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数学において、ディリクレ関数[1] [2]は、有理数の集合、すなわちxが有理数である場合とxが有理数でない場合(つまり無理数である場合)の指示関数 である。
これは数学者ピーター・グスタフ・ルジューヌ・ディリクレにちなんで名付けられました。[3]これは多くの状況に反例を提供する 病的な関数の例です。
位相特性
- ディリクレ関数はどこでも連続ではありません。
証拠有理数の集合と無理数の集合への制限は定数であり、したがって連続している。ディリクレ関数は、ブルンベルグの定理の典型的な例である。
- yが有理数の場合、 f ( y ) = 1です。関数がyで連続していないことを示すには、 δ をどれだけ小さく選択しても、 yのδ内に点zがあり、f ( z )がf ( y ) = 1のε内にないようなε を見つける必要があります。実際、1 ⁄ 2はそのようなεです。無理数は実数に密集しているため、 δ をどれだけ選択しても、 yのδ内に無理数z が常に見つかり、f ( z ) = 0は 1 から少なくとも1 ⁄ 2離れています。
- yが無理数の場合、f ( y ) = 0です。ここでもε = 1 ⁄ 2とすることができ、今回は有理数が実数に密集しているため、必要なだけyに近い有理数としてzを選ぶことができます。ここでも、 f ( z ) = 1はf ( y ) = 0から1 ⁄ 2以上離れています。
- ディリクレ関数は、次のように連続関数の列の二重点極限として構成できます。 整数jとkに対して。これは、ディリクレ関数がベールクラス2関数であることを示しています。ベールクラス1関数は希薄集合上でのみ不連続であるため、ディリクレ関数はベールクラス1関数にはなり得ません。[4]
周期性
任意の実数xと任意の正の有理数Tに対して、 。したがって、ディリクレ関数は、定数ではないが、周期の集合、つまり有理数の集合が の稠密な部分集合である実周期関数の例です。
統合プロパティ
- ディリクレ関数は、不連続点の集合が無視できないため(ルベーグ測度の場合)、有界であるにもかかわらず、 の任意のセグメント上でリーマン積分可能ではありません。
- ディリクレ関数は、リーマン積分の文脈では
単調収束定理が成り立たないことを示す反例を提供します。証拠
0 から 1 までの有理数の列挙を使用して、関数f n (すべての非負の整数nについて) を、この有理数列の最初のn項の集合の指示関数として定義します。関数f n (非負で、リーマン積分可能で積分値がゼロ)の増加列は、リーマン積分可能ではないディリクレ関数に点ごとに収束します。
- ディリクレ関数は上でルベーグ積分可能であり、 上での積分はゼロです。なぜなら、ディリクレ関数は、ルベーグ測度に対して無視できる有理数の集合を除いてゼロだからです。
参照
- トーマエ関数は、有理数のみで不連続となる変分である。
参考文献
- ^ 「ディリクレ関数」、数学百科事典、EMS Press、2001 [1994]
- ^ ディリクレ関数 — MathWorld より
- ^ ルジューヌ・ディリクレ、ピーター・グスタフ (1829)。 「三角法シリーズの収束は、制限の範囲内での任意の表現者としての役割を果たします。」数学に関するジャーナル。4:157-169。
- ^ ダナム、ウィリアム (2005).微積分ギャラリー.プリンストン大学出版局. p. 197. ISBN 0-691-09565-5。
