Successioni di funzioni e monotonia
Buonasera,
Stavo rivedendo la dimostrazione di un teorema, talvolta chiamato Lemma del Dini, riguardante le successioni di funzioni. L'enunciato è:
Se $I=[a,b]$ è un intervallo chiuso e limitato, $(f_k(x))_(k in NN)$ è una successione di funzioni continue, monotona rispetto a $k$, convergente puntualmente in $I$ a una funzione continua $f(x)$, allora $(f_k(x))_(k in NN)$ converge anche uniformemente a $f(x)$.
La dimostrazione è la seguente:
Suppongo la successione di funzioni monotona crescente.
per assurdo, nego l'uniforme convergenza
$AA h in NN$ $EE k_h>h, EE x_h in I$ t.c. $EE ε_0$ per cui
$|f_(k_h)(x_h)-f(x_h)|>= ε_0$ ovvero
$f(x_h)-f_(k_h)(x_h)>= ε_0 $
Per la monotonia, se $k_h>=i, i in NN $ $f_(k_h)(x)>=f_i(x)$, quindi $f(x_h)-f_i(x_h)>= ε_0$ $ AA i<=k_h$, $AA h in NN$.
La successione numerica $(x_h)_(h in NN)$, essendo limitata, per il teorema di Bolzano-Weierstrass ammette una estratta $(x_(h_j))$ convergente a un certo $x_0 in I$.
Dal momento che
$f(x_(h_j))-f_i(x_(h_j))>=ε_0$, se mando $j to oo$, per la continuità di $f$ e $f_k$ ottengo
$f(x_0)-f_i(x_0)>= ε_0$. Se adesso mando $i to oo$ ottengo
$f(x_0)-f(x_0) = 0 >= ε_0$ che è un assurdo.
Ebbene io non ho ben capito alcuni passaggi (quasi tutti, a dire il vero). In primis, non mi è chiaro come viene sfruttata la monotonia della successione, a cosa è servito asserire che $f(x_h)-f_i(x_h)>= ε_0$, $ AA i<=k_h$, $AA h in NN$.
Neanche il passaggio in cui si asserisce che $(x_h)_(h in NN)$ è una successione di numeri reali mi è molto chiaro..
Il fatto è che mi chiedo perché non bastasse mandare h all'infinito sin da subito per arrivare alla conclusione. Qualcuno può darmi delle delucidazioni?
Grazie in anticipo.
Stavo rivedendo la dimostrazione di un teorema, talvolta chiamato Lemma del Dini, riguardante le successioni di funzioni. L'enunciato è:
Se $I=[a,b]$ è un intervallo chiuso e limitato, $(f_k(x))_(k in NN)$ è una successione di funzioni continue, monotona rispetto a $k$, convergente puntualmente in $I$ a una funzione continua $f(x)$, allora $(f_k(x))_(k in NN)$ converge anche uniformemente a $f(x)$.
La dimostrazione è la seguente:
Suppongo la successione di funzioni monotona crescente.
per assurdo, nego l'uniforme convergenza
$AA h in NN$ $EE k_h>h, EE x_h in I$ t.c. $EE ε_0$ per cui
$|f_(k_h)(x_h)-f(x_h)|>= ε_0$ ovvero
$f(x_h)-f_(k_h)(x_h)>= ε_0 $
Per la monotonia, se $k_h>=i, i in NN $ $f_(k_h)(x)>=f_i(x)$, quindi $f(x_h)-f_i(x_h)>= ε_0$ $ AA i<=k_h$, $AA h in NN$.
La successione numerica $(x_h)_(h in NN)$, essendo limitata, per il teorema di Bolzano-Weierstrass ammette una estratta $(x_(h_j))$ convergente a un certo $x_0 in I$.
Dal momento che
$f(x_(h_j))-f_i(x_(h_j))>=ε_0$, se mando $j to oo$, per la continuità di $f$ e $f_k$ ottengo
$f(x_0)-f_i(x_0)>= ε_0$. Se adesso mando $i to oo$ ottengo
$f(x_0)-f(x_0) = 0 >= ε_0$ che è un assurdo.
Ebbene io non ho ben capito alcuni passaggi (quasi tutti, a dire il vero). In primis, non mi è chiaro come viene sfruttata la monotonia della successione, a cosa è servito asserire che $f(x_h)-f_i(x_h)>= ε_0$, $ AA i<=k_h$, $AA h in NN$.
Neanche il passaggio in cui si asserisce che $(x_h)_(h in NN)$ è una successione di numeri reali mi è molto chiaro..
Il fatto è che mi chiedo perché non bastasse mandare h all'infinito sin da subito per arrivare alla conclusione. Qualcuno può darmi delle delucidazioni?
Grazie in anticipo.