关于极限符号可交换性的讨论(3)

显然,每个函数 在 上只有有限个间断点,是可积的。接下来看它的极限函数 : 当 是无理数时,因为 ,所以此时极限函数 当 是有理数时,设 ,那么由函


显然,每个函数 在 上只有有限个间断点,是可积的。接下来看它的极限函数 :

当 是无理数时,因为 ,所以此时极限函数

当 是有理数时,设 ,那么由函数列 的定义我们可以知道,当 时, ,所以此时极限函数

所以,我们可以得到 的极限函数 ,这是Dirichlet函数,在 上不可积。例2 定义函数 .

先来看它的极限函数: , ,显然 在 上是可积的,并且 .然后我们先对 积分有: ,所以 ,因此可以得到 .

那么什么时候积分与极限运算的顺序可以交换呢?复旦大学欧阳光中等教授在他们编写的《数学分析》一书[3]中得到了积分号和极限号可交换的充分条件:

定理1 若函数列 在区间 上一致收敛于函数 ,且每一个 都是 上的连续函数,那么 在 可积,并且 .

证:因为函数列 在区间 上一致收敛于函数 ,且每一个 都是 上的连续函数,所以 是 上的连续函数即 在 是可积的,并且 使得当 时对于 都有 .从而 ,使得当 时有 即 ,因此 成立.