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$f_1, f_2 : \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ nonconstant, continuo, con período de $1, \sqrt{2}$, respectivamente, entonces $f_1 + f_2$ no es periódica

He estado trabajando en este problema durante varias horas, pero me quedo pegado. Supongamos $f_1, f_2 : \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ periódica con período de $1, \sqrt{2}$, respectivamente, y que cada uno de $f_1, f_2$ es no constante, continuo. A continuación, $f_1 + f_2$ no es periódica.

Mis pensamientos hasta el momento:

Supongamos $p$ es el período de $f_1 + f_2$. Quiero usar el hecho de que $\{n\sqrt{2}\}$ es denso en $\mathbb{R}/(x \sim x+p)$ a venir para arriba con una contradicción. He intentado numerosas rutas de acceso, que iba a tardar una eternidad en escribir. Ahora sólo estoy esperando a encontrar la solución. Puedo dar más de mi intento, si es necesario.

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user15381 Puntos 32

Vamos a mostrar la siguiente propiedad : si $f_1$ periodo $T_1 > 0$, $f_2$ período $T_2 > 0$, $f_1$ y $f_2$ son continuos y no constantes, y $(T_1,T_2)$ es linealmente independiente sobre $\mathbb Q$, a continuación, $f=f_1+f_2$ no puede ser periódica.

Su pregunta es el caso de la $T_1=1,T_2=\sqrt{2}$.

Supongamos por contradicción que $f$ periodo $T>0$. Si $T$ es un racional múltiples de $T_1$, entonces existen enteros positivos $a$ $b$ tal que $aT=bT_1$. Que nos llame a $S$ el número que aparece en ambos lados de esta igualdad. A continuación, $f$ $f_1$ ambos $S$-periódico ; así es $f_2=f-f_1$. A continuación, $f_2$ dos ${\mathbb Q}$-linealmente independientes de los periodos y es continuo, que sólo es posible si $f_2$ es constante, que contradice la hipótesis.

Por lo $T$ no es un racional múltiples de $T_1$. Del mismo modo, $T$ no es un racional múltiples de $T_2$.

Por la propiedad que se muestra en este MSE pregunta, podemos deducir que

$$ \lim_{n\to+\infty}\frac{\displaystyle \sum_{k=1}^{n} f(x+kT_1)}{n}= \int_{0}^{T} f(t) dt \etiqueta{1} $$

Pero $f=f_1+f_2$ y

$$ \frac{\displaystyle \sum_{k=1}^{n} f_1(x+kT_1)}{n}=f_1(x) , \ \ \lim_{n\to+\infty}\frac{\displaystyle \sum_{k=1}^{n} f_2(x+kT_1)}{n}= \int_{0}^{T_2} f_2(t) dt \etiqueta{2} $$

Esto implica que

$$ \int_{0}^{T} f(t) dt = f_1(x)+ \int_{0}^{T_2} f_2(t) dt \etiqueta{3} $$

lo que se contradice con el hecho de que $f_1$ es no constante. Esto termina la prueba.

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