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函数列逐点收敛

Pointwise convergence

对定义域中每个固定点,函数值序列分别收敛。

条目类型
定义

形式陈述

一列函数 fn:XY,也就是以 n 为索引的序列,逐点收敛到 f,若对每个固定 xX 都有 fn(x)f(x)。在度量值域中,量词顺序是

x ε>0 N=N(x,ε) nN,d(fn(x),f(x))<ε.

收敛速度可以随 x 改变。

直觉

量词顺序是“对每个固定 x,存在依赖于 x 的起始索引 N”。不同点可以以完全不同的速度稳定,甚至最慢收敛区域随 n 不断移动。逐点极限因此保留每个坐标的最终值,却几乎不提供整个图像的统一控制。

例子与边界

[0,1]fn(x)=xn 逐点收敛到在 [0,1)0、在 11 的函数,因此连续性不由逐点收敛保留。

[0,1] 上取 fn(x)=nx(1x2)n。对每个固定 x>0,指数项压倒 n,故 fn(x)0,且 fn(0)=0;但函数峰值在靠近零处移动,不能由一个统一小界控制。逐点极限与积分、极值或连续性都可能不交换,必须另外证明一致收敛或支配条件。

推论与应用

该概念把函数列视作每点一条序列,并使用序列收敛逐坐标定义。若把依赖于 xN 提升为全域统一的 N,便得到一致收敛,从而更容易保留连续性。交换积分时则通常借助控制收敛定理,而不是仅凭逐点极限。对一列插值多项式,逐点逼近每个固定 x 也不足以控制全区间最大误差;节点扰动与数据误差怎样进入 sup-norm,要由Lebesgue 常数和插值条件性另行分析。

参考资料
关系图谱6 个相邻概念 · 2 类关系

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