Satz 16K9 (Gleichmäßige Konvergenz und Integration)
(fn)⊂R[a,b] und fn∣∣⋅∣∣∞f. Dann gilt f∈R[a,b] und
limn→∞a∫bfndx=a∫blimn→∞fndx=a∫bfdx
Konvergiert die Funktionenreihen=1∑∞fn gleichmäßig gegen g, so gilt g∈R[a,b] und
n=1∑∞a∫bfndx=a∫bn=1∑∞fndx=a∫bgdx.
Beweis
(fn)∈R[a,b], fn∣∣⋅∣∣∞f⇒f∈R[a,b] (nach Satz 16K8). Sei ε>0. Dann existiert nε∈N∀n≥nε:∣∣fn−f∣∣∞≤ε∣∣∣∣∣a∫bfndx−a∫bfdx∣∣∣∣∣=∣∣∣∣∣a∫b(fn−f)dx∣∣∣∣∣≤a∫b∣fn−f∣dx=a∫b∣fn(x)−f(x)∣dx≤a∫b∣∣fn−f∣∣∞dx≤a∫bεdx=ε(b−a) für n≥nε. Dies heißt, dass lima∫bfn(x)dx=a∫blimfn(x)dx=a∫bfdx. Die Behauptung zur Funktionenreihe beweist man durch Übergang zu den Partialsummen und Benutzen des gerade Bewiesenen.□
fn:[0,1]→Rfn(x):=max{n−n2∣x−n1∣;0}=⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧n2x2n−n2x00≤x≤n1n1≤x≤n2n2≤x≤1fn(x)→0 punktweise. fn ist nicht gleichmäßig konvergent gegen 0. Denn ∣∣fn−f∣∣∞=∣∣fn−0∣∣∞=∣∣fn∣∣∞=n, was unbeschränkt wächst. Für n≥2 ist a∫bfn(x)dx=1, also lim0∫1fn(x)dx=1. Aber 0∫1limn→∞fn(x)dx=0∫10dx=0.