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Cálculo, función integrable

Deje $f:[a,b]\to \mathbb{R}$ ser integrable. Demostrar que las siguientes afirmaciones son equivalentes:

  1. $\int_a^b \lvert f(x) \rvert dx = 0$

  2. Si $f$ es continua en a$c$, $f(c)=0$

  3. El interior de $X=\{x\in[a,b]; f(x)\neq 0\}$ está vacía, es decir, $\operatorname{int}(X) = \emptyset$

Me resultó $(1) \implies (2)$, pero estoy luchando para probar el resto de los casos.

Caso $(1)\implies (2)$: Supongamos $f$ es continua en a$c$$f(c)\neq 0$, $\lvert f(c) \rvert > 0$ donde $\lvert f \rvert$ es también continua en $c$. Entonces existe un abierto $I$ tal que $x\in I$$\lvert f(x) \rvert > 0$. Deje $[c_1,c_2]\subset I$, luego

$$ \int_a^b \lvert f(x) \rvert dx = \int_a^{c_1} \lvert f(x) \rvert dx + \int_{c_1}^{c_2} \lvert f(x) \rvert dx + \int_{c_2}^b \lvert f(x) \rvert dx > 0$$

Contradicción. A continuación,$f(c)=0$.

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Amr Ibrahim Puntos 341

Para $(2)\Rightarrow(3)$: primero Vamos a mostrar que la continuidad de los puntos de cualquier Riemann integrable función es denso en $[a,b]$. Supongamos que este no es el caso.

Definir la oscilación de $f$ a un punto de $x$$\omega_f(x)=\inf\left\{\operatorname{diam}f(U):U\text{ open}, x\in U\right\}$, e $O_\epsilon=\left\{x\in[c,d]:\omega_f(x)<\epsilon\right\}$. Tenga en cuenta que $O_\epsilon$ está abierto, y que el conjunto de puntos de continuidad de $f$ ( $[c,d]$ )$\bigcap_mO_{1/m}$, lo que estamos suponiendo que no densa. Por Baire teorema de, al menos, una de las $O_{1/m}$ no es denso en $[a,b]$, por lo que hay un intervalo de $[e,f]$ que no se cruzan $O_{1/m}$.

Ahora podemos señalar los siguientes: si $y$ es cualquier punto en $[e,f]$, e $I$ es cualquier intervalo que contenga $y$ en su interior, $\operatorname{diam}f(I)\geq 1/m$, debido a $\omega_f(y)\geq 1/m$ y por la definición de la oscilación.

Deje $P$ ser una partición de $[a,b]$ que es lo suficientemente fina, en el sentido de que $[c,d]$ es una unión de elementos de $P$. El nombre de estos elementos $I_1,\ldots,I_n$. Cada una de las $I_i$ contiene un punto de $[e,f]$ en su interior, por lo que la diferencia de la parte superior e inferior de las sumas de Riemann para $P$ es $$\sum_{I\in P}\operatorname{diam}(f(I))\cdot\operatorname{length}(I)\geq\sum_{i=1}^n\frac{1}{m}\operatorname{length}(I_i)=\frac{f-e}{m}$$ de modo que la diferencia entre la parte superior e inferior de las sumas de Riemann está delimitado a continuación, en contradicción de integrabilidad de Riemann de $f$. Llegamos a la conclusión de que el conjunto de puntos de continuidad de $f$ es densa.

Ahora supongamos que el interior de $X$ no estaba vacía. A continuación, $X$ contendría una continuidad punto de $x$, que podría satisfacer $f(x)\neq 0$, contradiciendo (2).

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zhw. Puntos 16255

Para 3) implica 1): Lo primero que se debe tener en cuenta es que ya que$f$ es Riemann integrable en$[a,b],$, entonces es$|f|.$ Para cualquier partición$P$ de$[a,b],$ cada subintervalo debe contener un punto que no esté en$X.$ (de lo contrario$X$ contiene un subintervalo). Entonces$f$ desaparece en algún lugar de cada subintervalo. De ello se deduce que para cada partición, la suma más baja para$|f|$ es$0.$ Dado que$\int_a^b|f| $ es la suma máxima de todas las sumas más bajas, tenemos$\int_a^b|f|=0. $

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