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गणित · शब्दावली

एकसमान सांतत्य क्या है?

परिभाषा 13.19 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 1 · अध्याय 13 — सीमाएँ और सांतत्य

f ⁣:IRf \colon I \to \R एकसमान रूप से संतत तब है जब

ε>0, δ>0, x,yI,xyδ    f(x)f(y)ε.\forall \varepsilon > 0,\ \exists \delta > 0,\ \forall x, y \in I, \qquad \abs{x - y} \leq \delta \implies \abs{f(x) - f(y)} \leq \varepsilon .

मुख्य बात: δ\delta केवल ε\varepsilon पर निर्भर करता है, II में स्थान पर नहीं। एकसमान सांतत्य से सांतत्य आती है; और लिप्शिट्ज़ फलन (f(x)f(y)kxy\abs{f(x) - f(y)} \leq k \abs{x - y}) एकसमान रूप से संतत होता है (δ=ε/k\delta = \varepsilon/k)।

उदाहरण

उदाहरण 13.20

xx2x \mapsto x^2 R\R पर संतत है पर एकसमान रूप से संतत नहीं: (n+1n)2n2=2+1n22\abs{(n + \frac 1n)^2 - n^2} = 2 + \frac{1}{n^2} \geq 2, यद्यपि प्रांतिक 1n0\frac 1n \to 0 दूरी पर हैं। किसी भी परिबद्ध अंतराल पर वह लिप्शिट्ज़ है, अतः एकसमान रूप से संतत — जो नीचे हाइने की प्रमेय के अनुरूप है।

उदाहरण 13.21 (एकसमान मापांक, स्पष्ट रूप से)

खंड पर हाइने एकसमान δ\delta की गारंटी देता है; प्रायः उसे संगणित भी किया जा सकता है। [0,10]\intcc{0}{10} पर f(x)=x2f(x) = x^2 के लिए:

x2y2=x+yxy20xy,\abs{x^2 - y^2} = \abs{x + y}\,\abs{x - y} \leq 20\,\abs{x - y},

अतः δ=ε20\delta = \frac{\varepsilon}{20} एकसमान रूप से काम करता है (एक लिप्शिट्ज़ मापांक, ε\varepsilon में रैखिक)। [0,1]\intcc{0}{1} पर x\sqrt x के लिए: xyxy\abs{\sqrt x - \sqrt y} \leq \sqrt{\abs{x - y}} (अभ्यास 13.9), अतः δ=ε2\delta = \varepsilon^2 काम करता है — एकसमान, पर रैखिक नहीं: 00 के पास वर्गमूल खड़ा है, और उसकी क़ीमत ε\varepsilon के घातांक में दिखाई देती है, एकसमानता की विफलता में नहीं। समापन का सार: एकसमान सांतत्य कोई हाँ/ना नहीं, एक पूरा वर्णक्रम है — फलन δ(ε)\delta(\varepsilon), जिसे मापांक कहते हैं, नापता है कि एकसमानता कितनी महँगी है, और लिप्शिट्ज़ उसका सर्वोत्तम श्रेणी-अंक भर है।

उदाहरण 13.23 (परिबद्ध, संतत, फिर भी एकसमान नहीं)

फलन f(x)=sin(x2)f(x) = \sin(x^2) R\R पर संतत और परिबद्ध है, पर एकसमान रूप से संतत नहीं। लीजिए

xn=2πn,yn=2πn+π2:ynxn=π/22πn+π2+2πn0,x_n = \sqrt{2\pi n}, \qquad y_n = \sqrt{2\pi n + \tfrac\pi2}: \qquad y_n - x_n = \frac{\pi/2}{\sqrt{2\pi n + \frac\pi2} + \sqrt{2\pi n}} \longrightarrow 0 ,

फिर भी प्रत्येक nn के लिए f(yn)f(xn)=sin(2πn+π2)sin(2πn)=10=1f(y_n) - f(x_n) = \sin\bigl(2\pi n + \frac\pi2\bigr) - \sin(2\pi n) = 1 - 0 = 1: कोई एक δ\delta ε=12\varepsilon = \frac12 के लिए सर्वत्र काम नहीं कर सकता। ज्यामितीय रूप से, sin(x2)\sin(x^2) के दोलन त्वरित होते जाते हैं: आलेख निरंतर छोटी होती खिड़कियों पर पूरी तरंग पूरी कर लेता है, अतः दिए हुए ε\varepsilon के लिए आवश्यक क्षैतिज पैमाना xx के बढ़ने के साथ सिकुड़कर शून्य हो जाता है। समापन का सार: परिबद्धता एकसमानता नहीं ख़रीदती (यही उदाहरण), और अपरिबद्धता उसे रोकती नहीं (x\sqrt x, अभ्यास 13.9); निर्णय दोलन का मापांक करता है, और हाइने की प्रमेय कहती है कि संहत प्रांत उसे स्वतः अनुशासित कर देते हैं।

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