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Ejemplos desagradables para diferentes clases de funciones

Dejemos que $f: \mathbb{R} \to \mathbb{R}$ sea una función. Normalmente, cuando se demuestra un teorema en el que $f$  se supone que es continua y diferenciable, $C^1$ o suave, basta con intuirlo suponiendo que $f$ es suave a trozos (algo que quizás se podría dibujar en un papel sin levantar el lápiz). Lo que quiero decir es que en todos estos casos mi imagen mental es más o menos la misma. Esto funciona la mayoría de las veces, pero a veces, por supuesto, no.

Por lo tanto, me gustaría pedir ejemplos de sistemas continuos, diferenciables y $C^1$  funciones, lo que pondría de manifiesto las diferencias entre las distintas clases. Me interesa especialmente cómo se pueden comparar las funciones desagradablemente diferenciables con las continuamente diferenciables. Además, si se da el caso de que el caso unidimensional resulta poco interesante, no dudes en ampliar tu respuesta a las funciones $\mathbb{R}^n \to \mathbb{R}^m$ . La respuesta óptima también enumeraría algunas "comprobaciones de cordura" mínimas generales para diferentes clases de funciones, que una demostración de un teorema relativo a una clase particular tendría que tener en cuenta.

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Julián Aguirre Puntos 42725

Otro ejemplo de lo que puede salir mal es Función de Volterra .

  • Es diferenciable en todas partes.
  • Su derivada está acotada en todas partes.
  • Su derivada no es Riemann-integrable.

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seat59j Puntos 29

Aunque tal vez no sea un buen ejemplo de funciones muy "desagradables", podrías mirar $f_i = x^i \sin(1/x)$ para $i=0,1,2,3$ para ver la distinción entre esas clases de funciones. Si establece $f_i(0)=0$ para todos $i$ entonces $f_0$ no es continua en $0$ , $f_1$ es continua pero no diferenciable en $0$ , $f_2$ es diferenciable pero no $C^1$ y $f_3$ es $C^1$ .

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Johan Puntos 1007

El artículo de Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Pompeiu_derivative da un ejemplo de lo mala que puede ser una derivada no continua.

Se puede demostrar que cualquier conjunto cuyo complemento es una intersección densa de un número contable de conjuntos abiertos es el punto de discontinuidad de alguna derivada. En particular, una derivada puede ser discontinua en casi todas partes y en un conjunto denso.

Véase el libro "Differentiation of Real Functions" de Andrew Bruckner para esto y mucho más.

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