प्रदर्शकों को पेश करने का एक नया तरीका

लेख में घातांक का निर्धारण करने का एक नया बहुत ही असामान्य तरीका प्रस्तावित किया गया है और इस परिभाषा के आधार पर इसके मुख्य गुण निकाले गए हैं।



प्रत्येक सकारात्मक संख्या के लिए एकएक हम सेट को जोड़ते हैं E_a = \ left \ {x: x = \ left (1 + a_1 \ right) \ left (1 + a_2 \ right) \ ldots \ left (1 + a_k \ right) \ दाएँ $E_a = \ left \ {x: x = \ left (1 + a_1 \ right) \ left (1 + a_2 \ right) \ ldots \ left (1 + a_k \ right) \ दाएँ $ जहाँ a1,a2, ldots,ak>0 और  left.a1+a2+ ldots+ak=a right} ।

लेम्मा 1 । से 0<a<b यह प्रत्येक तत्व के लिए इस प्रकार है E_a $ में $ x \ एक तत्व है E_b $ में $ y \ ऐसा है y>x ।

हम लिखेंगे A leqc अगर सीसी सेट का ऊपरी हिस्सा एए । इसी तरह, हम लिखेंगे A geqc अगर सीसी - सेट का निचला भाग एए ।

लेम्मा 2. यदि a1,a2, ldots,ak>0 तो  बाएँ(1+a1 दाएँ) बाएँ(1+a2 दाएँ) ldots बाएँ(1+ak दाएँ) geq1+a1+a2+ text...+akबाएँदाएँबाएँदाएँबाएँदाएँ ।

सबूत


हम इंडक्शन द्वारा आगे बढ़ते हैं।

के लिए k=1 कथन स्पष्ट है: 1+a1 geq1+a1 ।

चलो  (1+a1 ) ldots left(1+ai right) geq1+a1+ ldots+ai के लिए 1<i<k ।

तो  बाएँ(1+a1 दाएँ) ldots बाएँ(1+ai दाएँ) बाएँ(1+ai+1 दाएँ) geq1+a1+ ldots+a++बाएँ(1+a1+) ldots+ai right)ai+1 geqबाएँदाएँबाएँदाएँबाएँदाएँबाएँ

 geq1+a1+ ldots+ai+ai+1 ।

लेम्मा 2 साबित हुई है।

अगली कड़ी में, हम बताते हैं कि प्रत्येक सेट ईएईए सीमित कर दिया। यह Lemma 2 से निम्नानुसार है

 सुपEa geqसुप (1)

लेम्मा 3. अगर 0<aaleq frac12 और a1, ldots,ak>0 । a1+a2+ ldots+ak=a तो  छोड़दिया(1+a1 right) ldots left(1+ai right) leq1+(1+2a)a1+(1+2a)a2+ ldots+(1+2a)aiछोड़दिया । i=1,2, ldots,k ।

सबूत


दरअसल, प्रेरण द्वारा 1+a1 leq1+(1+2a)a$ ।

यह सिद्ध किया जाए  (1+a1 ) ldots left(1+ai right) leq1+(1+2a)a1+ ldots+(1+2a)ai ।

तो  बाएँ(1+a1 दाएँ) ldots बाएँ(1+ai दाएँ) बाएँ(1+ai+1 दाएँ) leq1+(1+2a)a++ldots+(1)+2a)ai+बाएँदाएँबाएँदाएँबाएँदाएँ

+ बाएँ(1+(1+2a)a1+ ldots+(1+2a)ai right)ai+1 leqबाएँ

 leq1+(1+2a)a1+ ldots+(1+2a)ai+ left(1+2a1+ ldots+2ai right)ai+ leq

 leq1+(1+2a)a1+ ldots+(1+2a)ai+(1+2a)ai+1 ।

लेम्मा 3 साबित हुई है।

लेम्मा 3 का अर्थ है

लेम्मा 4. यदि 0<aaleq frac12 और a1, ldots,ak>0 । a1+a2+ ldots+ak=a तो  छोड़दिया(1+a1 दाएँ) ldots left(1+ak right) leq1+a+2a2छोड़दियादाएँ ।

Lemmas 3 और 4 से एक महत्वपूर्ण असमानता निम्नानुसार है: यदि 0<aaleq frac12 तो

1+a+leqEa leq1+a+2a2 (2)

विशेष रूप से, यदि a leq frac12 तो Ea leq2 । ध्यान दें कि असमानता 1+a leqEa सभी के लिए सच है a>0 ।

लेम्मा 5. किसी प्राकृतिक के लिए एनएन निष्पक्ष असमानता En leq22n ।

सबूत


चलो a1, ldots,ak>0 । a1+ ldots+ak=n ।

उत्पाद की दर  बाएँ(1+a1 दाएँ) ldots बाएँ(1+ak दाएँ)बाएँदाएँबाएँदाएँ । यह Lemma 2 से निम्नानुसार है

 बाईं(1+ fracai2n right)2n geq1+aiबाईं के लिए i=1, ldots,k ।

इसलिये \ छोड़ दिया (1 + a_1 \ _) \ ldots \ left (1 + a_k \ right) \ leq \ left (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) {} ^ {2n} 'ldots \ बाएँ () 1+ \ frac {a_k} {2n} \ right) {} ^ {2n} = \ left (\ बाएँ (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) \ ldots \ left (1+ frac) a_k } {2 एन} (दाएं) \ दा) {} ^ {2 एन}\ छोड़ दिया (1 + a_1 \ _) \ ldots \ left (1 + a_k \ right) \ leq \ left (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) {} ^ {2n} 'ldots \ बाएँ () 1+ \ frac {a_k} {2n} \ right) {} ^ {2n} = \ left (\ बाएँ (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) \ ldots \ left (1+ frac) a_k } {2 एन} (दाएं) \ दा) {} ^ {2 एन} ।

क्योंकि  fraca12n+ ldots+ fracak2n= frac12 , तो लेम्मा 4 को लागू करना, हम प्राप्त करते हैं \ बाईं (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) \ ldots \ left (1+ \ frac {a_k} {2n} \ right) \ leq 1+ \ frac {1} [2} +2 \ _ cdot \ frac {1} {4} = 2\ बाईं (1+ \ frac {a_1} {2n} \ right) \ ldots \ left (1+ \ frac {a_k} {2n} \ right) \ leq 1+ \ frac {1} [2} +2 \ _ cdot \ frac {1} {4} = 2 , टी ई  left( बाएँ(1+ fraca12n right) ldots left(1+ fracak2n right) right)2n leq22एनबाएँएन ।

इस प्रकार, लेम्मा 5 साबित हुई है।

लेम्मा 6. आज्ञा देना A सब्सेटBसब्सेट वास्तविक संख्याओं के सेट के दो गैर-खाली बाउंडेड सबसेट आरआर । अगर किसी के लिए ब $ म $ ब \ _ एक तत्व है अ $ म $ ऐसा है a geqb$हह तो  सुपए= सुपबीसुपएसुपबी ।

सबूत


यह स्पष्ट है कि  supA leq supB । यह मानते हुए कि  सुपA< सुपBसुपसुप फिर वहाँ  varepsilon>0 ऐसा है  textsupएक< textsupB− varepsilonएक । तो किसी के लिए भी अ $ म $ सच्ची असमानता एक< supB− varepsilonएक । लेकिन में बब एक तत्व है b> सुपB− varepsilonसुप । हर तो अ $ म $ उससे कम है बब , जो लेम्मा की परिकल्पना का खंडन करता है, और प्रमाण पूर्ण है।

कार्य की परिभाषा चच (घातांक)


हम देखते हैं (लेम्मा 1 और लेम्मा 5 देखें) जो कि किसी के लिए भी है a>0 बहुत ईएईए सीमित कर दिया। यह आपको फ़ंक्शन को परिभाषित करने की अनुमति देता है। f:R+ rightarrowR डालकर f(a)= supEa और f(0)=1 । किसी भी गैर-रिक्त सबसेट के लिए एए । बब सेट आरआर वास्तविक संख्या सेट करें A \ cdot B = \ {x: x = a \ cdot bA \ cdot B = \ {x: x = a \ cdot b जहाँ ए में ए, बी में बी $} मेंए में ए, बी में बी $} में ।

लेम्मा 7. यदि A geq0 । B geq0 nonempty बाउंड उप सबसेट आरआर तो  sup(A cdotB)= supA cdot supB ।

सबूत


क्योंकि A cdotB leq supA cdot supB तो  sup(A cdotB) leq supA cdot supB । अगर  sup(A cdotB)< supA cdot supB फिर वहाँ  varepsilon>0 ऐसा है  sup(A cdotB)< textsupA cdot textsupB− varepsonon । इसलिए, किसी के लिए भी अ $ म $ और ब $ म $ ब \ _ सही

ab< textsupA( textsupB− varepsilon) (3)

एक क्रम चुनें \ बाएँ \ {a_n \ right \}\ बाएँ \ {a_n \ right \} कई तत्व एए करने के लिए परिवर्तित  supएकएक और अनुक्रम \ बाएँ \ {b_n \ right \}\ बाएँ \ {b_n \ right \} कई तत्व बब करने के लिए परिवर्तित  सुपBसुप । लेकिन तब anbn rightarrow supA cdot supB इसके विपरीत (3) ।

लेम्मा 7 साबित हुई है।

लेम्मा 8. के लिए a,b>0 निष्पक्ष समानता f(a+b)=f(a) cdotf(b) ।

सबूत


हम सेट पर विचार करते हैं ईएईए । Eb और Ea+b । समावेश Ea cdotEb subsetEa+b जाहिर है। हम साबित करते हैं कि किसी के लिए भी z मेंEa+bमें वहाँ हैं E_a $ में $ x \ और E_b $ में $ y \ ऐसा है xy geqz । वास्तव में चलो z= बाएँ(1+a1 दाएँ) बाएँ(1+a2 दाएँ) ldots बाएँ(1+ak दाएँ)बाएँदाएँबाएँदाएँबाएँदाएँ जहाँ a1, ldots,ak>0 । a1+ ldots+ak=a+b । सकारात्मक संख्याओं के सेट पर विचार करें \ बाएँ \ {\ frac {a} {a + b} a, \ ldots, \ frac {a} {a + b} a_k \ right \}, \ बाएँ \ {frac {b} {a +}} a_1, \ ldots, \ frac {b} {a + b} a_k \ right \}\ बाएँ \ {\ frac {a} {a + b} a, \ ldots, \ frac {a} {a + b} a_k \ right \}, \ बाएँ \ {frac {b} {a +}} a_1, \ ldots, \ frac {b} {a + b} a_k \ right \} ।

यह स्पष्ट है कि  fracaa+ba1+ fracaa+ba2+ ldots+ fracaa+bak=a ।  fracba+ba1+ fracba+ba2+ ldots+ fracba+bak=b ।

रखना x = \ left (1+ \ frac {a} {a + b a_1 \ right) \ left (1+ \ frac {a} {a + b} a_2 \ right) \ ldots \ left (1+ \ frac) {a} {a + b} a_k \ right)x = \ left (1+ \ frac {a} {a + b a_1 \ right) \ left (1+ \ frac {a} {a + b} a_2 \ right) \ ldots \ left (1+ \ frac) {a} {a + b} a_k \ right) । y= left(1+ fracba+ba1 right) left(1+ fracba+ba2 right) ldots left(1+ frac)ba+bak right) ।

यह स्पष्ट है कि E_a $ में $ x \ । E_b $ में $ y \ और x cdoty= left(1+ fracaa+ba1 right) left(1+ fracba+ba1 right) left(1+\)fracaa+ba2 right) left(1+ fracba+ba2 right) ldots

 ldots left(1+ fracaa+bak right) left(1+ fracba+bak right) geq left(1+1)दाएँ)बाएँ(1+a2 दाएँ) ldots बाएँ(1+ak दाएँ)दाएँबाएँदाएँबाएँदाएँ ।

जो लेम्मा 8 के प्रमाण को पूरा करता है।

इतना  sup left(Ea cdotEb right)= supEa+b । लेकिन लेम्मा 7 से यह इस प्रकार है \ sup \ left (E_a \ cdot E_b \ right) = \ sup E_a \ cdot \ sup__\ sup \ left (E_a \ cdot E_b \ right) = \ sup E_a \ cdot \ sup__ ।

हमने एक वैध फ़ंक्शन बनाया चच सकारात्मक संख्याओं के सेट पर परिभाषित किया गया है जैसे कि f(a+b)=f(a) cdotf(b) । हम इसे सेटिंग में पूरी संख्या रेखा में जोड़ते हैं f(0)=1 और f(ए)=एफ−1(−ए)एएफए किसी भी नकारात्मक संख्या के लिए एकएक ।

तो कार्य करें चच पूरी संख्या रेखा पर परिभाषित।

लेम्मा 9. यदि ए+बी=सीएबीसी तो f(a) cdotf(b)=f(c) ।

सबूत


यदि संख्याओं में से एक है एकएक । बब । सीसी है 0 तब लेम्मा का कथन उनके लिए सत्य है।

केस के लिए जब a,b,c>0 लेम्मा 8 Lemma से अनुसरण करता है।

इसके अलावा, यदि लेम्मा संख्याओं के लिए सही है एकएक । बब । सीसी , फिर यह संख्याओं के लिए भी सही है −एए । −b । −c । वास्तव में, जब से f(a) cdotf(b)=f(c) तो  frac1f(a) cdot frac1f(b)= frac1f(c) , टी ई f(−a) cdotf(−b)=f(−c) । इसलिए, यह मामले के लिए लेम्मा साबित करने के लिए पर्याप्त है c>0 । लेकिन फिर या तो a>0 । b>0 या a>0 । b<0 या एक<0 । b>0 । मामला a>0 । b>0 पहले ही अलग ले लिया। निश्चितता के लिए, हम डालते हैं a>0 । b<0 । इस प्रकार, ए+बी=सी इसलिये a=c+(−b) जहाँ एक । सी और −b>0 । इसलिए, f(a)=f(c) cdotf(−b) या f(a)= fracf(c)f(b) , टी ई f(a) cdotf(b)=f(c) ।

लेम्मा 9 साबित हुई है।

फ़ंक्शन के बारे में च


हमने एक फंक्शन बनाया च वास्तविक संख्याओं के सेट पर परिभाषित किया गया है, जैसे कि किसी के लिए x,y$R$मे सच:

f(x)>0 । f(x+y)=f(x) cdotf(y) (4)

के लिए a>0 से (2) होना चाहिए

f(a) geq1+एक (5)

अगर, हालांकि, 0<aaleq frac12 तब से (2) हमें मिलता है

f(a) leq1+a+2a2 (6)

ध्यान दें कि कब से 0<aaleq frac12 तो

a+2a2=a(1+2a) leq2a (7)

अंत में बाहर (5) । (6) । (7) हमें मिलता है

a leqf(a)−1 leqa+2a2 leq2a (8)

यह स्पष्ट है कि

f(y)−f(x)=f(x+(yx))−f(x)=f(x)f(yx)−f(x)=f(x)(f(yx)−1) ।

इसलिए, यह स्थापित किया गया था

f(y)−f(x)=f(x)(f(y−x)−1) (9)

मूल्य का अनुमान लगाएं f(y−x)−1 । असमानता में डालना (8)a=y−x , हम प्राप्त करते हैं x । य ऐसा है x<y और y−x leq frac12 :

y−x leqf(y−x)−1 leq(y−x)+2(y−x)2 leq2(y−x) (10)

का उपयोग करते हुए (9) से (10) हमें मिलता है:

f(x)(yx) leqf(y)−f(x) leqf(x) left((yx)+2(yx)2 right) leq2f(x)(yx) (11)

को टी। f(x)>0 । (y−x)>0 तब से y>x यह इस प्रकार है f(y)>f(x) , टी ई च इससे बढ़ता है आर । आगे 0<f(y)−f(x) leq2f(x)(y−x) इसलिए के लिए z>y>x हमें मिलता है

|f(y)−f(x)| leq2f(z)(y−x) (12)

से (12) यह सेट पर इस प्रकार है (− infty;z] समारोह च समान रूप से निरंतर। इसलिए, च हर जगह लगातार आर ।

अब हम व्युत्पन्न फ़ंक्शन के मूल्य का अनुमान लगाते हैं च एक मनमाना बिंदु पर x$R$मे ।

चलो xn<yn और xn rightarrowx । yn rightarrowx पर n rightarrow infty । तो

 fracf left(xn right) left(yn−xn right)yn−xn leq fracf left(yn right)−f left(xn right)yn−xn leq fracf left(xn right) left(yn−xn+2 left(yn−xn right)2दाईंओरyn−xn ।

टी। ई। f बाएँ(xn right) leq fracf left(yn right)−f बाएँ(xn दाएँ)yn−xn leqf left(xn right) बाएँ(1+2 बाएँ(yn−xn right) right) ।

क्योंकि f left(xn right) rightarrowf(x) पर n rightarrow infty , और f left(xn right) left(1+2 बाएँ(yn−xn right) right) rightarrowf(x) पर n rightarrow infty तो

 fracf left(yn right)−f left(xn right)yn−xn rightarrowf(x) ।

इसका मतलब है कि च हर जगह अलग-अलग आर और f′(x)=f(x) ।


स्लोबोडनिक शिमोन ग्रिगोरीविच ,
आवेदन के लिए सामग्री डेवलपर "ट्यूटर: गणित" ( हैबे पर लेख देखें), शारीरिक और गणितीय विज्ञान के उम्मीदवार, मास्को में स्कूल 179 पर गणित के शिक्षक

Source: https://habr.com/ru/post/hi416863/


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