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达布定理如何证明可积
小楼听风雨 2024-06-05 21:53:53
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小楼听风雨 2024-06-11 11:49:24

达布定理是关于可积性的一个重要定理,它告诉我们,如果一个函数在一个有限区间上是有界的且满足达布条件,那么它就是可积的。下面我们来详细解释一下达布定理如何证明可积。

首先,我们需要了解什么是达布条件。达布条件是指,对于任意给定的正数ε,存在一种分割方式,使得每个子区间的长度都小于δ,并且每个子区间上的上下积分之差都小于ε。这里的上下积分是指,将函数在子区间上的上下和分别计算出来,然后取它们的极限。如果一个函数满足达布条件,那么我们就称它是达布可积的。

现在我们来证明达布定理。假设f是一个在[a,b]上有界的函数,且满足达布条件。我们需要证明,f是可积的,也就是说,存在一个数I,使得对于任意给定的ε>0,存在一个数δ>0,使得对于任意一种分割方式P,如果它的每个子区间的长度都小于δ,那么这个分割方式下的上下和之差都小于ε。

我们可以按照以下步骤来证明:

1.首先,根据达布条件,我们可以找到一个分割方式P,使得每个子区间的长度都小于δ,并且每个子区间上的上下积分之差都小于ε/2。

2.接下来,我们可以将f在每个子区间上进行分别积分,并将这些积分值加起来,得到一个近似的积分值S。由于f是有界的,所以每个子区间上的积分值都是有限的,因此S也是有限的。

3.然后,我们可以计算出f在整个区间[a,b]上的上下积分值的差,记为U-L。由于f满足达布条件,所以U-L小于ε/2。

4.最后,我们需要证明,S是f在[a,b]上的一个近似积分值。为此,我们可以将S和f在[a,b]上的积分值I进行比较。由于f是有界的,所以它在[a,b]上是可积的,即存在一个数I,使得对于任意给定的ε>0,存在一个数δ>0,使得对于任意一种分割方式P,如果它的每个子区间的长度都小于δ,那么这个分割方式下的上下和之差都小于ε。因此,我们可以找到一个分割方式Q,使得每个子区间的长度都小于δ,并且f在Q下的上下和之差都小于ε/2。由于S是按照分割方式P计算出来的,在每个子区间上的积分值都是f在该子区间上的上下和的中点值,因此,我们可以将S和f在Q下的上下和进行比较。由于每个子区间的长度都小于δ,所以S和f在Q下的上下和之差都小于ε/2。又由于f在Q下的上下和之差也小于ε/2,因此,S和I的差值也小于ε,即S是f在[a,b]上的一个近似积分值。

综上所述,我们证明了达布定理。

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