卓里奇:定义与证明Sketch(1

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卓里奇:定义与证明Sketch(1

2023-04-08 09:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

二次编辑:文章其实于一个月之前就已完成,近日看见后辈在不懈努力,而我却摆烂了一月有余,没有任何成就,混混沌沌学习,期间还夹杂了高浓度农批和杀软二次元的复杂成分,现在想想,顿觉羞愧。于是翻遍草稿箱,找出这两篇勉强可以发的出去的玩意,先冲一波业绩;并希望可以借此自勉,以后勤奋学习。

写作目的:

这篇文章的写作目的源于两点:一则是笔者所在的某所大学的某些考试的某些面试需要回顾知识,笔者在复习面试的时候需要回顾知识点,为了总结书中之精华而写。

二则是这学期混了个某大学的给高年级的学业导师的职务,混志愿者时长+学校给钱嘛,站着把钱挣了,不寒碜。但是需要辅导低年级小朋友的话,不好好复习准备一番也是不可的,所以就趁写这些小文的时候顺带着复习了。

所以总而言之,这篇小文的创作初衷,就是为了我个人而写的,所以在材料的选取上也相当局限,我只会选取现在我仍然认为重要且有难度的、我还没有完全掌握的知识,我自己已经完全了然于心的内容则不会整理进去。

当然,既然要发表,那就还是得有适用读者的:

适用读者:

一来可以复习备考用。学习相关基础课程(尤其是直接以此书为教材的同学)考前可以看看这篇小文,权当知识点总结了。

而来可以作为读书前的了解——毕竟这本书也并不是很“新手向”,若对此书感兴趣的话,可以先看看这个,再决定是否要深入读下去。这么来说,这篇小文或许可以起到抛砖引玉之作用,善哉。

当然这也只是我暂时想到的适用人群,大家切勿被这段话缚住手脚。

2 实数2.1 实数集的公理系统和某些一般性质

公理(完备性公理、连续性公理):设 X,Y 是 \mathbb{R} 中的非空子集,且对于任意的 x\in X,y\in Y 都有 x\leq y ,则存在 c\in\mathbb{R} 使得对任意 x\in X,y\in Y 都有 x\leq c\leq y .

引理(上确界引理):实数集的任何有上界非空子集有唯一的上确界。

数集的最小元素具唯一性(来源于实数轴上序关系的反对称性),故而仅需证明存在性:对有上界非空子集 X 而言,定义 Y 为其上界集,则 X,Y 符合完备性公理的前提条件,则存在 c 是 X 的上界,同时也是 Y 的下界。但是根据 c 的定义知其属于 Y ,所以其是 X 的上确界(上确界的定义)。2.3 关于实数集完备性的一些基本引理

闭区间套引理(Cauchy-Cantor原理)

有限覆盖引理(Borel-Lebesgue原理)

极限点引理(Bolzano-Weierstrass原理):任何无穷有界数集都含有一个极限点。

这里的有界性是必要的,比如说在实数集中,正整数集就没有极限点。有界性说明该数集可以包含在某个闭区间 [a,b] 内,容易证明该闭区间内一定有一个点是该数集的极限点:这就不仅证明了极限点的存在性,还给出了其一个范围的估计(虽然相当粗糙)。采用反证法,否则对区间内任意一点,都存在邻域使得其与该数集的交点个数小于无穷(这是极限点等价定义的否定),而闭区间有有限覆盖性质:也就是说可以选取有限开覆盖,而“有限”个有限仍是有限,这就说明原数集是有限集,矛盾。这一方法很重要,比如在后面证明闭区间上连续函数的上界(进而上确界)的存在性就用到了这一思想:局部有限,而有限覆盖性质让我们可以仅选取有个多个“局部”,有限个有限是有限,所以当然就整体有限;而在一般情况下局部有限未必整体有限,因为构成整体的局部点的数目可能是无穷,而无穷个有限就未必是有限了。2.4 可数集与不可数集

定理(Cantor定理): |\mathbb{N}|\varepsilon>0 都存在 n 使得 i-\varepsilon< i_n=\inf_{k\geq n}x_k\leq x_k\\ 故而仅需证明下极限是部分极限,而这得自于 \{i_n\} 不减且收敛到有限值 i ,故而对任意的 n 都存在正整数 k_n 满足 \{k_n\} 递增且使得 i_{k_{n-1}+1}\leq x_{k_n}\leq i_{k_{n-1}+1}+\frac{1}{n}\\ 这就构造了目标子列。

根式判别法与比式判别法: \liminf\frac{x_{n+1}}{x_n}\leq\liminf \sqrt[n]{x_n}\leq\limsup\sqrt[n]{x_n}\leq\limsup\frac{x_{n+1}}{x_n}\\ 命题(Cauchy):设 \{a_n\} 是非负递减序列,则 \displaystyle\sum_{n=1}^\infty a_n 收敛当且仅当 \displaystyle\sum_{n=0}^\infty 2^na_{2^n} 收敛。

根据 \{a_n\} 的递减非负性容易放缩: 2^na_{2^{n+1}}\leq a_{2^n+1}+a_{2^n+2}+\cdots+a_{2^{n+1}}\leq 2^na_{2^n}\\ 所以 \frac{1}{2}(S_{n+1}-S_n)\leq A_{2^{n+1}}-a_1\leq S_n\\ 其中 A_n,S_n 分别是这两个级数的部分和。2.2 函数的极限

命题(Heine): \displaystyle\lim_{E\owns x\to a}f(x)=A 的充要条件是,对任意由点 x_n\in E\setminus\{a\} 组成且收敛于 a 的序列 \{x_n\} ,序列 \{f(x_n)\} 收敛于 A 。

收敛推出Heine的序列收敛是显然的;反之,考虑逆否命题,若 f(x) 不趋于 A ,则存在 A 的邻域 V(A) 使得对任意的正整数 n 都可以在 a 的 \frac{1}{n} 邻域中找到其像不在 V(A) 中的点 x_n ,这就推出 x_n\to a 但 f(x_n)\to A 不成立。

定理(函数极限存在的Cauchy准则):设 \mathcal{B} 是 X 中的基, f:X\to\mathbb{R} 在该基中有极限,当且仅当任给 \varepsilon>0 都存在基中元素 B 使得 f 在 B 中振幅小于 \varepsilon .

必要性显然;充分性考虑一列基 \{B_n\} 使得 f 在其上的振幅分别小于 \frac{1}{n} ,再在诸 B_n 中各选取 x_n ,由Heine原理显然。

定义:在一个基上 f=o(g) 指的是在该基上有 f(x)=\alpha(x)\cdot g(x) ,且在该基上 \alpha(x) 是无穷小函数。

定义:在一个基上 f=O(g) 指的是在该基上有 f(x)=\beta(x)\cdot g(x) ,且在该基上 \beta(x) 是最终有界函数。

定义:在一个基上 f\asymp g 若在该基上有 f=O(g),g=O(f) ,此时称 f,g 同阶。

定义:在一个基上 f\sim g 指的是在该基上有 f(x)=\gamma(x)\cdot g(x) 且 \lim_{\mathcal{B}} \gamma(x)=1 ,此时称 f 在该基上渐进/等价于 g ,这是一个等价关系。

4 连续函数4.1 基本定义和实例

Remark:定义在某集合上的孤立点(不是极限点的点)是连续的,当然这是退化情形。

例子(Riemann函数):由于对任意的实数 a 的任意有界邻域,对任意的正整数 N 而言,在该邻域内的形如 \frac{m}{n} 的有理数,其中 n\forall\varepsilon>0,\exists\delta>0\forall x_1,x_2\in E,(|x_1-x_2|0,p,q\neq0,1,\frac{1}{p}+\frac{1}{q}=1">a,b>0,p,q\neq0,1,\frac{1}{p}+\frac{1}{q}=1 ,则 a^\frac{1}{p}b^\frac{1}{q}\leq\frac{1}{p}a+\frac{1}{q}b\quad(p>1)\\ a^\frac{1}{p}b^\frac{1}{q}\geq\frac{1}{p}a+\frac{1}{q}b\quad(px>0 时 x^\alpha-\alpha x+\alpha-1\leq 0 \quad 0



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