数分考研真题--函数列与函数项级数
- 2026-09-30 15:21:51
数分考研真题--函数列与函数项级数
函数列与函数项级数
(安徽大学,2020) 已知
证明:函数列 在 上收敛于 0; 求 的取值范围,使得 在 上一致收敛于 0.
证明:
我们要证明对任意固定的 ,都有 .
当 时,,显然 .
当 时,考虑连续变量 的极限 .若 ,分子 趋于 0 或常数,分母 趋于 (因为 ),极限显然为 0.若 ,设正整数 .根据洛必达法则,对 连续求导 次:
由夹逼定理,由于 (当 时),故该极限为 0.
根据归结原理,令 ,得 .函数列在 上点点收敛于 0.
记. 求 的极值点: 计算导数:
令 ,得到在 内唯一的驻点 . 当 时,,函数单调递增; 当 时,,函数单调递减. 因此,最大值为:
根据一致收敛的定义,需满足 . 若 ,则 ,,一致收敛; 若 ,则 ,不一致收敛; 若 ,则 ,不一致收敛.
综上, 的取值范围是 .
(中国科学技术大学, 2020)设 在 上可微,且存在 使得对所有的 及所有的 都有 .若 在 上点点收敛,证明: 在 上一致收敛.
证明:利用 Cauchy 一致收敛准则.需证:, , , , .
利用微分中值定理,对任意 ,有这说明 是等度连续的. 取 .将 分割为有限个点 ,使得每个小区间的长度 . 由于 在有限个点 上均收敛,故对该有限个点,存在 ,使得当 时: 对于任意 ,必落入某个小区间 .
故 在 上一致收敛.
(中国海洋大学, 2020)若函数列 满足:(i) 且连续,;(ii) 在 上一致收敛于 0.证明:对 上的任意连续函数 ,有 .
证明:考虑差值
由于 ,只需证明:
,由 在 处连续,存在 ,使得当 时,.
将积分区间作如下拆分
设 在 上的最大幅值为 .由于 于 ,存在 ,使得 时 .
综上,通过放大不等式可得该极限为 0.
(湖南大学, 2020)已知 .
证明 在 上一致收敛; 求 ; 在 上是否可以逐项求导?
解答:
由于 ,而 -级数 收敛(),由 Weierstrass M-判别法,原级数在 上一致收敛. 由于级数一致收敛且项连续,可以交换积分与求和符号: 求导项为 . 在 的任意闭子区间 上: 部分和 满足 ,一致有界. 数列 单调趋于 0. 由Dirichlet 判别法, 在 上一致收敛. 根据逐项求导定理,在 内可以逐项求导,且 .
(华东师范大学, 2020)设 在 上连续且 .已知 收敛于 .证明: 在 上有最小值.
证明:记部分和 .
单调性:由于 ,对于每个 ,数列 是单调不减的,且 . 下半连续性:每个 作为有限个连续函数之和,在 上是连续的.由于 ,且 连续,由分析性质可知 是下半连续的. 最值证明(反证法): 设 .取序列 使得 . 由波尔查诺-魏尔斯特拉斯定理,存在子列 . 对于固定的 ,有 . 令 ,由于 连续:上述不等式 对所有 成立,令 :又由下确界定义 ,故必有 . 即 在 处取得最小值.
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