1]. (c) Osoit edellisiin kohtiin j luseeseen 11.24 nojten, että normivruus (E, ) on täydellinen. Ohje. (b) Olkoon ɛ > 0. Vlitse sellinen n ɛ, että f k f n < ɛ/2, kun k, n n ɛ, j nn n:n mennä äärettömään. RATKAISU 4. () Jos (f n ) on Cuchy j x [0, 1], niin f k (x) f m (x) f k f m, 2

joten (f n (x)) on Cuchy jono relikselill. Relikselin täydellisyydestä seur että f n (x) y x R. Asettmll f(x) = y x sdn hluttu pisteittäinen rjfunktio. (b) Tehdää kuten ohjeess. Otetn ɛ > 0 j n ɛ siten että f k f n < ɛ/2 kunhn k, n > n ɛ. Jos nyt x [0, 1], niin f k (x) f(x) f k (x) f n (x) + f n (x) f(x) f k f n + f n (x) f(x) kikill n. Vlitn nyt n(x) > n ɛ siten että jolloin jos k > n ɛ, niin sdn f n(x) (x) f(x) < ɛ/2, f k (x) f(x) f k f n(x) + f n(x) (x) f(x) < ɛ. Tämä pätee kikille x [0, 1], siis todetn että f k f = sup f k (x) f(x) ɛ, x [0,1] joten suppeneminen on tsist. (c) Kosk jtkuvien funktioiden jono (f n ) suppenee tsisesti funktioon f, niin luseen 11.24 nojll f on jtkuv. Toisin snoen f E, joten E on täydellinen. TEHTÄVÄ 5. (12:11) Olkoon X täydellinen j f : X Y bilipschitz. Osoit, että kuvjoukko f X on täydellinen j siis suljettu Y :ssä. RATKAISU 5. Ensinnäkin hvitn että bilipschitz funktiot ovt in injektioit; Jos f(x) = f(y), niin 0 = d(f(x), f(y)) cd(x, y) 0, joten x = y (c > 0 on tässä se pienempi bilipschitz-vkio). Siten jokist fx:n pistettä y vst yksikäsitteinen x X. Jos nyt (y n ) on Cuchy jono fx:ssä, niin sitä vst yksikäsitteinen X:n jono (x n ) siten että f(x n ) = y n. Nyt, kosk (y n ) on Cuchy, niin jos ɛ > 0, niin on olemss n ɛ siten että d(y k, y m ) < cɛ, kunhn k, m > n ɛ. Mutt nyt d(x k, x m ) (1/c)d(f(x k ), f(x m )) = (1/c)d(y k, y m ) < ɛ, 3

in kun k, m > n ɛ. Siten (x n ) on Cuchy X:ssä. Kosk X on täydellinen, niin x n x X. Väitämme lopuksi että y n y = f(x), mutt tämä seur siitä että f on jtkuv j luseest 11.8. Kosk mielivltinen Cuchy jono (y n ) suppenee, niin fx on täydellinen. TEHTÄVÄ 6. (12:14) Olkoon (E, ) täydellinen normivruus eli Bnchin vruus, j olkoon f : E E kontrktio. Osoit, että yhtälö F (x) = x+f(x) määrittelee homeomorfismin F : E E, jok on bilipschitz. Ohje. Kiinnitetään y E j merkitään g y (x) = y f(x). Osoit, että kuvuksell g y : E E on täsmälleen yksi kiintopiste G(y), jolloin sdn kuvus G : E E, y G(y). Osoit, että F G = G F = id E, j että F on bilipschitz. Kiinnitä erityistä huomiot epäyhtälöketjun puoleen m x z F (x) F (z), kikill x, z E, missä m > 0. RATKAISU 6. Osoitetn ensin että F : E E on bilipschitz. Jos x, y E, niin F (x) F (y) = x+f(x) y f(y) x y + f(x) f(y) (q+1) x y, missä 0 < q < 1 on f:ään liittyvä kontrktiovkio. Toislt x + f(x) y f(y) x y f(x) f(y) (1 q) x y, joten F on bilipschitz. Edetään seurvksi niinkuin ohjeess; Jos y E, niin x g y (x) = y f(x) määrittelee kontrktion E E. Tämä on selvää sillä g y (x) g y (z) = y f(x) y + f(z) = f(x) f(z) q x z jollin 0 < q < 1, onhn f kontrktio. Kosk E on täydellinen, niin Bnchin kiintopisteluseen nojll g y :llä on täsmälleen yksi kiintopiste, G(y), jok siis toteutt g y (G(y)) = y f(g(y)) = G(y). (1) On selvää että G määrittää kuvuksen E E. Jos y E, niin (1):n mukn F (G(y)) = G(y) + f(g(y)) = y f(g(y)) + f(g(y)) = y = id E (y). Jos y E, niin G(F (y)) on määritelmänsä mukn kuvuksen g F (y) kiintopiste. Toislt g F (y) (y) = F (y) f(y) = y + f(y) f(y) = y, 4

joten myös y on kiintopiste. Yksikäsitteisyyden nojll tällöin G(F (y)) = y. Näin ollen F G = G F = id E. Siis f on bijektio j G sen käänteiskuvus. Kosk F on bijektio j bilipschitz, se on homeomorfismi. 5