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書記が数学やるだけ#253 極限と積分の順序交換,Arzelàの定理

極限と積分の順序交換についての追加事項を扱う。


問題

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説明

極限と積分の交換が可能となる条件の一つは,「閉区間」で連続な関数列が「一様収束」すること,を以前示した。


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「一様収束」でなく,「一様有界」で良いとしたものがArzelàの定理である。これはLebesgueのの優収束定理の特別な場合である。

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Mの代わりに優関数にしても,同じことが成立する。

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解答

まず,一様収束ならば順序交換可能であることを示しておく。

数学やるだけ解答#253_page-0001


次に,Arzelàの定理を証明する。「一様収束」を「一様有界」に変えただけなのだが,難易度はグッと上がる。

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数学やるだけ解答#253_page-0003


snが連続であれば,ここでDiniの定理を使うことで証明が終わる。

ここからは,snが連続ではない(高々有限個の不連続点をもつ)場合について。

数学やるだけ解答#253_page-0004


数学やるだけ解答#253_page-0005


数学やるだけ解答#253_page-0006


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