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現代数学の系譜 工学物理雑談 古典ガロア理論も読む48 (625レス)
現代数学の系譜 工学物理雑談 古典ガロア理論も読む48 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/
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286: 132人目の素数さん [sage] 2017/12/19(火) 17:52:39.66 ID:bELCiM4Y おっちゃんです。 横から割り込む形になり申し訳ないが、 そこまでε-δやε-近傍にこだわりたいなら、以下の証明でどうだい。 [命題] Iを開区間とする。連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、 高々1個の正の実数εに対し、高々2個のIの異なる有理点 a,b に対してそれぞれ定まって得られるような、 連結距離空間 R 上の閉区間 [a−ε, a+ε]、[b−ε, b+ε] を完全集合とする。 このとき、Iを定義域とし、任意のIの有理点で不連続、かつ任意のIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) は存在しない。 証明) [第1段]:開区間Iで定義され、任意のIの有理点で不連続、かつ任意のIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) が存在するとする。 Iの有理点aを任意に取る。実関数 f(x) は点aで不連続だから、或る正の実数εに対して正の実数 δ(ε) が定まって、 |a−b|<δ(ε) であって |f(a)−f(b)|≧ε を満たすようなIの有理点bが存在する。 S_1={ c∈I | cは無理数で、|c−a|<δ(ε) }、S_2={ c∈I | cは無理数で、|c−b|<δ(ε) } とおく。 すると、区間Iは連結な実数直線Rの部分空間だから、無理数の稠密性から、 max(|c−a|, |c−b|)<δ(ε) なるIの無理数cが存在し、 (S_1)∩(S_2)≠Φ。有理数の稠密性から、0<d<ε なる有理数dが存在して、0<d/2<ε/2。A=d/2 とおく。 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/286
287: 132人目の素数さん [sage] 2017/12/19(火) 17:55:34.91 ID:bELCiM4Y (>>286の続き) [第2段]:i=1,2 を任意に取る。iに対して点 c∈(S_1)∩(S_2) を任意に取る。実関数 f(x) はIの無理点cで微分可能なことから cで連続だから、Aに対して或る正の実数 δ'(A) が定まって、M=δ'(A) とおくと、|c−x|<M のとき |f(c)−f(x)|<A となる。 |c−x_{i,1}|<M なるIの点 x_{i,1} を適当に取り、|f(c)−f(x_{i,1})|<ε_{i,1}<A を満たす正の実数 ε_{i,1} を任意に取る。 2以上の正整数nを任意に取る。同様に、|c−x_{i,n}|<M なるIの点 x_{i,n} を適当に取り、|f(c)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n}<ε_{i,1} を満たす正の実数 ε_{i,n} を任意に取る。同様に、|c−x_{i,n+1}|<M なるIの点 x_{i,n+1} を適当に取り、 |f(c)−f(x_{i,n+1})|<ε_{i,n+1}<ε_{i,n} を満たす正の実数 ε_{i,n+1} を任意に取る。 2以上の正整数nは任意であるから、nについて帰納的に考えると、任意の2以上の正整数nに対して 次の条件をすべて同時に満たすようなIの実数 x_{i,n}, x_{i,(n+1)} と正の実数 ε_{i,n}, ε_{i,(n±1)} が存在する: ?@):|c−x_{i,n}|<M、|f(c)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n}<ε_{i,(n-1)}、 ?A):|c−x_{i,(n+1)}|<M、|f(c)−f(x_{i,(n+1)})|<ε_{i,(n+1)}<ε_{i,n}。 ここに、|c−x_{i,1}|<M、|f(c)−f(x_{i,1})|<ε_{i,1}<A。このとき構成された正の実数列 { ε_{i,n} } は単調減少である。 { ε_{i,n} } は下に有界で、任意の正整数nに対して ε_{i,n}, x_{i,n} は |f(c)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n} を満たすから、 iに対して或る非負実数 μ_i が存在して { ε_{i,n} } は μ_i に収束し、任意の正整数nに対して μ_i≦|f(c)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n}。 iに対して (S_1)∩(S_2) の点cが任意に取れて、i=1,2 は任意だったから、各 i=1,2 に対して、点 c∈(S_1)∩(S_2) を任意に取れば、 すべての正整数nについて条件 |c−x_{i,n}|<M を満たすようなIの点列 { x_{i,n} } が任意に取れて、 更にiに対して正の単調減少列 { ε_{i,n} }、及び或る非負実数 μ_i がそれぞれ定まって、{ ε_{i,n} } は μ_i に収束し、 任意の正整数nに対して μ_i≦|f(c_i)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n}<A=d/2 となる。 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/287
288: 132人目の素数さん [sage] 2017/12/19(火) 18:00:09.79 ID:bELCiM4Y (>>287の続き) [第3段]:正の実数εと実数aとに対して、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、 閉区間 [a−ε, a+ε] を完全集合とする。無理数 c_1∈(S_1)∩(S_2) を任意に取る。 任意の正の実数εに対して、連結距離空間 R から誘導された通常の位相について、連結距離空間 R の点aの R の ε-近傍の閉包 [a−ε, a+ε] 上に R の有理点は稠密に存在し、aは [a−ε, a+ε] の孤立点ではない。 従って、A=d/2 となって |f(a)−f(b)|≧ε>d=2A となることに着目し、三角不等式に注意すると、 任意に、すべての正整数nについて条件 |c_1−x_{1,n}|<M を満たし、かつ或る正整数 m'_1 に対して x_{1, m'_1}=a であり、 すべての n≠m'_1 なる正整数nに対して x_{1,n}≠b となるようなIの点列 { x_{1,n} } が取れる。 そして、正の単調減少列 { ε_{1,n} }、及び或る非負実数 μ_1 がそれぞれ定まって、{ ε_{1,n} } は μ_1 に収束し、 このとき任意の正整数nに対して μ_1≦|f(c_1)−f(x_{1,n})|<ε_{1,n}<A となる。 同様に、正の実数εと実数bとに対して、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、 閉区間 [b−ε, b+ε] を完全集合とする。無理数 c_2∈(S_1)∩(S_2) を任意に取る。 任意の正の実数εに対して、連結距離空間 R から誘導された通常の位相について、連結距離空間 R の点b の R の ε-近傍の閉包 [b−ε, b+ε] 上に R の有理点は稠密に存在し、bは [b−ε, b+ε] の孤立点ではない。 従って同様に、任意に、すべての正整数nについて条件 |c_2−x_{2,n}|<M を満たし、かつ或る正整数 m'_2 に対して x_{2, m'_2}=b であり、 すべての n≠m'_2 なる正整数nに対して x_{2,n}≠a となるようなIの点列 { x_{2,n} } が取れる。 そして、正の単調減少列 { ε_{2,n} }、及び或る非負実数 μ_2 がそれぞれ定まって、{ ε_{2,n} } は μ_2 に収束し、 このとき任意の正整数nに対して μ_2≦|f(c_2)−f(x_{2,n})|<ε_{2,n}<A となる。 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/288
289: 132人目の素数さん [sage] 2017/12/19(火) 18:01:56.15 ID:bELCiM4Y (>>288の続き) [第4段]:故に c_1=c_2 として点 c∈(S_1)∩(S_2) を任意に取れば、任意に、すべての正整数nについて条件 |c−x_{1,n}|<M を満たし、 かつ或る正整数 m_1 に対して x_{1, m_1}=a であり、すべての n≠m_1 なる正整数nに対して x_{1,n}≠b となるような Iの点列 { x_{1,n} } が取れる。このとき更に、任意に、すべての正整数nについて条件 |c−x_{2,n}|<M を満たし、 かつ或る正整数 m_2 に対して x_{2, m_2}=b であり、すべての n≠m_2 なる正整数nに対して x_{2,n}≠a となるような Iの点列 { x_{2,n} } が取れる。そして、各 i=1,2 に対して正の単調減少列 { ε_{i,n} }、及び或る非負実数 μ_i がそれぞれ定まって、 { ε_{i,n} } は μ_i に収束し、このとき任意の正整数nに対して μ_i≦|f(c)−f(x_{i,n})|<ε_{i,n}<A となる。 [第5段]:i=1,n=m_1 とすると、x_{1,m_1}=a から |c−a|<M であって、|f(c)−f(a)|<A=d/2。 同様に、i=2,n=m_2 とすると、x_{2,m_2}=b から |c−b|<M であって、|f(c)−f(b)|<A=d/2。 従って、三角不等式から、|a−b|≦|a−c|+|c−b|<M+M=2M、|f(a)−f(b)|≦|f(a)−f(c)|+|f(c)−f(b)|<d/2+d/2=d。 d/2 に対して定まる正の実数 δ(d/2) を δ(d/2)=2M とおけば、|a−b|<δ(d/2) であって |f(a)−f(b)|<d<ε、 故に、εに対して定まる正の実数 δ(ε) を δ(ε)=δ(d/2) とおけば、|a−b|<δ(ε) であって |f(a)−f(b)|<ε。 しかし、これは |f(a)−f(b)|≧ε であったことに反し矛盾する。背理法が適用出来るから、 連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、高々1個の正の実数εに対し、高々2個のIの異なる有理点 a,b に対して それぞれ定まって得られるような、連結距離空間 R 上の閉区間 [a−ε, a+ε]、[b−ε, b+ε] を完全集合とすると、 開区間Iで定義されたすべてのIの有理点で不連続、すべてのIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) は存在しないことになる。 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/289
290: 132人目の素数さん [sage] 2017/12/19(火) 18:03:55.90 ID:bELCiM4Y (>>289の続き) [命題] Iを開区間とする。任意のIの有理点で不連続、かつ任意のIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) は存在しない。 証明) [第6段]:Iを定義域とし、任意のIの有理点で不連続、かつ任意のIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) が存在するとする。 すると、上で示した命題の対偶を取って考えると、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、 高々1個の正の実数εに対し、高々2個のIの異なる有理点 a,b に対してそれぞれ定まって得られるような、 連結距離空間 R 上の閉区間 [a−ε, a+ε]、[b−ε, b+ε] を完全集合とすることは出来ない。 つまり、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、高々1個の正の実数εに対し、高々2個のIの異なる有理点 a,b に対して それぞれ定まって得られるような、連結距離空間 R 上の閉区間 [a−ε, a+ε]、[b−ε, b+ε] を完全集合とはならない。 しかし、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、連結距離空間 R 上の閉区間は完全集合である。 従って、連結な距離空間 R から誘導される通常の位相について、任意の正の実数εに対し、任意のIの異なる2個の有理点 a,b に対して それぞれ定まって得られるような、連結距離空間 R 上の閉区間 [a−ε, a+ε]、[b−ε, b+ε] は完全集合となる。 これは矛盾である。背理法が適用出来るから、任意のIの有理点で不連続、かつ任意のIの無理点で微分可能となる実関数 f(x) は存在しない。 http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1513201859/290
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