Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 10. 11. 2020 00:26

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Záměna limit a integrálu

S tímhle příkladem si moc nevím rady:

Má se spočítat

$\lim_{n\to\infty }\int_{0}^{\infty }exp(-x^{2}+(2n-1)x-n^{2})dx$

Napadá mě -  pokud s limitou "vlezu" do integrálu, tak člen $exp(-n^{2})$ přebije ostatní a pro n jdoucí do nekonečna jde celá limita k nule. Měl bych tedy dostat integrál z nuly, tedy nulu.

Ale je to jen první úvaha, navíc jsem ani neověřoval předpoklady, zda jde o Leviho, Lebesgueho nebo Fatoua.

Offline

 

#2 10. 11. 2020 08:33

surovec
Příspěvky: 1173
Reputace:   25 
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:
Ta úvaha asi není od věci, ale ještě bych to upravil do tvaru [mathjax]\mathrm{exp}(-(x-n)^2-x)=\frac{\mathrm{e}^{-(x-n)^2}}{\mathrm{e}^x}[/mathjax], ze kterého by se to dalo jasněji vyargumentovat (n posouvá Gaussovku do nekonečna, kde ji nuluje jmenovatel).

Offline

 

#3 10. 11. 2020 11:58

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

surovec napsal(a):

↑ 2M70:
Ta úvaha asi není od věci, ale ještě bych to upravil do tvaru [mathjax]\mathrm{exp}(-(x-n)^2-x)=\frac{\mathrm{e}^{-(x-n)^2}}{\mathrm{e}^x}[/mathjax], ze kterého by se to dalo jasněji vyargumentovat (n posouvá Gaussovku do nekonečna, kde ji nuluje jmenovatel).

Přemýším, jak "korektně podat" tu větu "n posouvá Gaussovku do nekonečna, kde ji nuluje jmenovatel".

Offline

 

#4 10. 11. 2020 13:09

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

Ještě k ↑ surovec:

Bohžel se mi nedaří rozluštit výraz na pravé straně rovnosti - příliš malá velikost písma. Můžu poprosit o větší písmo?

Dík!

Offline

 

#5 10. 11. 2020 13:21

Mirek2
Příspěvky: 1213
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:
Písmo lze zvětšit stisknutím Ctrl a + .

Offline

 

#6 10. 11. 2020 13:21

Ferdish
Zablokovaný
Příspěvky: 4173
Škola: PF UPJŠ (2013), ÚEF SAV (2017)
Pozice: vedecký pracovník
Reputace:   81 
 

Re: Záměna limit a integrálu

2M70 napsal(a):

Ještě k ↑ surovec:

Bohžel se mi nedaří rozluštit výraz na pravé straně rovnosti - příliš malá velikost písma. Můžu poprosit o větší písmo?

Dík!

Skopíruj si ten výraz do náhľadu príspevku, len miesto tagu [mj] použi [mjb] alebo klasické doláre ($výraz$).

Offline

 

#7 10. 11. 2020 13:38

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

$\mathrm{exp}(-(x-n)^2-x)=\frac{\mathrm{e}^{-(x-n)^2}}{\mathrm{e}^x}$

Dík za radu, za vysvětlení!

Offline

 

#8 10. 11. 2020 16:01

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

Teď ale nad tím trochu přemýšlím...

když "zalimitím" $n\Rightarrow \infty $, tak mi v čitateli "přebije" člen $exp(-n^{2})$ ostatní a

dostávám
$\lim_{n\to\infty }exp(-n^{2})=0$

tedy jsem dostal v čitateli nulu a "bez ohledu na exp(x) ve jmenovateli" získávám "nula krát "cokoli" je nula".

Podle této úvahy by měl být celý integrál nulový.

Nebo je potřeba brát v úvahu tu "gaussovku" a "nějak se vypořádat" s tím exp(x) ve jmenovateli? (to ale nevím, jak).

Offline

 

#9 10. 11. 2020 16:38 Příspěvek uživatele Mirek2 byl skryt uživatelem Mirek2.

#10 10. 11. 2020 17:33 — Editoval surovec (10. 11. 2020 17:34)

surovec
Příspěvky: 1173
Reputace:   25 
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:
Řekl bych, že to enko to iksko nepřebije, jen ho vyrovná (obě jdou do [mathjax]\infty[/mathjax]), integrál by pak (bez toho jmenovatele) byl půlka kopečku "Gaussovky" (takže asi [mathjax]\sqrt{\pi}/2[/mathjax]). Ale ta exponenciela dole je v nekonečnu nekonečná, takže jde o výraz [mathjax]\frac{\sqrt{\pi}}{\infty}=0[/mathjax].

Offline

 

#11 10. 11. 2020 17:52

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ surovec:

Tím mám ale potíž, že "limitím" en-kem, ale následně integruji podle iks-ka. A pak potíž, že mám v čitateli člen, který dá po zintegrování Gaussovku, a ve jmenovateli člen, který dá po dosazení mezí nekonečno, ale integrál podílu není podíl integrálů. Možná si to vykládám špatně.

Offline

 

#12 10. 11. 2020 21:29

surovec
Příspěvky: 1173
Reputace:   25 
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:
Chtěl jsem tím vším říct, že limita posloupnosti funkcí konverguje k [mathjax]f(x)=0[/mathjax] na [mathjax]R^+[/mathjax], a proto je i plocha pod grafem 0. Ale jasně, že je to takový na vodě...

Offline

 

#13 10. 11. 2020 21:39

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ surovec:

Teď jsem trochu zmatený...myslíš, že mi projde ten argument, že "n^2" "přebíjí" x-ko, čímž jde limita čitatele k nule, a tím integrand k nule, a tedy integrál k nule, nebo budu muset najít přijatelné zdůvodnění přes Gaussovku a e^x ve jmenovateli?

Offline

 

#14 11. 11. 2020 12:43

surovec
Příspěvky: 1173
Reputace:   25 
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:
To, že n^2 přebíjí x-ko, se mi jako správné nezdá. Já v tom pořád vidím podíl dvou funkcí: jedna je "Gaussovka" s vrcholem posunutým do n, a druhá je exponenciela. Pokud n půjde k nekonečnu, "kopeček" se tím dělením vynuluje a ve finále se ta funkce limitně blíží k nule na všech kladných číslech. Tak pak i integrál je 0...

Offline

 

#15 11. 11. 2020 13:17

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ surovec:

Právě podíl funkcí vidím jako "zádrhel". Mám to tedy "podat" tak, že "limitěním" podle "n" se vynuluje čitatel (nebo budu muset komplikovaně dokazovat tu Gaussovku?), nebo mám tu limitu v proměnné "x" následně nakonec vzít v čitateli, a podělit "velkou" exponenciálu "x"? Omlouvám se za zmatenost.

Offline

 

#16 11. 11. 2020 13:40

jarrro
Příspěvky: 5490
Škola: UMB BB Matematická analýza
Reputace:   303 
Web
 

Re: Záměna limit a integrálu

[mathjax2]\mathrm{e}^{-x^2+\left(2n-1\right)x-n^2}=\frac{\mathrm{e}^{-\left(x-n\right)^2-\left(x-n\right)}}{\mathrm{e}^n}[/mathjax2]
teda supremum bude [mathjax]\frac{s}{\mathrm{e}^{n}}[/mathjax] kde [mathjax]s[/mathjax] je supremum funkcie [mathjax]f{\left(t\right)}=\mathrm{e}^{-t^2-t}[/mathjax]
Teda to rovnomerne konverguje a možno použiť zámenu limity a integrálu.
Ak som teda niečo neprehliadol.


MATH IS THE BEST!!!

Offline

 

#17 11. 11. 2020 14:21

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ jarrro:

$\mathrm{e}^{-x^2+\left(2n-1\right)x-n^2}=\frac{\mathrm{e}^{-\left(x-n\right)^2-\left(x-n\right)}}{\mathrm{e}^n}$

$f{\left(t\right)}=\mathrm{e}^{-t^2-t}$

To exp(n) ve jmenovateli vypadá nadějně, ale není mi moc jasné, jak se k němu přišlo, když dělám limitu přes en-ka.

Myslíš, že jde použít tu substituci, se zanedáním iks-ek v čitateli, na

$f(t)=\frac{e^{-t^{2}-t}}{e^{t}}$  ?

Offline

 

#18 11. 11. 2020 15:55 — Editoval 2M70 (11. 11. 2020 18:55)

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

Ještě problém: zda se při záměně limity a integrálu použije Leviho nebe Lebesg. věta. V tomto případě mysím, že monotonie takovéhle komplikované exponenciály by se určovala hodně obtížně, zbývá tedy Lebesgueova věta. Teď jde o to, najít nějakou přijatelnou "integrovatelnou majorantu". Tedy asi něco udělat s iks-kama.

Offline

 

#19 11. 11. 2020 21:31 — Editoval jarrro (11. 11. 2020 21:33)

jarrro
Příspěvky: 5490
Škola: UMB BB Matematická analýza
Reputace:   303 
Web
 

Re: Záměna limit a integrálu

Iba som pričítal a odčítal n v exponente.
Urobil som to preto, aby som mal argument $x-n$.
Vo všeobecnosti extrém funkcie tvaru
$f{\(g{\(x,n\)}\)}h{\(n\)}$ kde h je kladná postupnosť a g je taká, že $g_n{\(x\)}=g{\(x,n\)}$ je bijekcia na [mathjax]\mathbb{R}[/mathjax] pre každé n,
vzhľadom na x je $h{\(n\)}$ násobok extrému funkcie $f{\(t\)}$ Akurát ten extrém funkcie f sa môže nadobúdať pre každé n v inom bode.
Využiť sa môže zámena limity a integrálu v prípade rovnomernej konvergencie.


MATH IS THE BEST!!!

Offline

 

#20 11. 11. 2020 21:48

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ jarrro:

Nějak nerozumím tomu hledání extrému. Podle mě je hledání monotonie pro Leviho větu tak náročné, že mi přijde jednodušší Lebesgue, a k němu najít integrovatelnou majorantu (resp. u Lebesg. věty potřebuji vlastně "dva policajty").

Offline

 

#21 12. 11. 2020 05:14 — Editoval jarrro (12. 11. 2020 05:14)

jarrro
Příspěvky: 5490
Škola: UMB BB Matematická analýza
Reputace:   303 
Web
 

Re: Záměna limit a integrálu

Ale ja som dokázal (dúfam), že postupnosť funkcií
[mathjax2]f_n{\left(x\right)}=\mathrm{e}^{-x^2+\left(2n-1\right)x-n^2}=\frac{\mathrm{e}^{-\left(x-n\right)^2-\left(x-n\right)}}{\mathrm{e}^n}[/mathjax2]
Konverguje rovnomerne k nulovej funkcii. Z toho už možnosť zámeny limity a integrálu vyplýva.


MATH IS THE BEST!!!

Offline

 

#22 12. 11. 2020 06:06

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ jarrro:

Omlouvám se za "nechápavost", ale pokud jde o konvergenci, myslíš, že stačí ukázat, že

$f_n{\left(x\right)}=\mathrm{e}^{-x^2+\left(2n-1\right)x-n^2}=\frac{\mathrm{e}^{-\left(x-n\right)^2-\left(x-n\right)}}{\mathrm{e}^n}$

jde určitě bodově k nule $(\lim_{n\to\infty }f_{n}(x)=0)$, což je evidentní po Tvém přepsání předpisu funkce, a navíc $\lim_{n\to\infty }|f_{n}(x)-f(x)|=0$ jde vlastně taky k nule, čímž mám dokonce stejnoměrnou konvergenci? (Doufám, že to nepíšu blbě).

Podle mě ta záměta limity a integrálu je Lebesgueova věga, jen jde o to, najít integrovtelnou majorantu.

Věta má 3 požadavky

1) $\{f_{n}\}^{\infty }_{n=1}\subset L$, je lebesgueovsky interovatelná

2) $f_{n}\Rightarrow f$ skoro všude (= až na množinu míry nula)

3) hlavní - musí existovat integrovatelná majoranta $g\in L$, tak, že
$(\exists g\in L)(\forall n\in \mathbb{N})|f_{n}|\le g$
skoro všude.

Offline

 

#23 12. 11. 2020 10:50

jarrro
Příspěvky: 5490
Škola: UMB BB Matematická analýza
Reputace:   303 
Web
 

Re: Záměna limit a integrálu

$\lim_{n\to\infty }|f_{n}(x)-f(x)|=0$ je zápis bodovej limity. dôležité je, že aj
$\lim_{n\to\infty }\left(\mathrm{sup}|f_{n}(x)-f(x)|\right)=0$


MATH IS THE BEST!!!

Offline

 

#24 12. 11. 2020 11:34

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ jarrro:

To je mi zajímavé, v teorii jsme se učili, že stačí bodová konvergence (tedy u Lebesguea). Ale nutná je ta integrovatelná majoranta. A tu právě nevím, jak udělat.

Offline

 

#25 12. 11. 2020 11:43

jarrro
Příspěvky: 5490
Škola: UMB BB Matematická analýza
Reputace:   303 
Web
 

Re: Záměna limit a integrálu

↑ 2M70:to je pravda, ale tu sa mi vidí ľahšie dokázať rovnomernú konvergenciu ako hľadať majorantu.


MATH IS THE BEST!!!

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson