绝对连续函数的几个性质的探讨

摘 要:在函数的整体性质中,包括有函数的有界变差、一直连续性和绝对连续性。本文主要就绝对连续函数的基本含义,探讨绝对连续函数的性质,通过运用绝对函数的复合运算、四则运算和极限函数的绝对连续性。

关键词:绝对连续函数;积分公式;函数运算

绝对连续函数在L积分(Lebesgue积分)的理论中对Newton-Leibniz定理的推广,是十分重要的条件。Newton-Leibniz公式的成立,就是一个函数[f(x)]是一个Lebesgue可积函数的不定积分的充要条件就是[f(x)]为绝对连续函数。便可以得出,在数学分析中,比起Riemann积分,L积分对积分和微分的关系问题的揭示,向更远、更深入的方向前进了很多。

在连续函数的基础定义的原则下,本文就绝对连续函数的几个性质做进一步的探讨和研究,以证明绝对连续函数的复合运算与四则运算的绝对连续性。

一、基础定义

定义:假如[f(x)]是[a,b]上的有限函数,如果对任何ε大于0,存在δ大于0,使对[a,b]中任意有限个互不相交的开区间(ai,bi)(i=1,2…,n),只要

[i=1n(bi-ai)

所以[f(x)]是[a,b]里面的绝对连续函数。

命题 1 如果[f(x)]在[a,b]上可积,所以:

[f(x)=axf(t)dt]是[a,b]上的绝对连续函数。

命题 2 假设[f(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,那么[f(x)]在[a,b]上每个地方都可微,[f'(x)]在[a,b]上可积,并且

[f(x)-f(a)=axf'(t)dt]

便可以得知,在L积分中,Newton-Leibniz公式成立,意思是一个定义在[a,b]上的函数[f(x)]让[f(x)-f(a)=axf'(t)dt]成立的充要条件是[f(x)]为[a,b]的绝对连续函数。

二、绝对连续函数的性质

于是,可以证明:

定理 1:(i)如果[f(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,那么[f(x)]在[a,b]上能一致的连续;

(ii)如果[f(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,那么[f(x)]也是任何一个子区间[α.β][?][a,b]上的绝对连续函数;

(iii)如果a≤c≤b,[f(x)]分别是[a,b]与[c,d]上的绝对连续函数,那么[f(x)]是[a,b]上的绝对连续函数;

(iv)假设[f(x)]为[a,b]上的绝对连续函数,那么|[f(x)]|也是[a,b]上的绝对连续函数。

定理 2 (i)如果[f(x)],[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,那么对任意常数α,β,α[f(x)]+β[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数;

(ii)如果α,β,α[f(x)]+β[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,那么[f(x)],[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数;

(iii)如果在[a,b]上[g(x)]不等于0,那么[f(x)g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数。

证明 (ii)和(iii):

因为[f(x)],[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,所以|[f(x)]|,|[g(x)]|在[a,b]上存在着最大值,假如它的最大值分别是M,N,则可以根据|[f(bi)][g(bi)]-[f(ai)][g(ai)]|[≤]M |[g(bi)]-[g(ai)]|+N |[f(bi)]-[f(ai)]| 其中(ai,bi)[?][a,b],则[f(x)][g(x)]在[a,b]上的绝对连续。

假如|[g(x)]|在[a,b]上的最小值为K,因为,在[a,b]上[g(x)]不等于0,所以K大于0,所以

[|1g(bi)-1g(ai)|≤1k2|g(bi)-g(ai)|]

由于[1g(x)]在[a,b]上绝对连续,所以可以得知[f(x)g(x)]在[a,b]上绝对联系。

从(i)可以得出,[a,b]上绝对连续函数的全体构成一个线性空间。

定理 3 如果[f(x)]是[c,d]上的绝对连续函数,[g(t)]是[a,b]上的绝对连续函数,并且[g]([a,b])[?][c,d],如果[g(t)]在[a,b]上单调,那么[f(g(t))]是[a,b]上的绝对连续函数。

证明:因为[f(x)]在[c,d]上绝对连续,所以任给ε大于0,存在ζ大于0,所以当[c,d]中任意有限个互不相交开区间(ci,di)(i=1,2…,m)满足

[i=1m(di-ci)

又因为[g(t)]在[a,b]上绝对连续,所以对ζ大于0,存在δ大于0,所以,当[a,b]中任意有限个互不相交的开区间(ai,bi)(i=1,2…,m)满足

[i=1m(bi-ai)

由于[g(t)]在[a,b]上单调,所以[(g(ai),g(bi))](i=1,2…,m)为[c,d]中有限个互不相交的开区间,于是有[i=1n|f(g(bi))-f(g(ai))|

三、Lebesgue积分的分部积分与环元积分公式

定理 4 假如[f(x)],[g(x)]是[a,b]上的绝对连续函数,则[abf(x)g'(x)dx=f(x)g(x)|ba-abg(x)f'(x)dx]

证明:根据定理 2 的(ii)得出,[f(x)]・[g(x)]在[a,b]上绝对连续,再根据命题 2 得出:

[f(b)?g(b)-f(a)?g(a)=ab[f(x)g(x)]'dx=abf'(x)g(x)dx+abf(x)g'(x)dx]

定理5 假如[f(x)]在[c,d]上可积,[g(t)]是[a,b]上的绝对连续函数,并且[g([a,b])?[c,d]],如果[g(t)]在[a,b]上单调,那么[g(α)g(β)f(x)dx=αβf(g(t))g'(t)dt] [α,β∈][a,b],证明:假设[f(x)=cxf(u)du]

从命题 1 可以得出,[f(x)]在[c,d]上绝对连续,在从定理 3 得出,[F(g(t))]在[a,b]上绝对连续,便可以从命题 2 中得出:

[F(g(β))-F(g(α))=g(α)g(β)f(x)dx=αβf(g(t))g'(t)dt]

参考文献:

[1]董立华. 关于绝对连续函数一些性质的讨论[J].枣庄学院学报,2011,02:25-28.

[2]李龙星. 绝对连续函数的几个性质[J]. 洛阳工业高等专科学校学报,1995,01:4-6.

[3]张永锋. 绝对连续的一些性质[J]. 咸阳师范学院学报,2003,06:21-23.

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