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pregunta en segundo valor medio teorema para la integración

Me pregunto dos formas diferentes del segundo valor medio teorema para la integración. Para el uno en wikipedia, también me pregunto donde puedo encontrar una prueba.

La forma que he leído de otra referencia es que: $G:[a,b]\to \mathbb{R}$ es una forma monotónica y $\phi : [a, b] \to \mathbb{R}$ es una función integrable, entonces existe un número $x$ $[a, b]$ tal que

$$\int_a^b {G(t)\phi(t)}dt=G(a)\int_a^x{\phi(t)dt}+G(b)\int_x^b{\phi(t)dt}.$$

Nota la diferencia en donde $x$ se encuentra y si se va a usar el lado del límite de $G(a)$$G(b)$. Para mí, creo que si $G$ es de la derecha continua en $a$ o a la izquierda continua en $b$ no debe importar la integral $$\int_a^b {G(t)\phi(t)}dt$$, but clearly $G(a)$ vs. $G(a+)$ puede ser muy diferente.

Me pregunto si alguien me puede dar una prueba de que las dos son equivalentes. Gracias.

3voto

Did Puntos 1

Algunas notaciones. En primer lugar, para cada $x$$[a,b]$, vamos a $F(x)=\displaystyle\int_a^x\phi(t)\mathrm{d}t$, por lo tanto $F$ es continua y $F(a)=0$. Segundo, asumir que $G$ es no decreciente, el otro caso es similar. Por lo tanto existe una no negativo de medida $\mu$ tal que, para cada $x$ en $[a,b]$, $G(x)=G(a)+\displaystyle\int_a^x\mathrm{d}\mu(t)$.

Ahora para la prueba. El uso de una integración por partes, la integral de la $I$ $G\phi$ $[a,b]$ es $$ I=[F(t)G(t)]_a^b-\int_a^bF(t)\mathrm{d}\mu(t)=F(b)G(b)-\int_a^bF(t)\mathrm{d}\mu(t). $$ La hipótesis realizadas en $G$ significa que $\mu$ es no negativo de la medida por lo tanto el primer valor medio teorema para la integración de los rendimientos de la existencia de un punto de $x$ $[a,b]$ tal que $$ \int_a^bF(t)\mathrm{d}\mu(t)=F(x)\int_a^b\mathrm{d}\mu(t)=F(x)(G(b)-G(a)). $$ Volviendo a $I$, se obtiene $$ I=F(b)G(b)-F(x)(G(b)-G(a))=G(a)F(x)+G(b) F(b)-F(x)), $$ que, por definición, de $F$, es el deseado afirmación.

(No hay continuidad de $G$ es necesario.)

En caso de que usted se está preguntando, la primera media teorema del valor usado anteriormente no es el habitual, pero tiene la misma prueba que la usual. Es decir, $F$ continua en el conjunto compacto $[a,b]$ tiene un máximo de $M$ y un mínimo de $m$$[a,b]$, lo que $$ m\int_a^b\mathrm{d}\mu(t)\le\int_a^bF(t)\mathrm{d}\mu(t)\le M\int_a^b\mathrm{d}\mu(t). $$ (En este paso se utiliza la hipótesis de que la $\mu$ tiene signo constante.) En otras palabras, no existe $u$ $[m,M]$ tal que $$ \int_a^bF(t)\mathrm{d}\mu(t)=u\int_a^b\mathrm{d}\mu(t). $$ Ahora, la continuidad de $F$ implica que existe $x$ $[a,b]$ tal que $u=F(x)$ y listo.


La versión anterior Al $\phi$ tiene una constante de signo, esto es una consecuencia del teorema del valor intermedio. (Una versión anterior de este post no suponga $\phi$ de signo constante, por lo tanto, un argumento que estaba mal. Gracias al OP por haber preguntado a algunas explicaciones.)

Deje $I$ denotar la integral de $G\phi$ más de $[a,b]$, $J$ la integral de $\phi$$[a,b]$, e $H(x)$ el lado derecho de la igualdad desea probar. Suponga que $\phi$ es no negativa y $G$ es no decreciente, los otros casos son similares.

Desde $G(a)\le G(t)\le G(b)$ $\phi(t)\ge0$ por cada $t$ en $[a,b]$, $G(a)\phi(t)\le G(t)\phi(t)\le G(b)\phi(t)$ para cada $t$, por lo tanto $G(a)J\le I\le G(b)J$. La función de $x\mapsto H(x)$ es continua en el intervalo $[a,b]$, $H(a)=G(b)J\ge I$ y $H(b)=G(a)J\le I$, por lo tanto, por el teorema del valor intermedio, existe $x$ $[a,b]$ tal que $H(x)=I$.

(No hay continuidad de $G$ es necesario.)

3voto

Andy Irving Puntos 1125

La declaración de la segunda m.v.t. Yo uso para conocer las preocupaciones de funciones continuas, por lo que su prueba se basan en la primera m.v.t. para funciones continuas. Por lo tanto, yo tenía que trabajar a cabo una nueva prueba... Y, sorprendentemente, parece que tanto $G(a),G(b)$ $G(a^+),G(b^-)$ trabaja en la igualdad.

Por lo tanto, tal vez hay algo mal en mi prueba... Usted tiene que comprobar cuidadosamente. ^^


Prueba: Supongamos $G,\phi:[a,b]\to \mathbb{R}$ ser delimitada y Riemann integrable sobre $[a,b]$ $G(x)$ estar disminuyendo. Es obvio que no es suficiente para demostrar que existe $\xi ,\eta \in [a,b]$ s.t.:

$\int_a^b \phi G =G(a^+)\int_a^\xi \phi =G(a)\int_a^\eta \phi$

para no negativo $G(x)$, porque si $G(x)$ toma valores positivos y negativos, a continuación, $G(x)-G(b^-)$ $G(x)-G(b)$ son no negativos (el primero es negativo sólo en $b$, pero un punto es insignificante w.r.t. la integración).

Set:

$l_k:=\inf_{[x_k,x_{k+1}]} \phi,\ L_k :=\sup_{[x_k,x_{k+1}]} \phi$

$m_k:=\inf_{[x_k,x_{k+1}]} G,\ M_k :=\sup_{[x_k,x_{k+1}]} G$

y tenga en cuenta que el rango de $\phi(x) G(x)\Big|_{[x_k,x_{k+1}]}$$\subseteq [\min \{ l_k m_k,l_k M_k\}, \max \{ L_k m_k, L_k M_k\}]=:I_k$. Deje $D=\{a=x_0<x_1<\ldots <x_n<x_{n+1}=b \}$ ser una partición de $[a,b]$ y escribir la suma de Riemann:

$\sigma_D (\lambda_0\mu_0,\ldots ,\lambda_n \mu_n) :=\sum_{k=0}^n \lambda_k \mu_k (x_{k+1}-x_k)$,

donde $\lambda_k\in [l_k,L_k],\ \mu_k \in [m_k, M_k]$ (de modo que $\lambda_k\mu_k \in I_k$): es bien sabido que $\sigma_D(\lambda_k\mu_k) \to \int_a^b \phi G$ cuando el diámetro de $D$ se reduce a $0$ independientemente de cómo elegimos $\lambda_k, \mu_k$.

Ahora establezca $\Phi (x):=\int_a^x \phi$ y elija $\lambda_k$ s.t. $\lambda_k (x_{k+1}-x_k)=\int_{x_k}^{x_{k+1}}\phi =\Phi(x_{k+1}) -\Phi (x_k)$ (lo cual es posible para el primer m.v.t.): por lo tanto, la suma de Riemann vuelve a escribir:

$\sigma_D(\lambda_k\mu_k)=\sum_{k=0}^n \mu_k [\Phi (x_{k+1})-\Phi (x_k)] = \sum_{k=0}^{n-1} (\mu_k -\mu_{k+1})\Phi (x_{k+1}) + \mu_{n} \Phi (x_{n+1})$.

$\Phi(x)$ es un almacén de la función en $[a,b]$ ( $\phi$ ), y las diferencias $\mu_-\mu_{k+1}$ son no negativos (debido a $G(x)$ disminuye uno ha $m_k\geq M_{k+1}$, e $\mu_k \in [m_k,M_k], \mu_{k+1}\in [m_{k+1},M_{k+1}]$), por lo tanto:

(*) $p\mu_0 \leq \sigma_D(\lambda_k \mu_k)\leq P\mu_0$,

donde$p:=\inf_{[a,b]} \Phi$$P:=\sup_{[a,b]} \Phi$.

Ahora es claro que en (*) se puede elegir la $\mu_0$ arbitrariamente: en particular, uno puede elegir a $\mu_0=G(a^+)$ o $\mu_0=G(a)$, y en cada caso, uno se pone un uniforme de obligado (w.r.t. $D$ )$\sigma_D(\lambda_k,\mu_k)$.

Por último, dejar que el diámetro de $D$ tienden a $0^+$, se tiene:

$p\mu_0\leq \int_a^b\phi G \leq P\mu_0$,

por lo tanto la aplicación de la primera m.v.t. a la función continua $\Phi(x)$ uno tiene la demanda, con dos diferentes punto de $\xi,\eta$ (en general), dependiendo de la elección de $\mu_0$.

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