الرياضيات · المسرد

ما معنى تقارب مطلق في فضاء باناخ؟

تعريف 7.1 الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 7 — المتتاليات والمتسلسلات

من أجل متتالية (un)(u_n) في فضاء معياري EE، تتقارب المتسلسلة un\sum u_n حين تتقارب مجاميعها الجزئية؛ وتتقارب بإطلاق حين يكون un<\sum \norm{u_n} < \infty. وفي فضاء باناخ، يستلزم التقارب المطلق التقاربَ (المبرهنة 5.21)؛ وقد يفشل ذلك في فضاء غير تام (التمرين 7.9).

أمثلة

مثال 7.2

في Mn(K)\mathcal{M}_n(K) (أو في Lc(E)\mathcal{L}_c(E)، حيث EE فضاء باناخ): من أجل A<1\vertiii A < 1، تتقارب متسلسلة نويمان Ak\sum A^k بإطلاق إلى (IA)1(I - A)^{-1} (وقد بُرهن على ذلك في التمرين 5.5)؛ وتتقارب Akk!\sum \frac{A^k}{k!} بإطلاق إلى eA\eu^A من أجل كل AA (المثال 5.22). فالمتسلسلتان الهندسية والأسّية ذواتا القيم المؤثِّرة تسلكان مثل نموذجيهما العدديين — وهو كل مغزى إطار باناخ.

مثال 7.4

sinnn\sum \frac{\sin n}{n} تتقارب: فلدينا an=1n0a_n = \frac1n \downarrow 0 و Bn=k=1nsinkB_n = \sum_{k=1}^{n} \sin k محدودة — بل إنها Bn=kneik=ei(ein1)ei1B_n = \Im\sum_{k \leq n} \eu^{\iu k} = \Im\,\frac{\eu^{\iu}(\eu^{\iu n} - 1)}{\eu^{\iu} - 1}، وطويلتها 2ei1\leq \frac{2}{\abs{\eu^{\iu} - 1}}. ولا تتقارب بإطلاق (إذ sinnsin2n=1cos2n2\abs{\sin n} \geq \sin^2 n = \frac{1 - \cos 2n}{2}، و1cos2n2n\sum \frac{1 - \cos 2n}{2n} متباعدة لأن cos2nn\sum \frac{\cos 2n}{n} متقاربة بمحك آبل نفسه في حين أن 12n\sum \frac{1}{2n} متباعدة). ومحك المتسلسلات المتناوبة هو الحالة الخاصة bn=(1)nb_n = (-1)^n.

مثال 7.5 (آبل على دائرة التقارب)

من أجل أي أعداد عقدية zz بشرط z=1\abs z = 1 تتقارب n1znn\sum_{n \geq 1} \frac{z^n}{n}؟ عند z=1z = 1 تكون المتسلسلة التوافقية: فتتباعد. ومن أجل z1z \neq 1 على الدائرة، ينطبق محك آبل مع an=1n0a_n = \frac1n \downarrow 0 ومع bn=znb_n = z^n، التي تكون مجاميعها الجزئية محدودة بغض النظر عن NN:

n=1Nzn=z(zN1)z12z1.\Bigl|\sum_{n=1}^{N} z^n\Bigr| = \Bigl|\frac{z(z^N - 1)}{z - 1}\Bigr| \leq \frac{2}{\abs{z - 1}} .

فهي متقاربة — وإن لم تكن بإطلاق أبدًا (1n\sum\frac1n). متسلسلة واحدة ودائرة من السلوكات: تباعد عند نقطة واحدة، وتقارب نصفي في كل مكان آخر. وهذا هو السلوك الحدّي القياسي لمتسلسلات القوى (الفصل 11)، ملقىً هنا باليدين المجرّدتين؛ وعند z=1z = -1 نستعيد المتسلسلة التوافقية المتناوبة، وعند z=eiθz = \eu^{\iu\theta} يكون جزآها الحقيقي والتخيلي هما المتسلسلتين cosnθn\sum\frac{\cos n\theta}{n} وsinnθn\sum\frac{\sin n\theta}{n} في التمرين 7.4.

اقرأ في الفصل ←