2.1Alapfogalmak

Definíció 2.1 [ Függvénysorozat ]

Az fn:I⊂R→Rf_n : I \subset \mathbb R \to \mathbb R sorozatot függvénysorozatnak nevezzük.

Példa

  • fn:R→[−1;1],fn(x)=sin⁡nxf_n : \mathbb R \to [-1; 1], \quad f_n(x) = \sin nx
  • gn:[0;∞]→R,gn(x)=xng_n: [0; \infty] \to \mathbb R, \quad g_n(x) = x^n

Definíció 2.2 [ Függvénysorozat pontbeli konvergenciája ]

Ha az x0∈Ix_0 \in I pontban az (fn(x0))(f_n(x_0)) számsorozat konvergens, akkor azt mondjuk, hogy az (fn)(f_n) függvénysorozat konvergens az x0x_0-ban. A konvergenciahalmaz:

H:={  x∣x∈I∧(fn) konvergens az x pontban  }. H := \big\{\; x \mid x \in I \land (f_n) \text{ konvergens az } x \text{ pontban} \;\big\} \text.

Példa

  • fn(x)=sin⁡nx,Hfn={kπ;k∈Z}f_n(x) = \sin nx, \quad H_{f_n} = \{ k\pi; k \in \mathbb Z \},
  • gn(x)=xn,Hgn=[0;1]g_n(x) = x^n, \quad H_{g_n} = [0; 1].

Definíció 2.3 [ Függvénysorozat határfüggvénye ]

Az ff függvényt az (fn)(f_n) függvénysorozat határfüggvényének nevezzük:

f(x):=lim⁡n→∞fn(x),x∈H. f(x) := \lim_{n \to \infty} f_n(x) \text,\quad x \in H \text.

Azt mondjuk, hogy az (fn)(f_n) függvénysorozat pontonként konvergál az ff határfüggvényhez a HH-n, ha ∀ε>0\forall \varepsilon > 0 esetén ∃N(ε;x)\exists N(\varepsilon; x), hogy ∣fn(x)−f(x)∣<ε|f_n(x) - f(x)| < \varepsilon, ha n>N(ε;x)n > N(\varepsilon; x).

Definíció 2.4 [ Függvénysorozat egyenletes konvergenciája ]

Az (fn)(f_n) egyenletesen konvergens az E⊂HE \subset H halmazon, ha ∀ε>0\forall\varepsilon > 0 esetén létezik N(ε)N(\varepsilon) úgy, hogy ∣fn(x)−f(x)∣<ε|f_n(x) - f(x)| < \varepsilon, ha n>N(ε)n > N(\varepsilon) minden x∈Ex \in E esetén.

Megjegyzés

Az egyenletes konvergenciából következik a pontonkénti konvergencia. Az állítás azonban megfordítva nem igaz.

Tétel 2.1 [ Cauchy-kritérium függvénysorozatok konvergenciájára ]

  • Az (fn)(f_n) akkor és csak akkor konvergens az x0∈Hx_0 \in H pontban, ha ∀ε>0\forall \varepsilon > 0 esetén ∃N(ε)\exists N(\varepsilon), hogy ∣fn(x0)−fm(x0)∣<ε|f_n(x_0) - f_m(x_0)| < \varepsilon, ha n;m>N(ε)n; m > N(\varepsilon).

  • Az (fn)(f_n) akkor és csak akkor konvergens az H⊂IH \subset I halmazon, ha ∀ε>0\forall \varepsilon > 0 esetén ∃N(ε,x)\exists N(\varepsilon, x), hogy ha n;m>N(ε,x)n; m > N(\varepsilon, x), akkor ∀x∈H\forall x \in H esetén ∣fn(x)−fm(x)∣<ε|f_n(x) - f_m(x)| < \varepsilon.

  • Az (fn)(f_n) akkor és csak akkor egyenletesen konvergens az E⊂HE \subset H halmazon, ha ∀ε>0\forall \varepsilon > 0 esetén ∃N(ε)\exists N(\varepsilon), hogy ha n;m>N(ε)n; m > N(\varepsilon), akkor ∀x∈E\forall x \in E esetén ∣fn(x)−fm(x)∣<ε{|f_n(x) - f_m(x)| < \varepsilon}.