2 svar
276 visningar
MrPotatohead behöver inte mer hjälp
MrPotatohead 8107 – Moderator
Postad: 16 jan 2025 12:10

Bevis av identitet för en funktion med två egenskaper

Någon som kan förklara hur detta resonemang går till, eller visa det på ett eget sätt?

Det som ska visas är att f(t)/t2 -> 0 när t->infty med egenskaperna enligt tavlan.

LuMa07 556
Postad: 16 jan 2025 13:20 Redigerad: 16 jan 2025 13:31

Man vill hitta något samband mellan 1Tf(t)dt\int_1^T f(t)\,dt och en integral där både övre och undre integrationsgränserna innehåller TT med ett fixt förhållande, t.ex. T/2Tf(t)dt\int_{T/2}^{T} f(t)\,dt m.h.a. monotonitet av ff, så att man kan utnyttja monotonitet till fullo.

Antag att f(t)0f(t) \ge 0  för alla t1t\ge 1. (och T>2T>2)

Då gäller att 1Tf(t)dtT/2Tf(t)dt\displaystyle \int_1^T f(t)\,dt \ge \int_{T/2}^T f(t)\,dt då integrationsintervallet har minskat.

 

Å andra sidan gäller att f(t)f(T/2)f(t) \le f(T/2) för alla t[1,T/2]t \in [1, T/2] medan f(T/2)f(t)f(T/2) \le f(t) för alla t[T/2,T]t \in [T/2, T], så

1T/2ftdt1T/2f(T2)dt=(T2-1)f(T2)T2 f(T2)T/2Tf(T2)dtT/2Tftdt\displaystyle \int_1^{T/2} f\left(t\right)\,dt \le \int_1^{T/2} f(\frac{T}{2})\,dt =(\frac{T}{2} - 1) f(\frac{T}{2}) \le \frac{T}{2}  f(\frac{T}{2}) \le \int_{T/2}^T f(\frac{T}{2})\,dt \le \int_{T/2}^T f\left(t\right)\, dt.

Därmed är 1Tftdt1T/2ftdt+T/2Tftdt2T/2Tftdt\int_1^T f\left(t\right) \,dt \le \int_1^{T/2} f\left(t\right)\,dt + \int_{T/2}^T f\left(t\right)\,dt \le 2 \int_{T/2}^T f\left(t\right)\,dt.

 

Man har nu visat dubbelolikheten  T/2Tftdt1Tftdt2T/2Tftdt\displaystyle  \int_{T/2}^T f\left(t\right)\,dt \le \int_{1}^T f\left(t\right)\,dt \le 2 \int_{T/2}^T f\left(t\right)\,dt.

Tack vare monotonitet av ff, så kan man göra uppskattningen T2f(T2)T/2TftdtT2fT\displaystyle \frac{T}{2} f(\frac{T}{2}) \le \int_{T/2}^T f\left(t\right)\,dt \le \frac{T}{2} f\left(T\right).

 

När dessa två dubbelolikheter kombineras så får man att T2f(T2)1TftdtTf(T)\displaystyle \frac{T}{2} f(\frac{T}{2}) \le \int_{1}^T f\left(t\right)\,dt \le T f(T).

När alla led nu divideras med T2T^2, så får man att f(T/2)2T1T21Tftdt f(T)T\displaystyle \frac{f(T/2)}{2T} \le \frac{1}{T^2} \int_{1}^T f\left(t\right)\,dt  \le \frac{f(T)}{T}.

 

Därmed gäller att

limsupTf(T)T=limsupTf(T/2)T/2=4limsupTf(T/2)2T4limsupT1T21Tft=4·1=4 \displaystyle \limsup_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T} = \limsup_{T\to\infty} \frac{f(T/2)}{T/2} = 4 \limsup_{T\to\infty} \frac{f(T/2)}{2T}\le 4 \limsup_{T\to\infty} \frac{1}{T^2} \int_{1}^T f\left(t\right) = 4 \cdot 1 = 4

och

liminfTf(T)T liminfT1T21Tftdt=1 \displaystyle \liminf_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T} \ge  \liminf_{T\to\infty} \frac{1}{T^2} \int_{1}^T f\left(t\right)\,dt = 1.

 

Sammanlagt är

1liminfTf(T)TlimsupTf(T)T4 \displaystyle 1 \le \liminf_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T} \le \limsup_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T} \le 4.

 

Om man nu har T1+kT^{1+k} i nämnaren med k>0k > 0, så är

limT1TkliminfTf(T)T1+klimsupTf(T)T1+klimT4Tk \displaystyle \lim_{T\to \infty} \frac{1}{T^k} \le \liminf_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T^{1+k}} \le \limsup_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T^{1+k}} \le \lim_{T\to \infty} \frac{4}{T^k},

vilket visar att

limTf(T)T1+k=0 \displaystyle \lim_{T\to\infty} \frac{f(T)}{T^{1+k}} = 0 för varje k>0k > 0.

MrPotatohead 8107 – Moderator
Postad: 16 jan 2025 22:38

Fantastiskt svar. Tack så mycket. Jag tror inte jag har några frågor nu men återkommer isåfall.😊

Svara
Close