関数列の極限と積分トピック一覧  

 関数列の一様収束についてのコーシーの判定条件/ワイエルストラスのM判定法  

1変数関数からなる関数列関連ページ
   
関数列・関数項級数とその極限の定義/一様収束判定条件/極限関数の連続性/単関数列近似  
総目次

定理:極限と積分の順序交換

定理

(条件1) 関数列{ fn(x)}の各項f1(x), f2(x), f3(x),…がすべて閉区間[a,b]上で連続
かつ
(条件2) 関数列{ fn(x)}閉区間[a,b]上で極限関数f (x)一様収束
が成り立つ
ならば

ないし、
極限関数f (x)を、  で表して、

[文献]
小平『
解析入門I
 
53a定理5.8(p.223);
小平『解析入門II
 
63a (p.298)
吹田新保『理工系の微分積分学
 第
53(p.142);
黒田『微分積分』定理7.1(p.228.);
ルディン『現代解析学7.14(p.152):スチルチェス積分のケース。

そもそも、f1(x), f2(x), f3(x),…って、積分できるの?(上の式の左辺について)
  条件
1で、f1(x), f2(x), f3(x),…は閉区間[a,b] 上で連続閉区間上の連続関数は積分可能だから、
  
f1(x), f2(x), f3(x),…は閉区間[a,b]で積分可能。 

※そもそも、極限関数f (x)って、積分できるの?(上の式の右辺について)
  条件
1で、定理より、条件2のもとでは、極限関数f (x)は閉区間[a,b] 上で連続
  
閉区間上の連続関数は積分可能だから、極限関数f (x)は閉区間[a,b]で積分可能。 

証明

右に揚げた文献を参照のこと。

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定理:項別積分

定理

(条件1) 関数列{ fn(x)}の各項f1(x), f2(x), f3(x),…がすべて閉区間[a,b]上で連続
かつ
(条件2) 関数列{ fn(x)}からつくった関数項級数
       
閉区間[a,b]一様収束
が成り立つ
ならば

[文献]
小平『
解析入門I53a(p.223);
吹田新保『理工系の微分積分学
 第
53(p.142);
黒田『微分積分』定理7.3(p.231.);

   

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アルツェラの定理Arzela's theorem

定理

(条件1) 関数列{ fn(x)}の各項f1(x), f2(x), f3(x),…がすべて閉区間[a,b]上で連続
かつ
(条件2) 関数列{ fn(x)}閉区間[a,b]上で
      
極限関数f (x)(一様収束しなくても)各点収束する
が成り立つ
(条件3) 関数列{ fn(x)}が一様に有界、
       すなわち、、
          
       をすべてのnにたいして満たす、共通のMが存在 
ならば

ないし、
極限関数f (x)を、  で表して、

 

[文献]
小平『
解析入門I53b定理5.10(pp.224-9):証明付;
黒田『微分積分』第71(p.229.):証明略;

ルベーク積分論におけるルベーグの項別積分定理の特殊ケース。

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(reference)

吹田・新保『理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年、第53(pp.137-9).
小平邦彦『解析入門I (軽装版)岩波書店、2003年、第53a-b(pp.223-229.)
黒田成俊『
21世紀の数学1:微分積分』共立出版、2002年、第71(pp.228-9.)。標準的。非常に丁寧。
Walter Rudin,Principles of Mathematical Analysis,Mcgraw-Hill,1953-1976.
=ウォ−ルタ−・ルディン『現代解析学』共立出版、1971年、第77.1-:。ただ定義と定理を説明するのではなく、関数列で扱う主要問題と狙いを深いところから説明していて助かる。特に、連続関数列の極限が連続であるかどうかという問題が、極限の順序交換可能性の問題にほかならないなどとあらかじめ説明している点。
高橋一『
経済学とファイナンスのための数学』新世社、1999年、第22.1I(p.43):10行だけの説明。
Fischer,Emanuel
.Intermediate Real Analysis(Undergraduate Texts in Mathematics),Springer-Verlag New York Heidelberg Berlin,1983,ChapterXI-II.