LINUX.ORG.RU
ФорумTalks

проверьте себя :)

 


1

2

Наткнулся тут на достаточно интересный вопрос (не сложный конечно, но все же необычный. Раньше его не встречал).

Всякая ли _всюду_ дифференцируемая функция имеет непрерывную производную?

PS проверьте себя, а не свое гугл-фу %)







PPS непрерывность думаю понятна. Дифференцируемость в точке x₀ дана по определению тогда, когда существует предел

limit(f(x)-f(x₀))/(x-x₀) при x→x₀

Как вариант: дифференцируемость в точке x₀ дана тогда, когда в этой точке можно провести касательную к графику функции единственно возможным способом и эта касательная не вертикальна. Например функция f(x)=|x| дифференцируема везде кроме точки x=0. sqrt(x) тоже дифференцируема везде кроме нуля: хоть там касательная и существует, но это вертикальная линия.

★★☆☆☆

Последнее исправление: dikiy (всего исправлений: 8)

Если функция непрерывна, то lim(f(x)-f(x₀))=0. Теперь проинтегрируй это уравнение от x до x₀, и получишь своё уравнение дифференцируемости. То есть ответ - да, всегда, это равносильно. Тред не читал. Я угадал?

Pythagoras ★★
()
Ответ на: комментарий от TheAnonymous

Если функция не непрерывная, при интегрировании у первообразной в точке разрыва будет излом, и касательной не существует. Значит да, если всюду дифференцируемая, значит производная непрерывная

Вот не помню точно, но помню что был какой-то фокус с какими-то очень извращенными функциями фрактального типа, где это нарушается. Или может перепутал и там была всюду непрерывная функция, не имеющая производной ни в одной точке, не помню точно

praseodim ★★★★★
()
Последнее исправление: praseodim (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от Pythagoras

Если функция непрерывна, то lim(f(x)-f(x₀))=0. Теперь проинтегрируй это уравнение от x до x₀

как интегрировать предел?

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от dikiy

Как предел интеграла не получится разве? Определённый интеграл выводится через предел частичных сумм, а предел суммы это сумма пределов.

Pythagoras ★★
()
Ответ на: комментарий от Pythagoras

предел суммы это сумма пределов

Но ведь в сумме бесконечное число слагаемых. Почему ты думаешь, что предельные переходы можно вот так запросто переставлять местами?

Manhunt ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Pythagoras

Перестановка пределов не всегда работает.

Miguel ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Manhunt

Но ведь в сумме бесконечное число слагаемых.

Почему? Интеграл - предел конечного числа частичных сумм. Но потом я да, меняю местами пределы в каждом слагаемом. Если так нельзя - надо попробовать то же самое через ε-δ переписать.

Pythagoras ★★
()
Ответ на: комментарий от Pythagoras

Интеграл - это предел

Вот-вот. По моим смутным воспоминаниям, чтобы переставлять пределы местами, нужна равномерная сходимость для хотя бы одного из пределов. И обыкновенная сходимость второго.

Manhunt ★★★★★
()
Последнее исправление: Manhunt (всего исправлений: 1)

Что значит «всюду»? Всюду на R? Или всюду на области определения?

Любую кусочно-гладкую функцию возьмем и ответим нет.

Kostya69
()

Что-то я ничего не понял. Производная всякой гладкой на R функции не будем иметь, по крайней мере, точек разрыва первого рода. Всё остальное это всякие извращения вроде x^2{2}\sin \dfrac {1}{x}

Kostya69
()
Ответ на: комментарий от Kostya69

всякие извращения

Не нужно оправданий. Ты просто скажи: всякая ли _всюду_ дифференцируемая функция имеет непрерывную производную? :D

Manhunt ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от TheAnonymous

Кстати, этот ваш пример из спойлера, у него производная в точке x=0 не определена

Определена, и равна 0. Можешь посчитать её значение влоб, исходя из определения предела.

Manhunt ★★★★★
()

Постановка вопроса годится разве что для курса матанализа на специальности, далекой от математики. Не описано даже пространство, в котором мы работаем.

Если предположить, что рассматривается функция, определенная всюду на R, со значениями в R, которая в каждой точке R дифференцируема, то ее производная есть непрерывная функция на R.

Вывод легко получается, если сравнить определения дифференцируемости и непрерывности. И там и там, если речь идет об обычных метрических пространствах, требуется существование предела, который не зависит от характера стремления dx к 0. Из дифференцируемости легко вытекает непрерывность производной.

Другое дело, если функции рассматриваются в пространствах Lp, тогда говоря о непрерывной производной, следует говорить о том, что класс эквивалентности функций, неопределенный интеграл Лебега которых есть данная по условию функция, имеет непрерывного представителя.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от aquadon

Постановка вопроса годится разве что для курса матанализа на специальности, далекой от математики. Не описано даже пространство, в котором мы работаем.

В контексте пределов и производных, R подразумевается по умолчанию. Зачем умничать на пустом месте?

Из дифференцируемости легко вытекает непрерывность производной.

Построение, достойное воспитанника гуманитарно-философской школы :D Давай конкретнее, что там у тебя куда вытекает :D

Manhunt ★★★★★
()
Последнее исправление: Manhunt (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от Manhunt

В контексте пределов и производных, R подразумевается по умолчанию. Зачем умничать на пустом месте?

Не подразумевается.

Я не умничаю. Я, конечно, не супер ученый, но занимаюсь математикой профессионально. Матанализ, который обычно изучается - это как букварь. Нужная для дальнейшего понимания, но абсолютно бесполезная штука. С приложениями у его результатов часто проблемы.

Другое дело, если мы рассматриваем, как это часто полезно в физике, классы эквивалентности, состоящие из функций, отличающихся лишь на множестве нулевой меры. Вводится понятие первообразной через знакомый из обычного курса матана интеграл с переменным верхним пределом. Интегрируя любую L1 функцию получаем абсолютно непрерывную. Разумно тогда производной назвать функцию, проинтегрировав которую получим исходную. Но это не функция на самом деле, а класс эквивалентности, который обязательно включает в себя разрывные функции.

aquadon ★★★★★
()
Последнее исправление: aquadon (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от aquadon

Постановка вопроса годится разве что для курса матанализа на специальности, далекой от математики. Не описано даже пространство, в котором мы работаем.

Если предположить, что рассматривается функция, определенная всюду на R, со значениями в R, которая в каждой точке R дифференцируема, то ее производная есть непрерывная функция на R.

Ты конечно молодец со своим замечанием об области определения/значений для функций, но второй абзац чушь. См. главу 3, пример 2

http://www.ikfia.ysn.ru/images/doc/mat_analiz/GelbaumOlmsted1967ru.pdf

Ах, да. /thread

Vovka-Korovka ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от aquadon

Матанализ, который обычно изучается - это как букварь.

Ну так владение букварём - это одна из тех дисциплин, которые должны быть на хорошем уровне освоены, да?

Другое дело, если мы рассматриваем, как это часто полезно в физике
Разумно тогда производной назвать функцию, проинтегрировав которую получим исходную

Дай угадаю: ты по образованию не математик, а физик?

Manhunt ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Vovka-Korovka

Точно. Сейчас в голове прикидывал, а о случае осцилляции не подумал. Извиняюсь за безграмотность.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Manhunt

Да нет, как раз таки математик. Но область исследований у меня такая, которая имеет приложение в физике.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Kostya69

Что значит «всюду»? Всюду на R? Или всюду на области определения?

Любую кусочно-гладкую функцию возьмем и ответим нет.

не ответим нет. Подумай внимательней. непрерывность производной ведь тоже сужается на область определения.

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от aquadon

Другое дело, если функции рассматриваются в пространствах Lp, тогда говоря о непрерывной производной, следует говорить о том,

Можешь брать хоть Lp. Это суть задачи никак не меняет. Lp и непрерывность независимые вещи. Суть именно в том, что _всюду_, а не _почти всюду_.

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от aquadon

Но это не функция на самом деле, а класс эквивалентности, который обязательно включает в себя разрывные функции.

поэтому я и написал _всюду_.

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от dikiy

Если рассматривать Lp как пространство, а не просто как множество, то нужно отдельно договориться о том, что мы называем непрерывной функцией. Если не вводить классы эквивалентности, то Lp не является даже метрическим пространством, т.к. не выполнена аксиома тождества. С классами эквивалентности обычное определение непрерывности теряет смысл. Я встречал в статьях такой вариант: будем говорить, что класс F непрерывен, если существует непрерывная f \in F.

aquadon ★★★★★
()
Последнее исправление: aquadon (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от aquadon

Если рассматривать Lp как пространство, а не просто как множество, то нужно отдельно договориться о том, что мы называем непрерывной функцией.

пространство Lp состоит из измеримых по Лебегу числовых функций с конечной Lp-нормой. Мне надо объяснять, когда числовая функция непрерывна? Ей не нужна метрика в пространстве. Мы не оперируем в банаховых пространствах. В данном конкретном случае нам просто нужна непрерывность.

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от dikiy

Да, книга хороша. Жаль, что я читал ее по диагонали.

Если нужны книги по стандартным математическим курсам - обращайтесь. Могу раздать все сразу через btsync или syncthing.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от dikiy

То, что Вы написали, есть множество Lp, а не пространство. Для пространства нужна определенная структура. Если не лезть в топологию, то как минимум метрика. Так вот на множестве Lp одна из аксиом метрики уже не выполняется, что и подводит к тому, что я написал только что.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от dikiy

Да, я понял) Просто подобный вопрос, заданный на ЛОРе, заставил меня подумать о подвохе, но я его искал не там.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Vovka-Korovka

Я не уверен, но нам, наверное тоже))

Что поделать, вещи, которые не используются в работе, забываются и это не очень хорошо. Нужно просто в следующий раз не открывать рот, пока не запишу выкладки на бумаге))

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от aquadon

кстати, интересно что будет со слабыми производными в данном случае...

можно переформулировать так: существует ли слабо дифференцируемая на интервале I функция, слабая производная которой разрывна (не имеет непрерывного представителя).

dikiy ★★☆☆☆
() автор топика
Ответ на: комментарий от dikiy

Больше форум смутил)) Форум то не специализированный.

Сразу в голове прикинул разные виды разрыва функции, но о полном отсутствии предела с одной или двух сторон (даже бесконечного) как-то не подумал в этот момент.

Но это еще ничего. В прошлом году читал подготовительные курсы и неправильно решил тригонометрическое уравнение. Просто мозг по привычке считает это легким и отключается. Заметил только потом.

Общался с друзьями на эту тему. Подобное явление называется «ложное чувство компетентности». Очень опасная штука.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от dikiy

Я думаю, ответ будет положительным в этом случае. Сейчас попробую на бумаге разобрать.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Vovka-Korovka

Если забыл, то это не страшно, все можно довольно легко и быстро вывести. Хуже, когда считаешь, что помнишь, а мозг подсовывает ложную информацию.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от dikiy

Если я не ошибаюсь, то пример довольно прост. Рассматриваем на [0,2] функцию f(t), равную нулю на [0,1], а далее равную (t-1). Ее обобщенной производной является ступенчатая функция (на самом деле класс функций), равная нулю на [0,1] и единице до 2.

По идее этот класс непрерывных представителей не содержит. Конечно, по теореме (Лузина, если я правильно помню), любую измеримую функцию можно сделать непрерывной, изменив на множестве сколь угодно малой меры. Но сколь угодно малой - это не нулевой. Строго я этот факт не доказывал, но чисто логически, если бы эта функция (простая) была эквивалентна непрерывной, то все построение интеграла Лебега было бы бессмысленно.

aquadon ★★★★★
()

Элементарно: нужна функция с разрывом, но определённая везде. Множество первообразных от неё — ответ.

http://www.wolframalpha.com/input/?i=x sgn(x) — пример ответа. Производная — sgn(x), в нуле = 0.

x3al ★★★★★
()
Последнее исправление: x3al (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от x3al

Кто Вам сказал, что производной будет sgn(x)? Функция x sgn(x) (которая, к слову, есть |x|) не дифференцируема в 0, хоть sgn(x) и является ее обобщенной производной, например, на [-1,1].

Вы на wolfram не смотрите, он для вычислений. А в вычислениях обобщенные производные часто облегчают жизнь и позволяют обойти подводные камни.

aquadon ★★★★★
()
Последнее исправление: aquadon (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от aquadon

Если не лезть в топологию, то как минимум метрика.

Для определения линейного пространства никакой метрики не нужно.

https://en.wikipedia.org/wiki/Vector_space

The set of such functions forms a vector space, with the following natural operations:

{\displaystyle {\begin{aligned}(f+g)(x)&=f(x)+g(x),\\(\lambda f)(x)&=\lambda f(x)\end{aligned}}} {\begin{aligned}(f+g)(x)&=f(x)+g(x),\\(\lambda f)(x)&=\lambda f(x)\end{aligned}}
for every scalar λ.

Но это так, для заметки. Условие достаточно ясно. Перефразировать его можно так: существует ли всюду дифференцируемая функция R -> R, которая не C^1(R).

tyakos ★★★
()
Ответ на: комментарий от x3al

Элементарно: нужна функция с разрывом, но определённая везде. Множество первообразных от неё — ответ.

Да фиг тебе. Разрывная функция не обязана иметь первообразную.

Vovka-Korovka ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от tyakos

Вы полностью правы. Приведу лишь простой пример, который иллюстрирует то, что я имел в виду.

Рассмотрим множество непрерывных на отрезке [a,b] действительнозначных функций. Это множество обозначается C[a,b]. Снабдив его поточечным сложением функций и поточечным умножением на скаляр, т.е. привычными операциями, мы получим линейное пространство. Но когда говорят «пространство C[a,b]», имеется в виду именно Банахово пространство, которое, конечно-же, по определению имеет линейную структуру, но главное в нем - норма. Если мы выберем другую норму, например L1-норму вместо стандартной для C[a,b] sup-нормы, то мы уже не вправе называть это пространством C[a,b]. Мы должны описать это так: пространство, которое имеет носителем C[a,b] как множество, снабженное L1-нормой.

Точно так же и с Lp. Если мы говорим пространство Lp, то имеется в виду банахово (а в случае p=2 даже гильбертово) пространство, которое прошло факторизацию и снабжено интегральной нормой. Именно поэтому я и говорю, что понятие непрерывности в пространство Lp не переносится дословно. Если мыслить Lp как множество, то почему бы и нет.

Более того, развивая Вашу мысль, можно сказать так: линейное пространство над полем K, с носителем Lp как множеством и стандартными операциями сложения функций и умножения на элемент из K. Тогда и метрика не нужна и о непрерывности вполне можно говорить.

aquadon ★★★★★
()
Последнее исправление: aquadon (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от aquadon

Всё правильно.

Нет нужды вообще говорить о Lp пространствах тут, так как не идет речь о мерах или сходимости.

А Lp - вообще множество классов эквивалентности, как ты отметил. Хотя перейти к непрерывным функциям можно, так как они всюду плотны, так как

 The completion of C([a; b];R) with respect to the norm ||.||_p, 1 ≤ p < \infty, is denoted Lp([a; b];R).

- одно из эквивалентных определений Lp.

P.S. на ты, так как считаю, что в интернете, и в часности, на ЛОРе, это норма.

tyakos ★★★
()
Последнее исправление: tyakos (всего исправлений: 2)
Ответ на: комментарий от tyakos

Такое определение есть, но вопрос понятия непрерывности оно не решает. Если множество C плотно в L с его нормой, то любая функция из L может сколь угодно точно быть приближена непрерывной. Но норма разности будет роложительна. А если класс имеет непрерывного представителя, то разность норм будет нулевая.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от aquadon

*Не разность норм, а норма разности в последнем предложении.

aquadon ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Murg

Нет, зачем сторожу грузчику матан?

А зачем одмину матан? Программисту БД? Уэб-программисту? Проще перечислить кому матан нужен, чем кому не нужен.

Loki13 ★★★★★
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.