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Aufgabe:

Seien \( f_{n}: D \rightarrow \mathbb{R} \) für jedes \( n \in \mathbb{N} \) gleichmäßig stetig und \( f_{n} \rightarrow f \) gleichmäßig auf \( D \) bei \( n \rightarrow \infty \) für ein \( f: D \rightarrow \mathbb{R} \). Zeigen Sie, dass dann auch \( f \) gleichmäßig stetig ist.


Problem/Ansatz:

Weiß jemand wie man das zeigt?

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Hallo

die Antwort ist JA. aber wahrscheinlich war das nicht deine eigentliche Frage, darum meine Hast u die glm Stetigkeit un die glm Konvergenz mal hingeschrieben, was fehlt dann noch zu einem Beweis?

lul

Die gleichmäßige Stetigkeit lautet:

\( |f(x)-f(y)|<\varepsilon \quad \) für alle \( x, y \in D \) mit \( |x-y|<\delta \).


Die gleichmäßige Konvergenz lautet:
\( \left(f_{n}\right)_{n \in \mathbb{N}} \) heißt gleichmäßig konvergent, wenn es \( f: D \rightarrow \mathbb{K} \) gibt, derart dass gilt: \( \forall \varepsilon>0 \exists n_{0} \in \mathbb{N}:\left|f_{n}(x)-f(x)\right|<\varepsilon \) für alle \( n \geq n_{0}(\varepsilon) \) und alle \( x \in D \).


Folgende Implikationen sind mir auch noch bekannt (für den Fall, dass diese eine Role spielen):

\( f_{n} \rightarrow f \) gleichmäßig bei \( n \rightarrow \infty \Rightarrow f_{n} \rightarrow f \) punktweise bei \( n \rightarrow \infty \)

\( f_{n} \rightarrow f \) gleichmäßig auf \( D \Leftrightarrow \lim \limits_{n \rightarrow \infty}\left\|f_{n}-f\right\|_{\infty}=0 \)


Des weiteren weiß ich:

Stetige Funktionen sind auf kompakten Mengen gleichmäßig stetig. (Eine stetige Funktion \( f: D \rightarrow \mathbb{K} \) auf einer Kompakten Menge \( D \) in \( \mathbb{R} \) oder \( \mathbb{C} \) ist gleichmäßig stetig).

Wenn ich die ursprüngliche Angebe richtig verstehe, soll gezeigt werden, dass aus der glm Stetigkeit der Funktionenfolge die glm Stetigkeit von f gefolgert werden soll. Somit hoffe ich mal, dass ich mit meinen Gedanken / Wissen irgendwie richtig liege und ich nur nicht sehe, wie diese zusammengeführt werden ☺?

1 Antwort

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Beste Antwort

Hallo,

das geht mit einem typischen "Drei-Epsilon-Beweis". Du willst abschätzen

$$|f(x)-f(y)|$$

Das führst Du zurück:

$$|f(x)-f(y)|=|f(x)-f_n(x)+f_n(x)-f_n(y)+f_n(y)-f(y)| \\ \quad\leq |f(x)-f_n(x)|+|f_n(x)-f_n(y)|+|f_n(y)-f(y)|$$

Wenn \(\epsilon>0\) gegeben ist, dann wählst Du ein \(n \in \N\), so dass der erste und letzte Summand kleiner als dieses \(\epsilon\) ist. Wegen der gleichmäßigen Konvergenz der Funktionenfolge geht das "mit einem n für alle x,y aus D"

Zu diesem n und dem \(\epsilon\) wählst Du jetzt das \(\delta>0\), so dass der mittlere Summand für \(|x-y|<\delta\) kleiner als \(\epsilon\) wird.

Das ist der Grundgedanke. Du kannst das jetzt noch ein wenig mathematisch korrekt umformulieren, also beginnen mit: Sei \(\epsilon>0\) gegeben, dann wähle ich n...., dann wähle ich \(\delta\) und dann gilt für beliebige x,y aus D mit \(x-y| <\delta\)

Gruß Mathhilf...

Avatar von 14 k

Danke für deine Hilfe!

Ich habe jetzt δ schlussendlich so gewählt, dass für die Definition der gleichmäßigen Stetigkeit ε0 = \( \frac{ε}{3} \) > 0 gilt.

Daraus ergibt sich:

 $$|f(x)-f_n(x)|+|f_n(x)-f_n(y)|+|f_n(y)-f(y)|$$ ≤ \( \frac{ε}{3} \) + \( \frac{ε}{3} \) + \( \frac{ε}{3} \) = ε

Ja, so ist es vielleicht noch etwas "runder"

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