שאלת מבחן באינפי 1 / חדו"א 1 - האוניברסיטה הפתוחה 2021 - רציפות במידה שווה
קורס: אינפי 1 / חדו"א 1
אוניברסיטה: האוניברסיטה הפתוחה
שנה: 2021
סמסטר: א
נושאים: רציפות במידה שווה, הוכחה, טריגונומטריה
רמת קושי: בינוני-קשה
הוכיחו כי הפונקציה $f(x) = \dfrac{\sin(1/x)}{\pi/2 - \arctan x}$ רציפה במידה שווה בקטע $[1,\infty)$.
רמז: שימו לב ש-$\pi/2 - \arctan x = \arctan(1/x)$ (זהות ידועה). הציבו $t = 1/x$ וקבלו $f(x) = g(t) = \frac{\sin t}{\arctan t}$ לכל $t \in (0,1]$. הוכיחו ש-$g$ רציפה ב-$[0,1]$ (עם $g(0)=1$) ולכן UC שם.
פתרון: **צעד 1:** נשתמש בזהות $\pi/2 - \arctan x = \arctan(1/x)$ לכל $x > 0$. לכן:
$$f(x) = \frac{\sin(1/x)}{\arctan(1/x)} =: g\!\left(\frac{1}{x}\right)$$
כאשר $g(t) = \frac{\sin t}{\arctan t}$ לכל $t > 0$.
**צעד 2:** נרחיב $g$ ל-$t=0$: $\lim_{t\to 0^+} \frac{\sin t}{\arctan t} = \frac{t + O(t^3)}{t + O(t^3)} \to 1$. לכן $g$ רציפה על $[0,1]$.
**צעד 3:** $g$ רציפה על הקטע הסגור $[0,1]$, לכן לפי **משפט קנטור** היא **UC** על $[0,1]$.
**צעד 4:** לכל $x, y \geq 1$: $\left|\frac{1}{x} - \frac{1}{y}\right| = \frac{|x-y|}{xy} \leq |x-y|$. לכן הפונקציה $x \mapsto 1/x$ ליפשיצית (קבוע 1) על $[1,\infty)$.
לכן $f(x) = g(1/x)$: הרכבה של פונקציה ליפשיציתית עם UC היא UC. ליתר דיוק: עבור $\varepsilon>0$ יהי $\delta>0$ של UC ל-$g$ על $[0,1]$. אם $|x-y|<\delta$, אז $|1/x-1/y| \leq |x-y| < \delta$, ולכן $|f(x)-f(y)| = |g(1/x)-g(1/y)| < \varepsilon$. $\blacksquare$
הוכיחו כי הפונקציה f(x)=π/2−arctanxsin(1/x) רציפה במידה שווה בקטע [1,∞).
העתק שאלה
שתף שאלה
סמן כחשוב
סמן כבוצע
האוניברסיטה הפתוחה812021סמסטר א
★★★★★
רציפות במידה שווההוכחהטריגונומטריה
שימו לב ש-π/2−arctanx=arctan(1/x) (זהות ידועה). הציבו t=1/x וקבלו f(x)=g(t)=arctantsint לכל t∈(0,1]. הוכיחו ש-g רציפה ב-[0,1] (עם g(0)=1) ולכן UC שם.
צעד 1: נשתמש בזהות π/2−arctanx=arctan(1/x) לכל x>0. לכן: f(x)=arctan(1/x)sin(1/x)=:g(x1) כאשר g(t)=arctantsint לכל t>0.
צעד 2: נרחיב g ל-t=0: limt→0+arctantsint=t+O(t3)t+O(t3)→1. לכן g רציפה על [0,1].
צעד 3:g רציפה על הקטע הסגור [0,1], לכן לפי משפט קנטור היא UC על [0,1].
צעד 4: לכל x,y≥1: x1−y1=xy∣x−y∣≤∣x−y∣. לכן הפונקציה x↦1/x ליפשיצית (קבוע 1) על [1,∞).
לכן f(x)=g(1/x): הרכבה של פונקציה ליפשיציתית עם UC היא UC. ליתר דיוק: עבור ε>0 יהי δ>0 של UC ל-g על [0,1]. אם ∣x−y∣<δ, אז ∣1/x−1/y∣≤∣x−y∣<δ, ולכן ∣f(x)−f(y)∣=∣g(1/x)−g(1/y)∣<ε. ■