利用狄利克雷函数及其改造构造反例

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  【摘要】狄利克雷函数作为分析学中的一种构造性函数,存在着一些特殊的性质.在数学分析中,许多定理成立的条件并非充分必要,可能正向成立,而反之不成立,不成立时只需要找到合适的反例即可说明不成立.可通过狄利克雷函数构造一些反例,从而更好地理解矛盾所在.本文分别从狄利克雷函数本身的性质、极限、连续、可导、可积、收敛等角度引入狄利克雷函数及其改造,从而构造反例.
  【关键词】狄利克雷函数;极限;连续;可导;可积;收敛
  实数域上的狄利克雷函数虽然不是初等函数,但仍可利用极限函数建立分析表达式表示D(x)=limk→∞(limj→∞(cos(k!πx))2j)(k,j为整数),也可以简单地表示为分段函数的形式D(x)=1x为有理数,0x为无理数.
  一、函数本身性质带来的反例
  该函数有如下一些特殊的性质:
  1.基本性质
  (1)定义域为整个实数域R.
  (2)值域为{0,1},因此有界.
  (3)函数为偶函数.
  (4)无法画出函数图像,但是它的函数图像客观存在.
  (5)以任意有理数为其周期,由实数的连续统理论可知,其无最小正周期.
  2.分析性质
  (1)处处不连续.
  (2)处处不可导.
  (3)在任何区间内黎曼不可积.
  (4)函数是可测函数.
  (5)在单位区间[0,1]上勒贝格可积,且勒贝格积分值为0(且任意区间以及R上甚至任何R的可测子集上(区间不论开闭、是否有限)的勒贝格积分值为0 )
  从其本身的性质出发,可直接得出:
  (1)画不出图像(图像客观存在)——不是所有的函数都能画出图像.
  (2)狄利克雷函数为周期函数,但无最小正周期,它以任意有理数为正周期——不是所有的周期函数都有最小正周期.
  二、极限有关的反例
  函数极限是高等数学最基本的概念之一,导数等概念都是在函数极限的定义上完成的.
  定义 设函数在某点的某一去心邻域内有定义,如果存在常数A,对于给定ε(无论它多么小),总δ
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