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写真の関数列についてですが、n→∞のとき各点でgn(x)→0と収束するとのことなのですが、確かに1行目と3行目の式については0になりますが、2行目の式についてはn→∞のときx≒0にりますが、2nの項が無限大に発散してしまいます。なぜ、gn(x)→0と言えるのでしょうか?

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任意の nNn\in \mathbb{N} に対して gn(0)=0g_n(0)=0 であることから

limn(gn(0))=0.\lim_{n\to \infty}(g_n(0))=0.

x>0x>0 とすると 2/Nx2/N\leq x となるような NNN\in \mathbb{N} をとれば, 任意の自然数 n>Nn>N に対して 2/n<2/Nx2/n<2/N\leq x, したがって gn(x)=0g_n(x)=0 であることから

limn(gn(x))=0.\lim_{n\to \infty}(g_n(x))=0.

以上より, 任意の x0x\geq 0 に対して limn(gn(x))=0\lim_{n\to\infty}(g_n(x))=0, すなわち gng_n は各点で 00 に収束します.


関数の振る舞いを見ると, 最大値がどんどん大きくなってはいますが, 点ごとの振る舞いを見ると, x>0x>0 であるようなどの点も nn を十分大きくすると区間 [2/n,)[2/n,\infty) に飲み込まれていますから, 各点での極限は 00 ということです.


質問文に一行目の式が 00 になると書かれているので念のため言っておきますが, gng_n の区間 [0,2/n][0,2/n] でのグラフは, こう言うと語弊がありますが, 33(0,0)(0,0), (1/n,n)(1/n,n), (2/n,0)(2/n,0) を頂点とした三角形です.

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