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細分までは理解できたが,それ以降がよく分からなかった

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Academic year: 2021

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微分積分学2演習(11/11/2014) 疑問リストと回答

http://www.math.kobe-u.ac.jp/HOME/higuchi/index.html

練習 3.11 今日の講義で,疑問に思ったことをリストアップせよ.

講義はしんどかったですね.皆さんの感想と疑問を列挙して答えておきます.

(当日提出分)

最後の証明の中身(が分からなかった)

意味不明で疑問すら生まれない.もっと勉強します.

P.22の分割の幅が小さければ過剰和も不足和もS に近いことの証明がスピードが速くて理解が追い つかなかったです.

[回答] 一言で言うと「積分はどう定義するかということと、連続関数は積分できるということをきちんと 証明した」のがこの講義の内容です.これまであまりうるさいことを言っていない分,難しく感じた でしょう.「こういう風に証明するんだ」と思っていてください.「一様連続性」を使うところは難しい ですね.聞いただけでは「スピードが速くて理解が追いつかない」というのはノーマルな反応だと思 います.

特にありません.(または「白紙」)

[回答] 「質問しろといわれてもねぇ!何を質問したらいいのか?」という嘆きが聞こえてきそうです.で もむりやり質問をひねり出す訓練も大事です.社会に出たらこういう訓練も役に立つでしょう.

細分までは理解できたが,それ以降がよく分からなかった.

不足和、過剰和についての導入のあたりは理解できたと思うが,そこに発展したε絡みの話はよく分 からなかった.

[回答] 皆さん大体そうです.εを使うと証明がきちんとできるので,自分で証明するときは便利なのです が,聞くだけではなかなか親しみが持てないですね.見かけもいかついですし.

今日の講義はさっぱり理解できませんでしたが,過剰和、不足和の考えは驚きました.

[回答] そうですか,驚きがありましたか!素晴らしいですね.この驚きを深く掘り下げて見てください.

いいことがありますよ.

(5)の式がどこからでてきたかよく分からなかった.図で上からと下からの積分はわかりやすかった.

[回答] (5)の式は,その前に,細分の列∆n が分割の幅∆n を0 に近づけたとき,

nlim→∞Sn(f) =S(f) と lim

n→∞Sn(f) =S(f)

があり,f が連続ならこの二つS(f)とS(f)が一致することを言っています.この一致した値をS と書いています.だからSn(f)もSn(f)もnが大きいときはS にいくらでも近いのです.これ をεで表したのが(5)式です.

なぜ|S(f)−S|< εの証明が必要なのか.

[回答] いい質問ですね.S は細分の列 {n} に対してSn(f)の極限になっていることをその前までに 示したのですが,「ひょっとすると細分列を他のものに取り替えると極限がS とは違うかもしれない」

という疑いが出てきます.したがって S は細分列{n} のとりかたには無関係に決まっていること を言う必要があるのです.

(2)

k(i)

ℓ=1

[ min

x[uiℓ−1,ui]

f(x) ]

(ui−ui1)−mi(si−si1)≤ε(si−si1) 2(b−a) という式の意味.

[回答] これもいい質問ですね.少し説明を省いたところを見事についています.すこし詳しく説明しま しょう.

いま考えている分割は ∆ ={si}Ni=0 と∆n ={tj}mj=0 の二つで,この二つの分点を合わせた分割を

と書いています.∆ の分点は{si}Ni=0∪ {tj}mj=0 です.だから∆ は ∆に対しても ∆n に対し ても細分になっています.

さて, ∆の隣り合う分点 si1si の間の閉区間[si1, si]に注目してみます.∆ は ∆ の細分だ から,si1si は ∆ の分点ですが,それ以外にもこの区間 [si1, si]の中に ∆ の分点があるか もしれません.あったとしてこれらの分点を

si1=ui0< ui1< . . . < uik(i)=si

と並べておきます.不足和S(f : ∆)(講義ではS(f)と書きました)に出てくる[si1, si]の中の 分点に対応する量は

k(i)

ℓ=0

[ min

x[uiℓ−1,ui]

f(x) ]

(ui−ui1)

となります.あとの∆ の分点はすべて区間[si1, si]の外にあります.一方,不足和 S(f : ∆)(講 義ではS(f)と書きました)に出てくる[si1, si]の中の分点に対応する量は

mi(si−si1) = [

min

x[si−1,si]

f(x) ]

(si−si1)

です.(si−si1)を細かく分けて

(si−si1) =

k

ℓ=1

(i)(ui−ui1)

とかけるので,

k(i)

ℓ=1

[ min

x[uiℓ−1,ui]

f(x) ]

(ui−ui1)−mi(si−si1)

=

k(i)

ℓ=1

[{

min

x[uiℓ−1,ui]

f(x) }

−mi

]

(ui−ui1)

したがって,君が分からないと言った式は実は,それぞれの小さな区間[ui1, ui]で 0 min

x[ui1,ui]

f(x)−mi ε 2(b−a)

を確かめれば出てくることになります.miは連続関数f(x)の[si1, si]での最小値であり,f(x) =mi

となるxは[si1, si]の中の点です.同様に,minx[ui

ℓ−1,ui]f(x)は部分区間[ui1, ui]でのf(x)の 最小値なので,minx[ui

ℓ−1,ui]f(x) =f(y)となる点も[si1, si]の中の点です.si たちは分割∆の 分点ですから,

|x−y| ≤ |si−si1| ≤ ||< δ0 (講義ではδ と書いた) となります.これはδ0 のとりかたから

0 min

x[uiℓ−1,ui]

f(x)−mi=f(y)−f(x)< ε 2(b−a)

を意味しています.口頭ではこんなことを言ったのですが,読むだけでも大変なのに聞いただけでは なかなか理解できないですよね.

参照

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