Ruang L² Umum

Batas sumber. Bagian ini mengikat funct_anal.tex baris 246-623 pada sumber beku.

Ruang L2\displaystyle L^2 Umum

Misalkan μ\mu adalah suatu ukuran pada ruang terukur Ω\Omega. Misalkan L2(Ω)L2(Ω,μ)\displaystyle L^2(\Omega) \equiv L^2(\Omega, \mu) adalah ruang kelas ekuivalensi fungsi terukur f:Ωf:\Omega \rightarrow \mathbb{C} terhadap kesamaan hampir di mana-mana, sedemikian sehingga Ω|f|2dμ\displaystyle\int_\Omega |f|^2 \,\mathrm{d}{\mu} berhingga. Kita dapat mendefinisikan hasil kali skalar pada L2(Ω)\displaystyle L^2(\Omega) dengan

f,g=Ωfg¯dμ,f,gL2(Ω).\left\langle{f},{g}\right\rangle = \int_\Omega f\, \overline{g} \,\mathrm{d}{\mu} \quad , \quad f, g \in L^2(\Omega) \ . Norma L2\displaystyle L^2 terkait adalah

f2=f,f=(Ω|f|2dμ)1/2,fL2(Ω).\| f \|_2 = \sqrt{\left\langle{f},{f}\right\rangle} = \left(\int_\Omega |f|^2 \,\mathrm{d}{\mu}\right)^{1/2} \quad , \quad f \in L^2(\Omega) \ . Dengan norma ini, L2(Ω)\displaystyle L^2(\Omega) merupakan ruang Hilbert.

Catatan. Kami menggunakan istilah “fungsi” untuk suatu unsur fL2(Ω)\displaystyle f \in L^2(\Omega). Pembaca perlu mengingat bahwa sebenarnya ff merepresentasikan kelas ekuivalensi fungsi-fungsi yang sama dengan ff hampir di mana-mana.

Berdasarkan Teorema 4.1.13, suatu himpunan ortonormal fungsi {vα}αA\displaystyle\{ v_\alpha \}_{\alpha \in A}, dengan AA suatu himpunan indeks, lengkap jika f,vα=0\left\langle{f},{v_\alpha}\right\rangle = 0 untuk setiap αA\alpha \in A mengakibatkan bahwa f=0f = 0 hampir di mana-mana pada Ω\Omega.

Misalkan S={vα}αA\displaystyle S= \{ v_\alpha \}_{\alpha \in A}, dengan AA suatu himpunan indeks, adalah basis ortonormal dari L2(Ω)\displaystyle L^2(\Omega). Deret Fourier (tergeneralisasi) suatu fungsi fL2(Ω)\displaystyle f \in L^2(\Omega) terhadap basis ortonormal SS adalah

αAaαvα,\sum_{\alpha \in A} a_\alpha v_\alpha \ , dengan

aα=f,vα=Ωfv¯αdμ,αA.a_\alpha = \left\langle{f},{v_\alpha}\right\rangle = \int_\Omega f\, \overline{v}_\alpha \,\mathrm{d}{\mu} \quad, \quad \alpha \in A \ . Ingatlah bahwa himpunan semua α\alpha sedemikian sehingga aα0a_\alpha \neq 0 paling banyak terhitung. Jika himpunan itu berhingga atau kosong, deretnya berhingga atau nol; jika tak berhingga, ambil sebarang pengurutan {αj}j=0\displaystyle\{ \alpha_j\}_{j=0}^\infty dari himpunan indeks αA\alpha \in A sedemikian sehingga aα0a_\alpha \neq 0. Berdasarkan isometri yang didefinisikan dalam (4.1.2), kita memperoleh

fj=0Jaαjvαj2=(jBJ|Ff(j)|2dν)1/20saatJ,\left\| f - \sum_{j=0}^{J} a_{\alpha_j} v_{\alpha_j} \right\|_2 = \left( \int_{j \in B_J} \left| F_f(j)\right|^2 \,\mathrm{d}{\nu} \right)^{1/2} \rightarrow 0 \quad \text{saat} \quad J \rightarrow \infty \ , dengan Ff:F_f:\mathbb{N}\rightarrow \mathbb{C} didefinisikan oleh Ff(j)=f,vαjF_f(j) = \left\langle{f},{v_{\alpha_j}}\right\rangle untuk setiap jj\in \mathbb{N}, BJ={J+1,J+2,}B_J = \{J+1, J+2, \ldots\}, dan ν\nu adalah ukuran pencacahan pada \mathbb{N}. Kekonvergenan integral di atas ke 00 disebabkan oleh fakta bahwa Ff2()\displaystyle F_f \in \ell^2(\mathbb{N}). Dengan kata lain, (4.2.1) menyatakan bahwa

(Ω|fj=0Jaαjvαj|2dμ)1/2=(j=J+1|aαj|2)1/20saatJ\left( \int_\Omega \left|f - \sum_{j=0}^{J} \: a_{\alpha_j} v_{\alpha_j} \right|^2 \,\mathrm{d}{\mu} \right)^{1/2} = \left( \sum_{j=J+1}^\infty |a_{\alpha_j}|^2 \right)^{1/2} \rightarrow 0 \quad \text{saat} \quad J \rightarrow \infty untuk setiap pengurutan {αj}j=0\displaystyle\{ \alpha_j\}_{j=0}^\infty dalam kasus himpunan indeks αA\alpha \in A sedemikian sehingga aα0a_\alpha \neq 0 tak berhingga; kasus berhingga atau kosong berlaku langsung. Kita menulis

f=αAaαvαf = \sum_{\alpha \in A} a_\alpha v_\alpha apabila (4.2.1) dipenuhi. Ini tidak berarti bahwa kita memiliki kekonvergenan titik demi titik. Persoalan ini dibahas dalam Bagian 4.2.3 di bawah.

Ruang L2\displaystyle L^2 pada Garis Real

Salah satu kasus khusus yang penting dalam teori umum ruang L2\displaystyle L^2 diperoleh dengan mengambil Ω=[a,b]\Omega=[a,b] yang dilengkapi dengan ukuran μ\mu yang didefinisikan pada [a,b][a,b] oleh

μ(I)=Ip(x)dx\mu(I) = \int_I p(x) \,\mathrm{d}{x} untuk setiap himpunan bagian terukur Lebesgue II dari [a,b][a,b], dengan p:[a,b]p:[a,b]\rightarrow \mathbb{R} suatu fungsi kontinu sepotong-sepotong pada interval [a,b][a,b] sedemikian sehingga p(x)>0p(x) > 0 untuk hampir setiap x[a,b]x \in [a,b]. Kita juga dapat menggunakan interval terbuka ]a,b[]a,b[, baik terbatas maupun tak terbatas. Hasilnya sama.

Ingatlah bahwa suatu fungsi ff disebut kontinu sepotong-sepotong pada suatu interval II jika ff kontinu pada interval II, kecuali di sejumlah berhingga titik, dan f(c+)=limxc+f(x)\displaystyle f(c^+) = \lim_{x\to c^+} f(x) untuk setiap cIc \in I yang bukan ujung kanan serta f(c)=limxcf(x)\displaystyle f(c^-) = \lim_{x\to c^-} f(x) untuk setiap cIc \in I yang bukan ujung kiri; khususnya pada titik-titik tempat ff tidak kontinu.

Dalam subbagian ini, L2[a,b]L2([a,b],μ)\displaystyle L^2[a,b] \equiv L^2([a,b],\mu) secara khusus menyatakan ruang real yang terdiri atas fungsi terukur f:[a,b]f:[a,b]\rightarrow \mathbb{R} sedemikian sehingga abf2dμ=abf2(x)p(x)dx\displaystyle\int_a^b f^2 \,\mathrm{d}{\mu} = \int_a^b f^2(x) p(x) \,\mathrm{d}{x} berhingga. Hasil kali skalar pada L2[a,b]\displaystyle L^2[a,b] adalah

f,g=abf(x)g(x)p(x)dx,f,gL2[a,b].\left\langle{f},{g}\right\rangle = \int_a^b f(x) g(x) p(x) \,\mathrm{d}{x} \quad , \quad f, g \in L^2[a,b] \ . Norma L2\displaystyle L^2 terkait adalah

f2=f,f=(abf2(x)p(x)dx)1/2,fL2[a,b].\| f \|_2 = \sqrt{\left\langle{f},{f}\right\rangle} = \left(\int_a^b f^2(x) p(x) \,\mathrm{d}{x}\right)^{1/2} \quad , \quad f \in L^2[a,b] \ .

Ruang-ruang L2[a,b]\displaystyle L^2[a,b] memiliki basis ortonormal terhitung. Misalkan {vn:n}L2[a,b]\displaystyle\{v_n : n \in \mathbb{N}\} \subset L^2[a,b] adalah basis ortonormal untuk L2[a,b]\displaystyle L^2[a,b]. Deret Fourier suatu fungsi fL2[a,b]\displaystyle f \in L^2[a,b] terhadap basis ini adalah

n=0anvn,\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} v_n \ , dengan

an=f,vn=abf(x)vn(x)p(x)dx,n.a_n = \left\langle{f},{v_n}\right\rangle = \int_a^b f(x) v_n(x) p(x) \,\mathrm{d}{x} \quad, \quad n \in \mathbb{N}\ .

Kadang-kadang, kita hanya memiliki suatu himpunan ortogonal lengkap fungsi {vn:n}L2[a,b]\displaystyle\{v_n : n \in \mathbb{N}\} \subset L^2[a,b]. Dalam hal ini, deret Fourier fL2[a,b]\displaystyle f \in L^2[a,b] terhadap himpunan fungsi tersebut adalah

n=0anvn,\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} v_n \ , dengan

an=f,vnvn2=(ab(vn(x))2p(x)dx)1abf(x)vn(x)p(x)dx,n.a_n = \frac{\left\langle{f},{v_n}\right\rangle}{\| v_n \|^2} = \left( \int_a^b (v_n(x))^2 p(x) \,\mathrm{d}{x} \right)^{-1} \int_a^b f(x) v_n(x) p(x) \,\mathrm{d}{x} \quad, \quad n \in \mathbb{N}\ .

Kelengkapan basis ortonormal atau himpunan ortogonal yang digunakan dalam (4.2.4) dan (4.2.5) mengakibatkan bahwa

fn=0Nanvn2=(ab(f(x)n=0Nanvn(x))2p(x)dx)1/20saatN.\left\| f - \sum_{n=0}^{N} a_n v_n \right\|_2 = \left( \int_a^b \left( f(x) - \sum_{n=0}^{N} \: a_n v_n(x) \right)^2 p(x) \,\mathrm{d}{x} \right)^{1/2} \rightarrow 0 \quad \text{saat} \quad N \rightarrow \infty \ . Kita mengatakan bahwa n=0Nanvn\displaystyle\sum_{n=0}^{N} \: a_n v_n konvergen dalam L2\displaystyle L^2 ke ff saat NN\rightarrow \infty, dan kita menulis

f=n=0anvn.f = \sum_{n=0}^\infty a_n v_n \ . Ingatlah bahwa kesamaan ini bukan kesamaan titik demi titik, melainkan kesamaan dalam L2[a,b]\displaystyle L^2[a,b].

Ruang L2\displaystyle L^2 pada Lingkaran Satuan

Salah satu kelas penting ruang L2\displaystyle L^2 adalah ruang fungsi terukur bernilai kompleks L2(T)L2(T,ν)\displaystyle L^2(T) \equiv L^2(T,\nu), dengan TT lingkaran satuan di \mathbb{C} dan ukuran Lebesgue ν\nu pada TT diperoleh dari panjang busur dibagi dengan 2π2\pi. Secara khusus, ν(T)=1\nu(T) =1.

Misalkan PP adalah ruang kelas ekuivalensi terhadap kesamaan hampir di mana-mana dari fungsi terukur bernilai kompleks yang 2π2\pi-periodik pada \mathbb{R} sedemikian sehingga

(ππ|f|2dμ)1/2<,\left(\int_{-\pi}^\pi |f|^2 \,\mathrm{d}{\mu}\right)^{1/2} < \infty \ , dengan μ\mu ukuran Lebesgue pada [π,π][-\pi,\pi] yang dibagi dengan 2π2\pi. Jika norma pada PP didefinisikan oleh

f2=(ππ|f|2dμ)1/2,\|f\|_2 = \left(\int_{-\pi}^\pi |f|^2 \,\mathrm{d}{\mu}\right)^{1/2} \ , maka terdapat suatu isometri antara L2(T,ν)\displaystyle L^2(T,\nu) dan PP yang didefinisikan oleh

Q:L2(T,ν)Pff(exi)\begin{aligned} Q: L^2(T,\nu) & \rightarrow P \\ f & \mapsto f(e^{x\,i}) \end{aligned} Kita memperoleh

(T|f(z)|2dν(z))1/2=(ππ|f(exi)|2dμ(x))1/2,\left(\int_T |f(z)|^2\,\mathrm{d}{\nu}(z) \right)^{1/2} = \left(\int_{-\pi}^\pi |f(e^{x\,i})|^2\,\mathrm{d}{\mu}(x) \right)^{1/2} \ , Setiap himpunan terukur BTB \subset T berbentuk B=eAi{exi:xA}\displaystyle B = e^{Ai} \equiv \{e^{x\,i} : x\in A\} dengan A[π,π]A \subset [-\pi,\pi] suatu himpunan terukur, dan sebaliknya. Kita juga memperoleh ν(eAi)=μ(A)\displaystyle\nu(e^{Ai}) = \mu(A).

Definisi berikut dibenarkan oleh isometri di atas.

Definisi. PP dinotasikan dengan L2(T)=L2(T,ν)\displaystyle L^2(T) = L^2(T,\nu).

Konteks akan menentukan ruang mana di antara keduanya yang sedang kita gunakan.

Himpunan {enxi:n}\displaystyle\left\{ e^{n x\, i} : n \in \mathbb{Z}\right\} adalah suatu himpunan ortonormal lengkap dalam L2(T)\displaystyle L^2(T). Ekspansi Fourier klasik suatu fungsi bernilai kompleks fL2(T)\displaystyle f \in L^2(T) adalah

ncnenxi,\sum_{n\in \mathbb{Z}} c_n e^{n x\, i} \ , dengan

cn=12πππf(x)enxidx,n.c_n = \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} \, f(x) e^{-n x\, i} \,\mathrm{d}{x} \quad , \quad n \in \mathbb{Z}\ .

Kekonvergenan Titik demi Titik Deret Fourier Klasik

Dalam bagian ini, kita membuktikan teorema berikut.

Teorema 4.2.3. Misalkan f:f:\mathbb{R}\to \mathbb{C} adalah fungsi 2π2\pi-periodik yang terdiferensialkan sepotong-sepotong. Maka

f(x+)+f(x)2=limNn=NNcnenxi,\frac{f(x^+) + f(x^-)}{2} = \lim_{N\to \infty} \sum_{n=-N}^N c_n e^{n x\, i} \ , dengan cnc_n didefinisikan dalam (4.2.6), f(x+)=limsx+f(s)\displaystyle f(x^+) = \lim_{s\to x^+} f(s), dan f(x)=limsxf(s)\displaystyle f(x^-) = \lim_{s\to x^-} f(s).

Syarat yang lebih longgar untuk kekonvergenan titik demi titik deret Fourier diberikan dalam RuPMA. Ingatlah bahwa ff disebut terdiferensialkan sepotong-sepotong pada [a,b][a,b] jika ff dan ff' kontinu sepotong-sepotong pada [a,b][a,b].

Sebelum membuktikan teorema ini, kita memerlukan sebuah lemma yang sangat terkenal.

Lema. Jika f:[a,b]f:[a,b] \to \mathbb{C} terdiferensialkan sepotong-sepotong, maka

limRabf(y)sin(Ry)dy=0.\lim_{R\to \infty} \int_a^b f(y) \sin(Ry) \,\mathrm{d}{y} = 0 \ .

Bukti. Misalkan a<y1<y2<<ym1<ba < y_1 < y_2 < \ldots < y_{m-1} < b adalah titik-titik tempat ff tidak terdiferensialkan. Misalkan y0=ay_0 = a dan ym=by_m = b. Dengan menggunakan integrasi parsial, kita memperoleh

abf(y)sin(Ry)dy=j=0m1yjyj+1f(y)sin(Ry)dy=1Rj=0m1(f(yj+1)cos(Ryj+1)+f(yj+)cos(Ryj)+yjyj+1f(y)cos(Ry)dy).\begin{aligned} &\int_a^b f(y) \sin(Ry) \,\mathrm{d}{y} = \sum_{j=0}^{m-1} \int_{y_j}^{y_{j+1}} f(y) \sin(Ry) \,\mathrm{d}{y} \\ & \quad = \frac{1}{R} \sum_{j=0}^{m-1} \left( -f(y_{j+1}^-)\cos(Ry_{j+1}) + f(y_j^+)\cos(Ry_j) + \int_{y_j}^{y_{j+1}} f'(y) \cos(Ry) \,\mathrm{d}{y} \right) \ . \end{aligned} Misalkan M1=supy[a,b]|f(y)|M_1 = \sup_{y\in[a,b]} |f(y)| dan M2=supy[a,b]|f(y)|M_2 = \sup_{y\in[a,b]}|f'(y)|. M1M_1 dan M2M_2 berhingga karena ff terdiferensialkan sepotong-sepotong dan dengan demikian juga kontinu sepotong-sepotong. Kita memperoleh

|abf(y)sin(Ry)dy|1Rj=0m1(|f(yj+1)|+|f(yj+)|+yjyj+1|f(y)|dy)1R(2mM1+M2(ba))0saatR.\begin{aligned} \left| \int_a^b f(y) \sin(Ry) \,\mathrm{d}{y} \right| & \leq \frac{1}{R} \sum_{j=0}^{m-1} \left( |f(y_{j+1}^-)| + |f(y_j^+)| + \int_{y_j}^{y_{j+1}} |f'(y)| \,\mathrm{d}{y} \right) \\ & \leq \frac{1}{R} \left( 2m M_1 + M_2 (b-a) \right) \to 0 \quad \text{saat} \quad R \to \infty \ . \square \end{aligned}

Misalkan

SN(x)=n=NNcnenxiS_N(x) = \sum_{n=-N}^N c_n e^{n x\, i} untuk NN suatu bilangan bulat positif dan 𝒙\boldsymbol{x} \in \mathbb{R}. Dari (4.2.6) kita memperoleh bahwa

SN(x)=12πππf(t)n=NNen(xt)idt=12πππf(t)DN(xt)dt,S_N(x) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(t) \sum_{n=-N}^N e^{n(x-t)\, i} \,\mathrm{d}{t} = \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(t) D_N(x-t) \,\mathrm{d}{t} \ , dengan

DN(y)=n=NNenyi.D_N(y) = \sum_{n=-N}^N e^{n y \, i} \ . DND_N disebut kernel Dirichlet. Dari

(1eyi)n=NNenyi=n=NN(enyie(n+1)yi)=eNyie(N+1)yi,(1-e^{y\, i}) \sum_{n=-N}^N e^{n y \, i} = \sum_{n=-N}^N \left( e^{n y \, i} - e^{(n+1) y \, i} \right) = e^{-N y \, i} - e^{(N+1) y \, i} \ , kita memperoleh

DN(y)=eNyie(N+1)yi1eyi=e(N+1/2)yie(N+1/2)yie(y/2)ie(y/2)i=sin((N+1/2)y)sin(y/2)D_N(y) = \frac{e^{-N y \, i} - e^{(N+1) y \, i}}{1-e^{y\, i}} = \frac{e^{-(N+1/2) y \, i} - e^{(N+1/2) y \, i}}{e^{-(y/2)\,i}-e^{(y/2)\, i}} = \frac{ \sin( (N+1/2)y)}{\sin(y/2)} untuk y2nπy \neq 2 n \pi dengan nn \in \mathbb{Z}.

Fungsi DN(y)D_N(y) genap dan ππDN(y)dy=2π\displaystyle\int_{-\pi}^{\pi} D_N(y) \,\mathrm{d}{y} = 2\pi.

Bukti. Bukti Teorema 4.2.3. Tetapkan x[π,π]x \in [-\pi,\pi].

SN(x)f(x+)+f(x)2=12πππf(t)DN(xt)dt12πππf(x+)+f(x)2DN(t)dt=12πππf(xt)DN(t)dt12π0π(f(x+)+f(x))DN(t)dt,\begin{aligned} S_N(x) - \frac{f(x^+)+f(x^-)}{2} &= \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(t) D_N(x-t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} \frac{f(x^+)+f(x^-)}{2} D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &= \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(x-t) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} (f(x^+)+f(x^-)) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \ , \end{aligned} dengan substitusi txtt \to x-t telah digunakan dalam integral pertama serta fakta bahwa ff dan DND_N bersifat 2π2\pi-periodik. Untuk integral kedua, telah digunakan fakta bahwa DND_N adalah fungsi genap. Dengan demikian,

SN(x)f(x+)+f(x)2=12π0πf(xt)DN(t)dt12π0πf(x)DN(t)dt+12ππ0f(xt)DN(t)dt12π0πf(x+)DN(t)dt=12π0πf(xt)DN(t)dt12π0πf(x)DN(t)dt+12π0πf(x+t)DN(t)dt12π0πf(x+)DN(t)dt=12π0π(f(xt)f(x))DN(t)dt+12π0π(f(x+t)f(x+))DN(t)dt.\begin{aligned} &S_N(x) - \frac{f(x^+)+f(x^-)}{2} = \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x-t) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x^-) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\qquad + \frac{1}{2\pi} \int_{-\pi}^0 f(x-t) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x^+) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\quad = \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x-t) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x^-) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\qquad + \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x+t) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} - \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} f(x^+) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\quad = \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} \left(f(x-t) - f(x^-) \right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} + \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} \left( f(x+t)- f(x^+)\right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \ . \end{aligned} Misalkan

I1(N)=12π0π(f(xt)f(x))DN(t)dtdanI2(N)=12π0π(f(x+t)f(x+))DN(t)dt.\begin{aligned} I_1(N) &= \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} \left(f(x-t) - f(x^-) \right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\text{dan}\\ I_2(N) &= \frac{1}{2\pi} \int_0^{\pi} \left( f(x+t)- f(x^+)\right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \ . \end{aligned}

(i) Kita membuktikan bahwa I2(N)0I_2(N) \to 0 saat NN \to \infty. Tepatnya, untuk ϵ>0\epsilon > 0 yang diberikan, kita mencari N0>0N_0>0 sedemikian sehingga |I2(N)|<ϵ|I_2(N)| < \epsilon untuk N>N0N > N_0.

Untuk 0<δ<π0 < \delta < \pi yang diberikan, berlaku

I2(N)=I2,1(N,δ)+I2,2(N,δ),I_2(N) = I_{2,1}(N,\delta) + I_{2,2}(N,\delta) \ , dengan

I2,1(N,δ)=12π0δ(f(x+t)f(x+))DN(t)dtdanI2,2(N,δ)=12πδπ(f(x+t)f(x+))DN(t)dt.\begin{aligned} I_{2,1}(N, \delta) &= \frac{1}{2\pi} \int_0^{\delta} \left( f(x+t)- f(x^+)\right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \\ &\text{dan}\\ I_{2,2}(N,\delta) &= \frac{1}{2\pi} \int_{\delta}^{\pi} \left( f(x+t)- f(x^+)\right) D_N(t)\,\mathrm{d}{t} \ . \end{aligned} Pilih δ0]0,π[\delta_0 \in ]0,\pi[ sedemikian sehingga ff' kontinu pada ]x,x+δ0[]x,x+\delta_0[. Misalkan M=supt]x,x+δ0[|f(t)|M = \sup_{t\in]x,x+\delta_0[}|f'(t)|. Berdasarkan Teorema Dasar Kalkulus, kita memperoleh bahwa |f(x+t)f(x+)|Mt\displaystyle|f(x+t) - f(x^+)| \leq M t untuk 0<t<δ00 < t < \delta_0. Kita juga memiliki 0tπsin(t/2)0 \leq t \leq \pi \sin(t/2) untuk 0tπ0 \leq t \leq \pi. Jika M=0M=0, maka I2,1(N,δ)=0I_{2,1}(N,\delta)=0 untuk setiap 0<δ<δ00<\delta<\delta_0; jika M>0M>0, untuk 0<δ<min(δ0,ϵ/M)0 < \delta < \min( \delta_0, \epsilon/M), kita memperoleh

|I2,1(N,δ)|12π0δMt|DN(t)|dtM20δtπsin(t/2)dtMδ2<ϵ2|I_{2,1}(N,\delta)| \leq \frac{1}{2\pi} \int_0^{\delta} M t | D_N(t) | \,\mathrm{d}{t} \leq \frac{M}{2} \int_0^{\delta} \frac{t}{\pi \sin(t/2)} \,\mathrm{d}{t} \leq \frac{M\delta}{2} < \frac{\epsilon}{2} Kita tetapkan δ\delta sesuai salah satu pilihan di atas. Berdasarkan Lemma Riemann–Lebesgue, kita dapat mencari N0>0N_0>0 sedemikian sehingga

|I2,2(N,δ)|=|12πδπ(f(x+t)f(x+)sin(t/2))sin((N+1/2)t)dt|<ϵ2|I_{2,2}(N,\delta)| = \left| \frac{1}{2\pi} \int_{\delta}^{\pi} \left( \frac{f(x+t)- f(x^+)}{\sin(t/2)} \right) \sin((N+1/2)t) \,\mathrm{d}{t} \right| < \frac{\epsilon}{2} untuk N>N0N > N_0. Dengan demikian, |I2(N)|<ϵ|I_2(N)| < \epsilon untuk N>N0N> N_0.

Integral I2(N)I_2(N) perlu dipecah karena turunan dari (f(x+t)f(x+))/sin(t/2)\displaystyle(f(x+t) - f(x^+))/\sin(t/2) mungkin tidak terbatas di titik asal. Jadi, (f(x+t)f(x+))/sin(t/2)\displaystyle(f(x+t) - f(x^+))/\sin(t/2) mungkin tidak terdiferensialkan sepotong-sepotong pada [0,π][0,\pi].

(ii) Bukti yang serupa dengan bukti dalam (i) menghasilkan I1(N)0I_1(N) \to 0 saat NN\to \infty. ◻

Atribusi dan hak. Karya sumber oleh Benoit Dionne dilisensikan berdasarkan Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International. Terjemahan dan perubahan yang dicatat menggunakan lisensi komponen yang sama. Produksi terjemahan dan edisi dibantu OpenAI Codex gpt-5.6-sol, Ultra; semua kredit penulis dan kontributor manusia tetap dipertahankan. Ini bukan terbitan atau dukungan resmi Benoit Dionne maupun University of Ottawa.

← Kembali ke Program Matematika