fn′∣∣⋅∣∣g∈C[a,b] (nach Satz 16K8 ist gbeschränktstetig); zu zeigen: g=f′. Nach dem Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung gilt für alle x∈[a,b]: fn(x)=fn(a)+a∫xfn′(t)dt und fn′ ist stetig. Aus Satz 16K9 folgt limn→∞a∫xfn′(t)dt=a∫xlimn→∞fn′(t)dt=a∫xg(t)dt. Also: a∫xf′(t)dt=f(x)−f(a)=limn→∞(fn(x)−fn(a))=limn→∞a∫xfn′(t)=a∫xg(t)dt⇒f′(x)=g(x)⇒f′=g. □
Im Satz 16KA war die punktweise Konvergenz von fn vorausgesetzt. Selbst wenn fn gleichmäßig gegen f konvergiert (fn∣∣⋅∣∣f) , folgt aus der Differenzierbarkeit von f im Allgemeinen nicht, dass limfn′(x)=f′(x). fn:[−N,N]→R; fn(x)=n1sin(nx) beliebig oft differenzierbar. ∣∣fn∣∣∞=n1→0⇒limfn=0; aber fn′(x)=cos(nx)↛f′(x)=0.
"Offensichtlich" ist das gefährlichste Wort in der Mathematik.
Eric Temple Bell
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