Discussion:
Funkcja jednostajnie ciągła - definicja
(Wiadomość utworzona zbyt dawno temu. Odpowiedź niemożliwa.)
Mark
2007-11-26 11:04:11 UTC
Permalink
Cześć,
spotkałem się z następującymi definicjami funkcji
jednostajnie ciągłych:
1. Powiadamy, że funkcja f(x) określona w przedziale
(a, b) jest jednostajnie ciągła w tym przedziale,
jeżeli obrawszy sobie dowolną liczbę epsilon>0,
możemy podzielić przedział (a, b) na skończoną liczbę
odcinków w ten sposób, że wartości funkcji w w dwu
dowolnych punktach tego samego odcinka różnią się
od siebie o mniej niż epsilon.

2. Dla każdej liczby epsilon>0 istnieje liczba
delta>0 taka, że dla dowolnej pary liczb x, u
należących do zbioru A z nierówności
|x-u|<delta wynika nierówność |f(x)-f(u)|<epsilon;
(Matematyka, Encyklopedia, WSiP, 1988)

i mam pytanie: czy któraś z nich jest błędna? Moim
zdaniem ewidentnie tak, bo np. gdy obierzemy jakiś
przedział (a,b) dla funkcji y=x^2, to:

1. da się
tenże przedział podzielić na skończoną liczbę odcinków
w ten sposób, że wartości funkcji w dwu dowolnych
punktach tego samego odcinka będą się różniły od siebie
o mniej niż epsilon.
(czyli funkcja jest jednostajnie ciągła w myśl
definicji 1)

2. nie da się wskazać takiego delta, że dla dowolnej
pary liczb x,u należącej do przedziału (a,b) z nierówności
|x-u|<delta wynika nierówność |f(x)-f(u)|<epsilon
(czyli funkcja nie jest jednostajnie ciągła w myśl
definicji 2).

Jeżeli gdzieś w powyższym rozumowaniu jest błąd, to będe
wdzięczny za wskazanie go. Ponadto, o ile nie sprawi
to większego kłopotu, to chciałbym zobaczyć
w jaki sposób można udowodnić formalnie, iż definicja
1. jest równoważna definicji 2. Z góry dzięki.
Maciek
2007-11-26 11:31:12 UTC
Permalink
Post by Mark
Cześć,
spotkałem się z następującymi definicjami funkcji
1. Powiadamy, że funkcja f(x) określona w przedziale
(a, b) jest jednostajnie ciągła w tym przedziale,
jeżeli obrawszy sobie dowolną liczbę epsilon>0,
możemy podzielić przedział (a, b) na skończoną liczbę
odcinków w ten sposób, że wartości funkcji w w dwu
dowolnych punktach tego samego odcinka różnią się
od siebie o mniej niż epsilon.
2. Dla każdej liczby epsilon>0 istnieje liczba
delta>0 taka, że dla dowolnej pary liczb x, u
należących do zbioru A z nierówności
|x-u|<delta wynika nierówność |f(x)-f(u)|<epsilon;
(Matematyka, Encyklopedia, WSiP, 1988)
i mam pytanie: czy któraś z nich jest błędna? Moim
zdaniem ewidentnie tak, bo np. gdy obierzemy jakiś
1. da się
tenże przedział podzielić na skończoną liczbę odcinków
w ten sposób, że wartości funkcji w dwu dowolnych
punktach tego samego odcinka będą się różniły od siebie
o mniej niż epsilon. (...)
2. nie da się wskazać takiego delta, że dla dowolnej
pary liczb x,u należącej do przedziału (a,b) z nierówności
|x-u|<delta wynika nierówność |f(x)-f(u)|<epsilon
Owszem, da się.

Weź za deltę długość najkrótszego odcinka z pktu 1.
Post by Mark
(...) w jaki sposób można udowodnić formalnie,
iż definicja 1. jest równoważna definicji 2.
1 => 2: weź za deltę długość najkrótszego podprzedziału.
2 => 1: podziel na przedziały nie dłuższe niż delta.


Maciek
Mark
2007-11-26 11:51:42 UTC
Permalink
Post by Maciek
Post by Mark
(...)
Owszem, da się.
Weź za deltę długość najkrótszego odcinka z pktu 1.
Post by Mark
(...) w jaki sposób można udowodnić formalnie,
iż definicja 1. jest równoważna definicji 2.
1 => 2: weź za deltę długość najkrótszego podprzedziału.
2 => 1: podziel na przedziały nie dłuższe niż delta.
Masz rację. Ale w takim razie w encyklopedii jest
błąd, bo tam podają funkcję y=x^2 jako
przykład funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie
ciągłej (z komentarzem: wybór delta przy ustalonym
epsilon zależy od wyboru punktu x). A zatem
przyjęto tam nieuzasadnione założenie, że
jeżeli weźmiemy punkty z lewej i prawej
strony odcinka, to różnica wartości
funkcji odpowiadająca tym argumentom musi
wynosić epsilon, a definicja wcale nie
nakłada takiego ograniczenia, mam rację?

Ale w związku z tym miałbym jeszcze prośbę
o przykład funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie
ciągłej, taki, aby pozwolił sobie łatwo wyrobić
intuicję, czym jest funkcja jednostajnie ciągła.
Dzięki.
Tomasz Dryjanski
2007-11-26 19:34:50 UTC
Permalink
1 => 2: weŒ za deltê d³ugo¶æ najkrótszego podprzedzia³u.
2 => 1: podziel na przedzia³y nie d³u¿sze ni¿ delta.
Masz racjê. Ale w takim razie w encyklopedii jest
b³±d, bo tam podaj± funkcjê y=x^2 jako
przyk³ad funkcji ci±g³ej, ale nie jednostajnie
ci±g³ej (z komentarzem: wybór delta przy ustalonym
epsilon zale¿y od wyboru punktu x). A zatem
przyjêto tam nieuzasadnione za³o¿enie, ¿e
je¿eli weŒmiemy punkty z lewej i prawej
strony odcinka, to ró¿nica warto¶ci
funkcji odpowiadaj±ca tym argumentom musi
wynosiæ epsilon, a definicja wcale nie
nak³ada takiego ograniczenia, mam racjê?
y=x^2 okre¶lona na dowolnym przedziale skoñczonej d³ugo¶ci jest jednostajnie
ci±g³a. Ale nie jest jednostajnie ci±g³a w ca³ej dziedzinie: dla danego
epsilona dowolnie wybrana delta nie bêdzie spe³niaæ nierówno¶ci podanej w
definicji, o ile x jest dostatecznie du¿e.
Ale w zwi±zku z tym mia³bym jeszcze pro¶bê
o przyk³ad funkcji ci±g³ej, ale nie jednostajnie
ci±g³ej, taki, aby pozwoli³ sobie ³atwo wyrobiæ
intuicjê, czym jest funkcja jednostajnie ci±g³a.
Dziêki.
Najpro¶ciej powiedzieæ tak, ¿e jest to funkcja, która nie przekracza pewnego
maksymalnego nachylenia. Oczywi¶cie, jak widaæ z przyk³adu z y=x^2,
jednostajna ci±g³o¶æ mo¿e zale¿eæ od wyboru dziedziny.
Inny przyk³ad funkcji ci±g³ej, ale nie jednostajnie ci±g³ej, i to na
przedziale domkniêtym: y = sqrt (x), x \in [0, 1]. W okolicy zera funkcja
staje siê "coraz bardziej stroma", innymi s³owy, przy ustalonym epsilonie, w
miarê przesuwania siê w kierunku 0, delty malej± nieskoñczenie.

T. D.
Maciek
2007-11-27 07:46:24 UTC
Permalink
Post by Mark
(....................)
Ale w związku z tym miałbym jeszcze prośbę
o przykład funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie
ciągłej, taki, aby pozwolił sobie łatwo wyrobić
intuicję, czym jest funkcja jednostajnie ciągła.
Dzięki.
Najprościej powiedzieć tak, że jest to funkcja, która nie przekracza
pewnego maksymalnego nachylenia. Oczywiście, jak widać z przykładu
z y=x^2, jednostajna ciągłość może zależeć od wyboru dziedziny.
Inny przykład funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie ciągłej,
i to na przedziale domkniętym: y = sqrt (x), x \in [0, 1].
Obawiam się że się mylisz...
W okolicy zera funkcja staje się "coraz bardziej stroma",
To prawda...
innymi słowy, przy ustalonym epsilonie, w miarę przesuwania się
w kierunku 0, delty maleją nieskończenie.
...ale tu chyba wnioskowanie Cię zawiodło.

Proponuję wziąć: delta = epsilon^2.


Maciek
Tomasz Dryjanski
2007-11-28 21:08:24 UTC
Permalink
Post by Tomasz Dryjanski
Inny przyk³ad funkcji ci±g³ej, ale nie jednostajnie ci±g³ej,
i to na przedziale domkniêtym: y = sqrt (x), x \in [0, 1].
Obawiam siê ¿e siê mylisz...
Post by Tomasz Dryjanski
W okolicy zera funkcja staje siê "coraz bardziej stroma",
To prawda...
Post by Tomasz Dryjanski
innymi s³owy, przy ustalonym epsilonie, w miarê przesuwania siê
w kierunku 0, delty malej± nieskoñczenie.
...ale tu chyba wnioskowanie Ciê zawiod³o.
Proponujê wzi±æ: delta = epsilon^2.
Oj, przepraszam... Z niejasnego powodu pomiesza³a mi siê jednostajna
ci±g³o¶æ z warunkiem Lipschitza.
Dziêki za sprostowanie!

T. D.

Maciek
2007-11-27 07:35:25 UTC
Permalink
Post by Mark
Post by Maciek
Post by Mark
(...) w jaki sposób można udowodnić formalnie,
iż definicja 1. jest równoważna definicji 2.
1 => 2: weź za deltę długość najkrótszego podprzedziału.
2 => 1: podziel na przedziały nie dłuższe niż delta.
Masz rację. Ale w takim razie w encyklopedii jest
błąd, bo tam podają funkcję y=x^2 jako przykład
funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie ciągłej
No bo ona jest jednostajnie ciągła na każdym przedziale
ograniczonym, ale nie w nieograniczonych. Tzn. nie jest
ciągła jednostajnie w całej dziedzinie.
Post by Mark
(z komentarzem: wybór delta przy ustalonym
epsilon zależy od wyboru punktu x).
No właśnie! Dla dowolnie wybranego epsilon i delta można
znaleźć dostatecznie duże x, w którym wykres funkcji jest
tak stromy, że dla argumentów x i x+delta wartości x^2
i (x+delta)^2 różnią się o więcej niż epsilon.

Nie istnieje więc podział *całej* dziedziny na przedziały,
gwarantujący spełnienie warunku z definicji nr 1.
Post by Mark
A zatem
przyjęto tam nieuzasadnione założenie, że
jeżeli weźmiemy punkty z lewej i prawej
strony odcinka, to różnica wartości
funkcji odpowiadająca tym argumentom musi
wynosić epsilon,
Nic podobnego. Tak można by wyrazić definicyjny warunek
przy dodatkowym założeniu że funkcja jest monotoniczna,
bo tylko wtedy mamy gwarancję, że maksymalna różnica
wartości realizuje się na końcach przedziału.

Poza tym, jak sam napisałeś, chodzi o pewien przedział (a, b).
Jak wskazują okrągłe nawiasy, przedział OTWARTY. Dla takiego
przedziału nie można założyć że "weźmiemy punkty z lewej
i prawej strony odcinka" (o ile dobrze rozumiem, że chodzi
Ci o końce).
Post by Mark
Ale w związku z tym miałbym jeszcze prośbę
o przykład funkcji ciągłej, ale nie jednostajnie
ciągłej, taki, aby pozwolił sobie łatwo wyrobić
intuicję, czym jest funkcja jednostajnie ciągła.
Dowolna funkcja z asymptotą pionową, przy której rośnie do
nieskończoności, np. 1/x albo ctg x na przedziale (0, 1/10).

Żadna wartość delta nie pozwoli spełnić warunku z definicji:
dla dowolnie zadanego epsilona istnieją punkty różne o mniej
niż dowolnie zadana delta, w których wartości funkcji różnią
się o więcej niż epsilon -- trzeba tylko szukać dostatecznie
blisko zera.
Podobnie np. z funkcją sin(1/x), która - w przeciwieństwie
do x^2 - jest jednostajnie ciągła na (A, \ininity) przy
dowolnym dodatnim A, ale nie jest na żadnym (0, A).

Maciek
Loading...