تعريف 10.9الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 10 — متتاليات الدوال ومتسلسلاتها
تتقارب متسلسلة دوال ∑unنقطيًا أو بانتظام حين تتقارب مجاميعها الجزئية كذلك. وتتقارب ناظميًا (على X) حين يكون ∑∥un∥∞<∞. ويستلزم التقارب الناظمي التقاربَ المنتظم (في فضاء باناخ للدوال المحدودة: المبرهنة 5.21)، الذي يستلزم النقطي؛ والاستلزامان تامّان.
أمثلة
مثال 10.10(متسلسلة واحدة، وثلاثة أحكام)
لنأخذ un(x)=nxn على [0,1). نقطيًا: تتقارب من أجل كل x∈[0,1) (بالمقارنة مع المتسلسلة الهندسية). ناظميًا على [0,a]، مع a<1:∥un∥∞,[0,a]=nan، وهي قابلة للجمع. وليست ناظمية على [0,1):∥un∥∞,[0,1)=n1، و∑n1 تتباعد. وليست حتى منتظمة على [0,1): إذ يقاوم الباقي قرب 1،
ومن ثم sup[0,1)∣RN∣≥21 من أجل كل N. والفكرة الختامية: تتعايش الأحكام الأربعة بسلام — فالمجموع −ln(1−x)متصل على [0,1) لأن الاتصال لا يحتاج إلا الانتظام قرب كل نقطة، أي على القطع [0,a]؛ والانفجار عند الحافة حقٌّ للمجموع.
مثال 10.13(دالة ريمان ζ)
تتقارب ζ(s)=∑n≥1n−sناظميًا على كل نصف مستقيم [a,+∞)، مع a>1 (لأن ∥n−s∥∞=n−a، وهي قابلة للجمع): ومن ثم فإن ζ متصلة على (1,+∞)؛ وبالاشتقاق حدًّا حدًّا (فالمتسلسلة المشتقة ∑−lnnn−s تتقارب ناظميًا هي أيضًا على [a,∞))، تكون ζ من الصنف C1 — وبالتكرار، من الصنف C∞ — مع ζ′(s)=−∑nslnn. ولاحظ الانضباط: يُتحقَّق من التقارب الناظمي على أنصاف المستقيمات الجزئية، لا على المفتوح (1,∞) نفسه، حيث يفشل.
مثال 10.14(متسلسلة لوغاريتمية، منفَّذة إلى النهاية)
لتكن F(x)=∑n≥1ne−nx على (0,∞). وكل حدّ محدود على [δ,∞) بالمقدار ne−nδ≤e−nδ، وهو حدّ متسلسلة هندسية متقاربة: فالتقارب ناظمي على كل [δ,∞)، ومن ثم فإن F متصلة على (0,∞). والمتسلسلة المشتقة ∑−e−nx متقاربة ناظميًا كذلك على [δ,∞) (∥e−nx∥∞,[δ,∞)=e−nδ)، ومن ثم فإن F من الصنف C1 بمشتق هندسي:
F′(x)=−n≥1∑e−nx=1−e−x−e−x=ex−1−1.
وبالتكرار، تكون F من الصنف C∞. وبمكاملة F′ (فكلٌّ من F وx↦−ln(1−e−x) ينعدم عند +∞ ولهما المشتق نفسه على (0,∞)):
F(x)=−ln(1−e−x),
وهي المتسلسلة اللوغاريتمية عند t=e−x. والفكرة الختامية: حين x→0+، F(x)=−ln(x+O(x2))=lnx1+O(x) — فتتباعد المتسلسلة لوغاريتميًا عند الحدّ، تمامًا مثل المتسلسلة التوافقية التي تصيرها عند x=0؛ والتقارب الناظمي على [δ,∞) دون (0,∞) هو العَرَض.