18 votos

Diferencia de diferenciación bajo muestra integral Lebesgue Riemann

Aquí es una consecuencia de Lebesgue teorema de convergencia dominada por la diferenciación bajo el signo integral.

La función $f(x, t)$ es diferenciable en a $x_0$ en casi todas las $t \in A$, e $t \to f(x, t)$ es integrable. Por otra parte, existe una función integrable $g(t)$ tal que $|(\partial{f}/\partial{x})(x,t)| \le g(t)$. Entonces tenemos $$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left( \int_A f(x,t) ~ \mathrm{d}t \right)\bigg|_{x=x_0} = \int \frac{\partial{f}}{\partial{x}}(x_0,t) ~ \mathrm{d}t. $$


Por supuesto, aquí la palabra "integrar" significa "Lebesgue integrables". Pero, si leemos la palabra "integración" como "impropia de Riemann integrable" y agregar el supuesto de que la derivada parcial es continua, entonces creo que la afirmación es verdadera. Weierstrass M-test para las integrales garantiza la uniformidad en la convergencia de la integral impropia y podemos intercambiar los differentiaion y la integración. Si $f$ es integrable en ambos (impropias de Riemann y Lebesgue sentido, el aumento sólo de la interpretación de la integral como Lebesgue uno es gettig deshacerse de la condición de continuidad de la derivada parcial. ¿Es lo correcto?

6voto

PhoemueX Puntos 19354

De lo que se escribe es más o menos cierto. Primero se nota que no es suficiente para suponer que el $f(x,t)$ es diferenciable en a $x_0$ (para (casi) todos los $t$), tenemos que hay un neighorhood $(x_0 - \varepsilon, x_0 + \varepsilon) =:I$ tal que $f(\cdot, t)$ es diferenciable en a $x$ todos los $x \in I$, y (casi) todos los $t \in A$, donde el "excepcional null conjunto" debe no dependen $x$.

La suposición $|\partial f/\partial x (x,t)| \leq g(x)$ sólo tiene sentido en esta configuración, de lo contrario sólo podría exigir $x_0$ en lugar de $x$ y la prueba también las necesidades de este supuesto (ver más abajo).

Ahora, vamos a $h_n \to 0$ $h_n \neq 0$ todos los $n$ y w.l.o.g. con $x_0 + h_n \in I$ todos los $n$. Vamos $$ F(x) := \int_A f(x,t) \, dt \text{ para } x \in I,\\ G(x) := \int_A \frac{\partial f}{\partial x}(x,t) \, dt \text{ para } x \in I. $$ Aquí, la integral de la definición de $F$ se interpreta como impropia de Riemann integral (es posible que esta integral no existe como una integral de Lebesgue), pero la integral de la definición de $G$ se interpreta como una integral de Lebesgue. Si $t \mapsto \frac{\partial f}{\partial x}$ es Riemann integrable sobre cada compacto subinterval de $A$ (por ejemplo, si es continua en a $t$), a continuación, también puede ser interpretado como impropia de Riemann integral, al menos si hemos de suponer que el que domina la función $g$ (impropias de Riemann integrable.

Observar que los supuestos garantía de que $F,G$ están bien definidos. Medición de la $t \mapsto \frac{\partial f}{\partial x}(x,t)$ por cada $x \in I$ está implícita en la pointwise convergencia $$\frac{\partial f}{\partial x}(x,t) = \lim_n \frac{f(x+h_n, t) - f(x,t)}{h_n}, $$ que va a ser empleado también por debajo.

Ahora tenemos \begin{eqnarray*} \left|\frac{F\left(x_{0}+h_{n}\right)-F\left(x_{0}\right)}{h_{n}}-G\left(x_{0}\right)\right| & = & \left|\int_{A}\frac{f\left(x_{0}+h_{n},t\right)-f\left(x_{0},t\right)}{h_{n}}-\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0},t\right)\,{\rm d}t\right|\\ & \leq & \int_{A}\left|\frac{f\left(x_{0}+h_{n},t\right)-f\left(x_{0},t\right)}{h_{n}}-\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0},t\right)\right|\,{\rm d}t. \end{eqnarray*} Tenga en cuenta que el integrands son medibles y que para (casi) todos los $t \in A$, el valor medio teorema de los rendimientos de algunos $\xi_{n,t} \in I$ (incluso entre los $x_0$$x_0 +h_n$) tales que $$ \left|\frac{f\left(x_{0}+h_{n},t\right)-f\left(x_{0},t\right)}{h_{n}}\right|=\left|\frac{\partial f}{\partial x}\left(\xi_{n,t},t\right)\right|\leq g\left(t\right). $$ Esto muestra que el integrands en las integrales son Lebesgue integrable y dominado por una función integrable. Como el integrando en la última integral converge pointwise a$0$$n \to \infty$, el teorema de convergencia dominada de los rendimientos $$ \left|\frac{F\left(x_{0}+h_{n}\right)-F\left(x_{0}\right)}{h_{n}}-G\left(x_{0}\right)\right| \a 0, $$ de modo que $F$ es diferenciable (en $x_0$) con la espera de la derivada.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X