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¿Una serie de potencia que converge en todas partes en su círculo de convergencia define una función continua?

Considere la posibilidad de un complejo de alimentación de la serie $\sum a_n z^n \in \mathbb C[[z]]$ con radio de convergencia $0\lt r\lt\infty$ y supongamos que para cada $w$ con $\mid w\mid =r$ la serie $\sum a_n w^n $ converge .
Obtenemos así un complejo de valores de la función $f$ definido en el disco cerrado $\mid z\mid \leq r$ por la fórmula $f(z)=\sum a_n z^n$.

Mi pregunta: es $f$ continua ?

Esta es una ingenua pregunta que parece que debería ser contestadas en cualquier libro de análisis complejo.
Pero he comprobado bastantes libros, entre los cuales los grandes tratados : Behnke-Sommer, Berenstein-Gay, Knopp, Krantz, Lang, Remmert, Rudin, Stein-Shakarchi, Titchmarsh, ... .
No pude encontrar la respuesta, y sin embargo me siento seguro de que era conocido en el comienzo del siglo xx.

Editar
Muchas gracias a Julien que ha contestado a mi pregunta: Sierpinski demostrado (en 1916) que existe un poder de la serie de $\sum a_n z^n $ con radio de convergencia $r=1$ y asociada a la función de $f(z)=\sum a_n z^n $ no se limita a la cerrada de la unidad de disco y así, desde luego, no continuo.

Es extraño que no haya un solo libro sobre funciones complejas que parece que nunca han mencionado este ejemplo.

En el lado negativo, debo confesar que no entiendo Sierpinski del artículo en todos!
Él airdrops una muy complicado, extraño aspecto de potencia de la serie y demuestra que tiene las propiedades necesarias en una secuencia de primaria, pero ocultar completamente los cálculos.
Yo estaría muy agradecido a cualquiera que iba a escribir una nueva respuesta con un par de líneas de explicación en cuanto a lo que Sierpinski está haciendo en realidad.

63voto

gegtik Puntos 39

He buscado por todas partes por una respuesta a esta pregunta en mis días de estudiante. Encontré la respuesta en un papel por Sierpinski, "Sur une série potentielle qui, étant convergente en tout punto de hijo cercle de convergencia,représente sur ce cercle une función interrumpir ", que aparece en sus obras completas, ver aquí, p282) y, al parecer, fue publicado en 1916.

Sí confirma que su expectativa es que este era conocido en el comienzo del siglo xx (no sé si es la primera prueba o no, pero desde el papel es claro que Sierpinski pensaba que el resultado sea nuevo).

EDIT: me acabo de dar cuenta que no todo el mundo habla francés ;-) así que, para ser claros: Sierpinski produce un ejemplo donde la función converge en todas partes en el círculo unidad, pero es discontinua en el círculo.

40voto

Click Ok Puntos 521

Esta respuesta es en respuesta a la frase final, "yo estaría muy agradecido a cualquiera que iba a escribir una nueva respuesta con un par de líneas de explicación en cuanto a lo que Sierpinski está haciendo". De hecho, es fácil construir el poder de las series convergentes en el círculo de convergencia, pero son sin límites. Por ejemplo, $$ f(z)=\sum_{n=1}^\infty\frac1{n^5(1+in^{-3}-z)} $$ define una función cuyo poder de expansión de la serie tiene radio de convergencia 1 y converge en todas partes en el círculo unidad, pero es ilimitado en un barrio de la 1.

Un método de construcción de tales funciones es como una infinita suma $$ f(z)=\sum_{n=1}^\infty f_n(z). $$ Aquí, $f_n(z)$ son elegidos para tener un poder de expansión de la serie convergente en todas partes en la bola unidad cerrada. Deje $f^{(r)}_n(z)$ denotar la suma de los primeros $r$ el poder de términos de expansión de la serie de $f_n$. Tenemos que organizar lo que $f^{(r)}(z)\equiv\sum_nf_n^{(r)}(z)$ converge en la bola unidad cerrada, y que $f(z)=\lim_{r\to\infty}f^{(r)}(z)$ mantiene. Es decir, tenemos que ser capaces de conmutar el límite de $r\to\infty$ con la suma de más de $n$. Una condición suficiente para ser capaz de hacer esto es que el $\sum_n\sup_r\lvert f^{(r)}_n(z)\rvert < \infty$, para todos los $\lvert z\rvert\le1$. Que esto nos permite conmutar la suma con el límite es sólo un caso especial de la convergencia dominada.

A continuación, para asegurar que $f(z)$ es ilimitado en la unidad de la bola, queremos elegir $f_n$ tal de que no existe $q_n$ en la bola unidad cerrada con $f_n(q_n)$ grandes, y para que no se cancelan a cabo en la suma, por lo que el $f(q_n)$ es grande y diverge como $n\to\infty$.

Por ejemplo, elegir positivos reales $\delta_n,\epsilon_n$ tiende a cero, y el establecimiento $a_n=1+i\epsilon_n$, y $$ f_n(z)=\frac{\delta_n}{a_n-z}=\sum_{m=0}^\infty \delta_na_n^{m-1}z^m. $$ Estos son todos bien definida como la potencia de la serie con radio de convergencia mayor que 1. Además, las sumas parciales son $$ f^{(r)}_n(z)=\delta_n\frac{1-(z/a_n)^r}{a_n-z}, $$ que están delimitadas por $2\delta_n/\lvert a_n-z\rvert$. Como $a_n\to1$, este está delimitado por un múltiplo de $\delta_n$ para cada uno de ellos fijo $z\not=1$, por lo que la convergencia dominada se satisface la condición al $\sum_n\delta_n$ es finito. Por otro lado, si $z=1$,, a continuación,$\lvert a_n-z\rvert=\epsilon_n$, por lo que la convergencia dominada se satisface la condición en todas partes siempre $\sum_n\delta_n/\epsilon_n$ es finito. Siguiente, $f_n(z)$ alcanza su mayor valor en la unidad de la bola de a $q_n=a_n/\lvert a_n\rvert$, y su parte real no está dada por $$ \Re f_n(q_n)=\frac{\delta_n}{\sqrt{1+\epsilon_n^2}(\sqrt{1+\epsilon_n^2}-1)}\ge\frac{2\delta_n}{\epsilon_n^2\sqrt{1+\epsilon_n^2}}. $$ Como $f_m(z)$ tiene parte real positiva para todos los $m$, esta obligado también se aplica a las $f(q_n)$, y tenemos que $f$ es ilimitado siempre que $\delta_n/\epsilon_n^2\to\infty$. Estas condiciones son satisfechas mediante la toma de $\epsilon_n=n^{-3}$ e $\delta_n=n^{-5}$.

Alternativamente, para un ejemplo más cercano a Sierpinski es, considerar la elección de una secuencia $a_n\to1$ sobre el círculo unidad y positivos reales $K_n$, y el conjunto de $$ f_n(z)=K_n2^{-n}\sum_{k=0}^{2^n-1}a_n^{2^n-1-k}z^k=2^{-n}K_n\frac{a_n^{2^n} z^{2^n}}{a_n-z}. $$ Las sumas parciales de la energía de expansión de la serie de $f_n(z)$ están delimitadas por $2^{1-n}K_n/\lvert a_n-z\rvert$, por lo que la convergencia dominada se satisface la condición de $z\not=1$ mientras $\sum_n2^{1-n}K_n$ es finito. Sierpinski elige $a_n=(n^2-1+2ni)/(n^2+1)$, de modo que $a_n-1$ va a cero en la tasa de $1/n$. El dominado condición de convergencia es, por tanto, satisfecho siempre que $\sum_n2^{-n}K_nn$ es finito.

Ahora, $f_n(z)$ es maximizada en $z=a_n$ donde $\lvert f_n(a_n)\rvert=K_n$. Así, $$ \lvert f(a_n)\rvert\ge K_n-\sum_{m\no=n}\frac{2^{1-m}K_m}{\lvert a_m-a_n\rvert}. $$ Como $a_m-a_n$ está acotado abajo por un múltiplo de $1/m^2$, la suma de la derecha es limitada siempre que $\sum_m2^{-m}K_mm^2$ es finito, y $f(a_n)$ es ilimitado si también tomamos $K_n$ va al infinito. Sierpinski tarda $K_n=n^2$ aquí. Finalmente, en Sierpinski ejemplo, él multiplica $f_n$ por $z^{2^n}$. Esto no cambia nada, excepto para separar la no-cero términos de potencia de la serie de $f_n(z)$, por lo que el poder de la serie de $f(z)$ puede ser escrito fácilmente término por término.

8voto

Chris Becke Puntos 19910

Solo para completar la respuesta anterior, el ejemplo de Sierpiński se menciona (sin detalles, sin embargo) en al menos un libro, a saber, Una introducción al análisis complejo clásico de R. B. Burckel (Vol. 1, Cap. 3, p. 81).

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