[過去ﾛｸﾞ] 現代数学の系譜 工学物理雑談 古典ガロア理論も読む46 (692ﾚｽ)
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421(4): 2017/11/20(月)14:27 ID:sVbA75bK(1/4) AAS
>区間 [0,1] において、xが有理数のとき不連続、xが無理数のとき微分可能
>となるような[0,1] で定義された関数 f(x) を挙げる問題
このような関数は存在しないことが
外部ﾘﾝｸ:math.stackexchange.com
に書いてある。リンク先では f：R → R の場合を考えている。
f：R → R の不連続点の集合が R において稠密ならば、
f の微分不可能点の集合は「第二類集合」を部分集合として持つらしい
(このことから、題意の関数が存在しないことが即座に従う)。
面倒くさいからちゃんと読んでないけど、もしリンク先の証明が正しいなら、
f：[0,1] → R の場合も、同じ手法によって「存在しない」ことが証明できるでしょう。
おっちゃんは何やら「存在する」と言っているようだが、
例のごとく、おっちゃんクオリティで盛大に間違ってるんだろう。
422(1): 2017/11/20(月)16:45 ID:sVbA75bK(2/4) AAS
>>421のリンク先の証明は個人的には すんなり頭に入ってこないので、
微分可能な点の方から攻める方針でやってみたら、次の定理が得られた。
定理：f：R → R に対して、B_f＝{ x∈R｜limsup[y→x]｜(f(y)−f(x))/(y−x)｜＜＋∞ } と置く。
もし R−B_f が高々可算無限個の疎な閉集合の和で被覆できるならば、f はある開区間の上で
リプシッツ連続である。
この定理を使うと、f：R → R であって、「xが有理数のとき不連続、xが無理数のとき微分可能」
となるものは存在しないことが即座に分かる。一応やってみると、そのような関数 f が存在したとすると、
R−Q ＝ 無理数全体 ＝ (fの微分可能点全体) ⊂ B_f
となるので、
R−B_f ⊂ Q ＝ ∪[p∈Q] { p } …(1)
となる。(1)の右辺は疎な閉集合の可算和だから、上の定理が使えて、f はある開区間(a,b)の上で
リプシッツ連続になる。特に、(a,b)の上で連続になる。QはR上で稠密だから、x∈(a,b)∩Qが取れる。
仮定から、fは点xで不連続であるが、しかしx∈(a,b)より、fは点xで連続であり、矛盾する。
423(2): 2017/11/20(月)18:28 ID:Brtx3QWc(3/5) AAS
>>421-422
あ、まだ詳細な証明を書いて確認してはいなかったんだけど、例えば
f(0)＝f(1)＝1、
任意の既約な有理数 x＝p/q∈(0,1) に対して f(p/q)＝p/q、
超越数aを任意に取り任意の無理数 x∈(0,1) に対して f(x)＝a
というようにして区間 [0,1] で定義された実関数 f(x) を考えていたんだけど、x＝0,1 のときはともかく、
x∈(0,1 )が無理数、b＝p/q∈(0,1) が有理数のときも |(f(x)−f(b))/(x−b)|＝1 となって間違いなのか。
3以上の任意の正整数nに対して
|( f(x)−f(b) )/(x−b)|＝|(a−p/q)|/|(a−p/q)|＜1/(q^n|a−p/q|)
を満たす既約分数 b＝p/q∈(0,1) は可算無限個あって
分母の正整数 q＞p も当然可算無限個あるから、直観的に条件を満たしているかと思っていたんだけど、
実際は可算無限個の既約分数 p/q∈(0,1) に対して q^n|a−p/q|＜1 なのか。
だけど正整数 n≧3 を任意に取って a→+∞ としても、q^n|1−p/(aq)|＜1/a を満たす
既約有理数数 b＝p/q∈(0,1) が可算無限個あるというのが何か直観に反するな。
1
439: 2017/11/21(火)06:24 ID:cl7UYlaS(7/20) AAS
>>437
フーン、私も>>421のサイトを詳しく読んでおらずよく分からないが、
>区間 [0,1] において、xが有理数のとき不連続、xが無理数のとき微分可能
>となるような[0,1] で定義された関数 f(x)
自体が存在しなかった訳か。
444: 2017/11/21(火)07:01 ID:ezf/yWFV(1) AAS
>>421
＞このような関数は存在しない
ええ、リュービル数では微分不可能です
ちなみにリュービル数全体の集合は測度０です
実際、ほとんどの無理数で微分可能な関数は可能です
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