病态函数的性质

发布 2022-09-22 21:54:28 阅读 5919

一、dirichlet函数。

它可由无穷次的累次极限运算得到 (其中m,n位置不可交换)

1).dirichlet函数的不连续性。

证明:对于任意,取,则有。

再取,则有。

由海涅定理可知不存在。

再由的任意性在任意点处的极限都不存在,故函数在任意点处都不连续。

注:1.由上述证明可知,的非连续性本质上说的是在任意点处的极限不存在,也就是说,对于任意,都是的第二类间断点,这也就说明了dirichlet函数的图像无法画出。

2.利用函数极限的cauchy准则亦可证明。

任取对于任意的,设;

存在,使得故不存在。

推广:利用dirichlet函数构造仅存在若干个连续点的函数。

1.函数在点处连续。

证明:对于任意,存在,当时, 即。故。

2.函数在点处连续。

2).dirichlet函数的不可导性。

由在任意点处的极限都不存在,即在任意点处都不连续可知,在任意点处都不可导。但由上述对连续性的推广可以大胆的猜想;是否存在仅在有限个点可导的函数?

1.函数仅在点处可导。

证明: 2.函数仅在点处可导。

3).dirichlet函数的不可积性。

证明:由的周期性,对dirichlet函数的可积性的讨论只需研究任意区间上的可积性,取,对于任意分割t,在属于t的任一小区间上。

当时,;当时,

不论t怎么取,只要的取法不同,积分和就存在不同的极限。

故在上不可积。

说明:可积一定有界,反之不成立。就是有界不可积的最好反例。

4).dirichlet函数的若干推论。

推论1:设在r上连续,,则的零点是仅有的连续点,即在任意处不连续。

推论2:设在r上连续,,若,且,则仅在处可导,且。

说明:推论2中条件“若,且”可改为“”

5).dirichlet函数构造的若干反例。

反例1.任何周期函数必有最小周期。

显然是周期函数,但不存在最小正周期。

反例2.无穷大量与有界量的乘积一定是无穷大量。

当时,是无穷大量,是有界量。但不是无穷大量。

反例3.函数在点连续,则在的某邻域内一定处处连续。

仅在处连续,在的任意邻域内有且仅有一个连续点。

二、riemann函数。

1).riemann 函数的连续性。

在内任何无理点处都连续,任何有理点处都不连续。

证明:设为无理数,任给 (不妨设),满足。

的正整数显然只有有限个(但至少有一个,如)

从而使的有理数只有有限个,设为。

取,则对于任意,当为有理数时,有;当为无理数时,有。

对于任意,有,故在内任何无理点处都连续。

设为内任意有理数,则存在,使得对于任意,在内存在无理数,使得,故在内任何有理点处都不连续。

2).riemann 函数的可积性。

在内可积,且。

证明:任给,在上使得的有理点只有有限个,设为。

对作分割,使得,并把t中所有小区间分为和两类,其中。

为含有中点的所有小区间,这类小区间的个数 (当所有恰好都是t的分割点时,才有);而为不含有中点的所有小区间。

在上的振幅, (1);

又在上的振幅, (2);

由(1)(2)得故在内可积。

取为无理数,则,从而。

三、weierstrass函数。

其中。处处连续而又处处不可导。

weierstrass函数图像如下,对于任意区间上,函数图像都不存在“曲线”

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