Semua buku

Profesional

Aplikasi Tentang Pelatih Masuk Mulai membaca

Matematika · Glosarium

Apa itu kekonvergenan titik demi titik?

Dikenal juga sebagai: kekonvergenan seragam

Definisi 10.1 Matematika Universitas — Tahun 2 · Bab 10 — Barisan dan Deret Fungsi

Misalkan fn,f ⁣:X→Rf_n, f \colon X \to \R (atau C\C, atau sebuah ruang bernorma), dengan XX himpunan apa pun. Barisan (fn)(f_n) konvergen ke ff titik demi titik apabila fn(x)→f(x)f_n(x) \to f(x) untuk setiap xx; dan konvergen seragam apabila

∥fn−f∥∞=sup⁡x∈X ∣fn(x)−f(x)∣→n→∞0.\norm{f_n - f}_\infty = \sup_{x \in X}\, \abs{f_n(x) - f(x)} \xrightarrow[n \to \infty]{} 0 .

Seragam mengakibatkan titik demi titik; sedangkan pada C([a, b])C(\intcc{a}{b}), kekonvergenan seragam persis sama dengan kekonvergenan di ruang Banach (C([a, b]),∥⋅∥∞)\bigl(C(\intcc{a}{b}), \norm\cdot_\infty\bigr) pada Bab 5.

Barisan xn pada [0, 1]: grafiknya melorot ke 0 tetapi semuanya wajib memanjat ke 1 di x = 1 — jadi jarak supremumnya ke limit titik demi titik yang tak kontinu itu tak pernah menyusut di bawah sebuah konstanta.
Barisan xnx^n pada [0, 1]\intcc{0}{1}: grafiknya melorot ke 00 tetapi semuanya wajib memanjat ke 11 di x=1x = 1 — jadi jarak supremumnya ke limit titik demi titik yang tak kontinu itu tak pernah menyusut di bawah sebuah konstanta.

Contoh

Contoh 10.2

Pada [0, 1]\intcc{0}{1}, fn(x)=xnf_n(x) = x^n konvergen titik demi titik ke limit yang tak kontinu f=1{1}f = \mathbf{1}_{\{1\}}; kekonvergenannya tidak seragam: sebab ∥fn−f∥∞≥fn(1−1n)=(1−1n)n→e−1≠0\norm{f_n - f}_\infty \geq f_n\bigl(1 - \tfrac1n\bigr) = (1 - \tfrac1n)^n \to \eu^{-1} \neq 0. Namun pada [0, a]\intcc{0}{a} dengan a<1a < 1 ia memang seragam (sebab sup⁡=an→0\sup = a^n \to 0): jadi keseragaman adalah sifat daerahnya, sama seperti sifat barisannya.

Contoh 10.3 (Dua limit yang menolak bertukar)

Seluruh bab ini tentang menukar limit, jadi inilah kegagalan sekecil mungkin. Misalkan an,m=nn+ma_{n,m} = \dfrac{n}{n+m} untuk n,m≥1n, m \geq 1. Maka

lim⁡m→∞(lim⁡n→∞an,m)=lim⁡m→∞1=1,lim⁡n→∞(lim⁡m→∞an,m)=lim⁡n→∞0=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 :

kedua limit beriterasinya ada dan keduanya berbeda. Setiap teorema pemindahan pada bab ini adalah izin untuk menukar dua limit — lim⁡n\lim_n dengan lim⁡x→a\lim_{x\to a} (kekontinuan), dengan ∫\int (pengintegralan), dengan  ⁣d ⁣dx\frac{\dd}{\dd x} (penurunan) — dan kekonvergenan seragam persis menjadi bayaran yang membuat penukaran itu sah. Pelajaran penutupnya: setiap kali sebuah “bukti” diam-diam menukar dua operasi limit, maka larik dua baris inilah contoh penyangkal yang perlu diacungkan; sedangkan bonggol meluncur pada Latihan 10.2 adalah gejala yang sama dengan busana tanda integral.

Contoh 10.5 (Keseragaman gagal persis di tempat limitnya patah)

Pada [0, 2]\intcc{0}{2}, misalkan fn(x)=xn1+xnf_n(x) = \dfrac{x^n}{1 + x^n}. Limit titik demi titiknya adalah fungsi tiga potong:

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

yang tak kontinu di 11, jadi menurut Teorema 10.4 kekonvergenannya tak mungkin seragam pada [0, 2]\intcc{0}{2}. Namun pada potongan tertutup yang menghindari ambangnya ia seragam: untuk 0≤x≤a<10 \leq x \leq a < 1,

sup⁡[0, a]∣fn−0∣=an1+an≤an→0,\sup_{\intcc{0}{a}}\abs{f_n - 0} = \frac{a^n}{1 + a^n} \leq a^n \to 0 ,

sedangkan untuk 1<b≤x≤21 < b \leq x \leq 2,

sup⁡[b, 2]∣fn−1∣=11+bn≤b−n→0,\sup_{\intcc{b}{2}}\abs{f_n - 1} = \frac{1}{1 + b^n} \leq b^{-n} \to 0 ,

dengan kedua supremumnya terhitung lewat kemonotonan u↦u1+uu \mapsto \frac{u}{1+u} dan x↦xnx \mapsto x^n. Pelajaran penutupnya: kegagalan keseragamannya terpusat di ketakkontinuan limitnya — yakni geometri yang sama seperti Contoh 10.2, sekaligus alasan mengapa disiplin “seragam pada tiap ruas di dalamnya” berulang sepanjang bab ini.

Baca dalam konteks →