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Función $\Bbb Q\rightarrow\Bbb Q$ con una derivada irracional en todas partes

Como en el tema, mi pregunta es la siguiente:

¿Existe una función $f:\Bbb Q\rightarrow\Bbb Q$ tal que $f'(q)$ existe y es irracional para todos $q\in\Bbb Q$ ?

En aras de la exhaustividad, defino $f'(q)$ como límite de $\lim\limits_{h\rightarrow 0}\frac{f(q+h)-f(q)}{h}$ donde $h$ se extiende sobre números racionales. No conozco ninguna definición "razonable" diferente de derivada para la función de $\Bbb Q$ a sí mismo,, pero si puedes encontrar un ejemplo de una función como en cuestión, o demostrar que no hay ninguna, para alguna noción diferente de derivada, me encantaría verlo.

No puedo aportar muchos datos sobre esta cuestión, sólo es algo que me he estado preguntando en los últimos días.

Gracias de antemano por todos los comentarios.

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Michael Steele Puntos 345

Sí, hay muchos.

Dejemos que $\alpha$ sea cualquier número irracional y construyamos una función cuya derivada sea $\alpha$ .

Elegimos una enumeración de los racionales $\{r_1,r_2,r_3,\ldots\}$ y elegiremos cada $f(r_n)$ en orden. Al mismo tiempo, con el fin de hacer $f'(r_n) = \alpha$ decidiremos cómo exprimir el gráfico de $f$ cerca de $r_n$

Supongamos que hemos elegido $n$ puntos y que hemos restringido el gráfico restante de $f$ a algún conjunto abierto $U_n \subset \Bbb R^2$ donde $\pi(U_n) = \Bbb R \setminus \{r_1,\ldots,r_n\}$ ( $\pi : \Bbb R^2 \to \Bbb R$ es la proyección sobre el $x$ -eje) .

Primero, elegimos un valor racional $y_{n+1}$ para $f(r_{n+1})$ tal que $(r_{n+1},y_{n+1}) \in U_n$ ( $U_n \cap \pi^{-1}(r_{n+1})$ es no vacía por la hipótesis de inducción, y $U_n$ es abierta, por lo que podemos encontrar un valor racional en ella).

A continuación, elegimos dos parábolas tangentes en $(r_{n+1},y_{n+1})$ con pendiente $\alpha$ (uno de ellos al revés) y en particular elegimos su coeficiente principal lo suficientemente grande (en valor absoluto) como para que la parábola superior no se encuentre con el borde inferior de $U_n$ y la parábola inferior no se encuentra con el borde superior de $U_n$ (esos bordes son un número finito de piezas de parábola por lo que es posible).

Entonces elegimos $U_{n+1}$ para ser la intersección de $U_n$ y la región entre las dos parábolas. Entonces $\pi(U_{n+1}) = \pi(U_n) \setminus \{r_{n+1}\}$ y cualquier función cuya gráfica permanezca en $U_{n+1}$ tendrá una derivada $\alpha$ en $r_{n+1}$ .

Una vez que hayamos hecho esto para cada $n$ tenemos una función $\Bbb Q \to \Bbb Q$ "diferenciable" en todas partes con la derivada $\alpha$ .

Aunque, puede que no se vea bien y no tenga una extensión continua para $\Bbb R$ . Incluso puede elegir cualquier función $g : \Bbb Q \to \Bbb R$ y forzar $f' = g$

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