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गणित · शब्दावली

बिंदुवार अभिसरण क्या है?

अन्य नाम: एकसमान अभिसरण

परिभाषा 10.1 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 10 — फलनों के अनुक्रम और श्रेणियाँ

मान लीजिए fn,f ⁣:XRf_n, f \colon X \to \R (अथवा C\C, या कोई मानदंडित समष्टि), और XX कोई समुच्चय। (fn)(f_n) ff पर बिंदुवार अभिसरित होता है जब प्रत्येक xx के लिए fn(x)f(x)f_n(x) \to f(x) हो; और एकसमान रूप से तब जब

fnf=supxXfn(x)f(x)n0.\norm{f_n - f}_\infty = \sup_{x \in X}\, \abs{f_n(x) - f(x)} \xrightarrow[n \to \infty]{} 0 .

एकसमान से बिंदुवार निकलता है; और C([a,b])C(\intcc{a}{b}) पर एकसमान अभिसरण ठीक अध्याय 5 की बानाख समष्टि (C([a,b]),)\bigl(C(\intcc{a}{b}), \norm\cdot_\infty\bigr) में अभिसरण है।

[0, 1] पर अनुक्रम xn: आलेख 0 की ओर झुकते जाते हैं पर सबको x = 1 पर 1 तक चढ़ना ही पड़ता है — और असंतत बिंदुवार सीमा से उच्चतम दूरी कभी किसी अचर से नीचे नहीं सिकुड़ती।
[0,1]\intcc{0}{1} पर अनुक्रम xnx^n: आलेख 00 की ओर झुकते जाते हैं पर सबको x=1x = 1 पर 11 तक चढ़ना ही पड़ता है — और असंतत बिंदुवार सीमा से उच्चतम दूरी कभी किसी अचर से नीचे नहीं सिकुड़ती।

उदाहरण

उदाहरण 10.2

[0,1]\intcc{0}{1} पर fn(x)=xnf_n(x) = x^n असंतत सीमा f=1{1}f = \mathbf{1}_{\{1\}} पर बिंदुवार अभिसरित होता है; और यह अभिसरण एकसमान नहीं है: fnffn(11n)=(11n)ne10\norm{f_n - f}_\infty \geq f_n\bigl(1 - \tfrac1n\bigr) = (1 - \tfrac1n)^n \to \eu^{-1} \neq 0। जबकि a<1a < 1 वाले [0,a]\intcc{0}{a} पर वह एकसमान है (sup=an0\sup = a^n \to 0): अर्थात् एकसमानता जितनी अनुक्रम का गुणधर्म है उतनी ही प्रांत का भी।

उदाहरण 10.3 (दो सीमाएँ जो क्रम बदलने से इनकार करती हैं)

पूरा अध्याय सीमाओं की अदला-बदली के बारे में है, अतः यह रही सबसे छोटी संभव विफलता। n,m1n, m \geq 1 के लिए an,m=nn+ma_{n,m} = \dfrac{n}{n+m} लीजिए। तब

limm(limnan,m)=limm1=1,limn(limman,m)=limn0=0:\lim_{m\to\infty}\Bigl(\lim_{n\to\infty}a_{n,m}\Bigr) = \lim_{m\to\infty} 1 = 1, \qquad \lim_{n\to\infty}\Bigl(\lim_{m\to\infty}a_{n,m}\Bigr) = \lim_{n\to\infty} 0 = 0 :

दोनों क्रमिक सीमाएँ विद्यमान हैं और वे भिन्न हैं। इस अध्याय की हर स्थानांतरण प्रमेय दो सीमाओं की अदला-बदली का लाइसेंस है — limn\lim_n के साथ limxa\lim_{x\to a} (संततता), \int (समाकलन),  ⁣d ⁣dx\frac{\dd}{\dd x} (अवकलन) — और एकसमान अभिसरण ठीक वह शुल्क है जो इस अदला-बदली को क़ानूनी बना देता है। समापन दृष्टि: जब भी कोई “उपपत्ति” चुपचाप दो सीमा-संक्रियाएँ आपस में बदल दे, तब उसके सामने रखने के लिए यही दो-पंक्ति की सारणी प्रतिउदाहरण है; और अभ्यास 10.2 के सरकते उभार वही परिघटना हैं, बस समाकल-चिह्न पहने हुए।

उदाहरण 10.5 (एकसमानता ठीक वहीं विफल होती है जहाँ सीमा टूटती है)

[0,2]\intcc{0}{2} पर fn(x)=xn1+xnf_n(x) = \dfrac{x^n}{1 + x^n} लीजिए। बिंदुवार सीमा तीन टुकड़ों वाला फलन है:

f(x)={00x<1,12x=1,11<x2,f(x) = \begin{cases} 0 & 0 \leq x < 1,\\[2pt] \tfrac12 & x = 1,\\[2pt] 1 & 1 < x \leq 2, \end{cases}

जो 11 पर असंतत है, अतः प्रमेय 10.4 के अनुसार अभिसरण [0,2]\intcc{0}{2} पर एकसमान हो ही नहीं सकता। परंतु देहली से बचने वाले संवृत टुकड़ों पर वह एकसमान है: 0xa<10 \leq x \leq a < 1 के लिए

sup[0,a]fn0=an1+anan0,\sup_{\intcc{0}{a}}\abs{f_n - 0} = \frac{a^n}{1 + a^n} \leq a^n \to 0 ,

और 1<bx21 < b \leq x \leq 2 के लिए

sup[b,2]fn1=11+bnbn0,\sup_{\intcc{b}{2}}\abs{f_n - 1} = \frac{1}{1 + b^n} \leq b^{-n} \to 0 ,

जिनके दोनों उच्चतम uu1+uu \mapsto \frac{u}{1+u} तथा xxnx \mapsto x^n की एकदिष्टता से परिकलित हुए। समापन दृष्टि: एकसमानता की विफलता सीमा की असंततता पर स्थानीयकृत है — वही ज्यामिति जो उदाहरण 10.2 में थी, और यही कारण है कि “भीतर के हर खंड पर एकसमान” वाला अनुशासन पूरे अध्याय में लौटता रहता है।

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