Ολοκλήρωμα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

ttheodoros
Δημοσιεύσεις: 87
Εγγραφή: Κυρ Νοέμ 21, 2010 4:28 pm
Τοποθεσία: Λευκωσία - Κύπρος

Ολοκλήρωμα

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ttheodoros »

Έστω f:[0,1]\rightarrow [0,1] αύξουσα συνάρτηση. Αν
\displaystyle{ 
\int_{0}^{1} \big(f(x)-x\big) dx=0 
}
να δειχτεί ότι
\displaystyle{ 
\int_{0}^{1} |f(x)-x|dx<\dfrac{1}{4}. 
}

Ετικέτες:
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 18874
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Ολοκλήρωμα

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou »

ttheodoros έγραψε: Πέμ Μάιος 05, 2022 5:28 pm Έστω f:[0,1]\rightarrow [0,1] αύξουσα συνάρτηση. Αν
\displaystyle{ 
\int_{0}^{1} \big(f(x)-x\big) dx=0 
}
να δειχτεί ότι
\displaystyle{ 
\int_{0}^{1} |f(x)-x|dx<\dfrac{1}{4}. 
}
.
Έστω A = \{ x\in [0,\,1] \, | f(x)<x \}, \, B = \{ x\in [0,\,1] \, | f(x) = x \}, \, C = \{ x\in [0,\,1] \, | f(x)> x \} , οπότε τα A,\, B, \, C είναι ξένα με A\cup B \cup C=[0,1]

Η υπόθεση γράφεται

0= \int _A (f(x)-x) dx + \int _B (f(x)-x) dx + \int _C (f(x)-x) dx = \int _A (f(x)-x) dx + 0 + \int _C (f(x)-x) dx άρα

 \int _C (f(x)-x) dx = - \int _A (f(x)-x) dx  = \int _A (x- f(x)) dx \,\, (*)

Έχουμε

 \int _0^1 |f(x)-x | dx  = \int _A |f(x)-x| dx + \int _B |f(x)-x|  dx + \int _C |f(x)-x|  dx =

= \int _A (x- f(x)) dx + 0 + \int _C (f(x)-x) dx

το οποίο από την (*) ισούται με 2 \int _C (f(x)-x) dx αλλά και με 2 \int _A (x- f(x)) dx. Θα χρησιμοποιήσουμε και τις δύο εκδοχές.

Τώρα, τα A και C είναι ανοικτά σύνολα. Άρα το καθένα γράφεται ως ξένη ένωση ανοικτών διαστημάτων, A = \cup (a_k,\, b_k),\, C= \cup (c_k,\, d_k) .

Άρα, με χρήση της υπόθεσης ότι η f είναι αύξουσα, έχουμε

\displaystyle{ \int _A (x- f(x)) dx =\sum_k  \int _{(a_k,\, b_k)}  (x- f(x)) dx   \le  \sum _k  \int _{a_k}^{b_k} (x- a_k)dx= \dfrac {1}{2} \sum_k (b_k-a_k) ^2  }

το οποίο με την σειρά του είναι \displaystyle{\le \dfrac {1}{2} \left ( \sum _k (b_k-a_k)\right ) ^2= \dfrac {1}{2} \left ( \mu (A) )^2}

Άρα

\displaystyle{ \boxed{  \int _0^1 |f(x)-x | dx  = 2 \int _A (x-f(x)) dx  \le (\mu (A))^2}} και όμοια \displaystyle{ \boxed{  \int _0^1 |f(x)-x | dx  = 2 \int _C (f(x)-x) dx  \le (\mu (C))^2}}

Χωρίς βλάβη \mu (A) \le \mu (C) άρα

\displaystyle{ \int _0^1 |f(x)-x | dx  \le (\mu (A))^2 \le \left (\dfrac {\mu (A) + \mu (C) }{2} \right )^2 = \left (\dfrac {\mu (A\cup C) }{2}  \right )^2 \le \left (\dfrac {1 }{2}  \right )^2 = \dfrac {1}{4}}, όπως θέλαμε.

(H άσκηση ζητάει να δείξουμε γνήσια ανισότητα αλλά η f(x)=\dfrac {1}{2} δείχνει ότι δεν μπορούμε να το πετύχουμε. Έδειξα λοιπόν το "μικρότερο ή ίσο")
ttheodoros
Δημοσιεύσεις: 87
Εγγραφή: Κυρ Νοέμ 21, 2010 4:28 pm
Τοποθεσία: Λευκωσία - Κύπρος

Re: Ολοκλήρωμα

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ttheodoros »

Κ, Λάμπρου σας χαιρετώ! Ευχαριστώ πολύ για την λύση σας. Πολυ ορθή και η παρατήρησή σας στο τέλος.
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 2 επισκέπτες