Xherhangi bir küme olsun. Mesela X olabilir (ama olmayabilir

Benzer belgeler
Bu dedi im yaln zca 0,9 say s için de il, 0 la 1 aras ndaki herhangi bir say için geçerlidir:

Geçmiflte (n/(n+1))n dizisinin 1 e yak nsad n f s ldad k

Önsav 1. Her fley yukardaki gibi olsun. {ƒ 1 (V) g 1 (W) : V X, W Y, V ve W aç k}

Ard fl k Say lar n Toplam

Yak nsak diziler kümesini Y ile gösterelim. Bu bölümde Y

Bir yaz mda, kimbilir hangisinde,

Topolojik Uzay. Kapak Konusu: Topoloji

Bu noktaya gelene kadar nin birçok özelli ini kan tlad k.

Kesirli say dizileriyle çal flmaya devam ediyoruz. Geçmiflte

Bu bölümde, içinde hem limiti hem de sonsuzlar bar nd ran

Bu bölümde eski iyis ralamalardan yenilerini elde etmeyi ö renece iz.

Bu bölümde, bugüne dek ancak rüyalar n zda görece inizi

Bu yaz girifle gereksinmiyor. Do rudan, kan tlayaca m z

Geçen bölümde, Zorn Önsav varsay larak yis ralama Teoremi

Dördüncü K s m: Gerçel Say lar Yap s

Bir (xn)n dizisinin (n sonsuza giderken) limitini tan mlam fl

Matemati i bir iki sayfa erteleyerek, gerçel say larda s -

Bu bölümde okuru Seçim Aksiyomu nun neden do al bir

Yan t Bilinmeyen Bir Soru

Bu bölümde kan tlayaca m z teoremi, artan ve üstten s -

Olas l k Hesaplar (II)

Hemen Hemen Her Sonlu Çizge Asimetriktir

Rastgele Bir Say Seçme ya da Olas l k Nedir

Bir odada sonsuz say da insan n bulundu unu varsayal m. Bu

4. yis ralamalar Hissetmek

Bir tan mla bafllayal m. E er n bir do al say ysa, n! diye yaz -

Afla da yedi matematiksel olgu bulacaks n z. Bu olgular n

1/3 Nerde ya da Kaos a Girifl

Yeniflemeyen Zarlar B:

256 = 2 8 = = = 2. Bu kez de iflik bir yan t bulduk. Bir yerde bir yanl fl yapt k, ama nerde? kinci hesab m z yanl fl.

yis ralamalar Hissetmek

Bu bölümde birkaç yak nsak dizi örne i daha görece iz.

14. Ordinallerde Çarpma fllemi

Yoksulun Kazanabildi i Bir Oyun

Bu yaz da, r yar çapl bir çemberin çevresinin neden 2 r, alan n n

Afin ve zdüflümsel Düzlemler

Biraz Kümeler Kuram ve Birkaç Do al Say

Gerçel Say larla p-sel Tamsay lar Aras ndaki Benzerlik

Sonlu bir kümenin eleman say s n n ne demek oldu unu

Hiç K salmadan K salan Yol

Okurun bir önceki bölümü okudu unu ve orada ortaya

Do al say lar kümesi, yani {0, 1, 2, 3, 4,... } kümesi, toplama

Yüzde Yüz Sonlu Sonsuz Oyunlar

Koninin Düzlemlerle Kesiflimi Selçuk Demir* / sdemir@bilgi.edu.tr

Geçen bölümde, P1 ve P2 özelliklerini sa layan (, S, 0)

Saymak San ld Kadar Kolay De ildir

Okur mutlaka e itim hayat boyunca x2/2 + sin x türünden

Kümeler toplulu unun bir küme olamayaca n Bertrand

Üst Üçgensel Matrisler

Bu yaz da 6 mant k sorusu sorup yan tlayaca z.

Sevdi im Birkaç Soru

11. Limit Ordinaller ve Ordinallerde Tümevar m lkesi

Olas l k hesaplar na günlük yaflam m zda s k s k gereksiniriz.

yaz -tura at yor. Yaz gelirse birinci oyuncu, tura gelirse ikinci oyuncu kazanacak. Birinci oyuncu oyunun bafl nda ortaya 1 lira koyuyor.

Oyunumuz iki kifli aras nda ve n m boyutlu bir dikdörtgenin

Bir Tekhücrelinin Soyunu Sonsuza Dek Sürdürme fians

T k z Topolojik Uzaylar

Her noktas ya maviye ya k rm z ya boyanm fl bir düzlem

Halkalar, S f rbölenler, Asallar, ndirgenemezler vb.

ÜN TE II L M T. Limit Sa dan ve Soldan Limit Özel Fonksiyonlarda Limit Limit Teoremleri Belirsizlik Durumlar Örnekler

Bir önceki yaz da, yaz -tura oyununda yoksulun zengine karfl

Matematik bölümlerinin birinci s -

Eski Yunan matematikçileri cetvel ve pergel yard m yla

O + T + U + Z = 30 (30) 2K + I + R = 40 (40) E + 2L + = 50 (50) A + L + T + M + I + fi = 60 (60) Y + E + T + M + + fi = 70 (70) 2S + 2E + K + N = 80

Bahçe Sorusu 1. Girifl. Daire biçiminde bir bahçeye, merkezden bafllayarak, birer metre aral klarla yatay ve dikey s ralanm fl fi-

Birkaç Oyun Daha Birinci Oyun.

Oyunlar mdan s k lan okurlardan -e er varsa- özür dilerim.

Asal Say n n Ne Oldu unu Gerçekten Biliyor musunuz?

22. Zorn Önsav na Girifl

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Bireysel Yar flmas 2004 Soru ve Yan tlar

Bu yaz da dizileri kullanarak birbirinden ilginç

Matematikte sonsuz bir s fatt r, bir ad de ildir. Nas l sonlu bir s fatsa, matematikte kullan lan sonsuz da bir s fatt r. Sonsuz, sonlunun karfl t d

Bölüm 1C de 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ve 7 say lar n tan mlad k.

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. Sabit Nokta ve Fonksiyonel Yineleme. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

Bilindi i gibi, günümüzün matemati i biçimsellefltirilebilir.

Üçüncü K s m: Kesirli Say lardan Gerçel Say lara Do ru

Ad ve Soyad : Numaras : Analiz III Aras nav Sorular

içinde seçilen noktan n birinci koordinat birincinin geldi i saati, ikinci koordinat ysa

Matematik Dünyas n n geçen say s nda

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Yar flmas 2003 Bireysel Yar flma Soru ve Çözümleri

Çocuk dergilerinin flaflmaz sorusudur: Afla daki karenin

Ünlü Alman matematikçisi Kari Friedrick Gauss 10 yafl ndayken,

Bir tavla maç 5 te biter. Yani 5 oyun kazanan ilk oyuncu

Fermat Ne Biliyordu? (I)

TMD Yay nlar. Ali Nesin Yar n n Matematikçisine Matematik I. Sezgisel Kümeler Kuram. Sabanc Üniversitesi. Bankalar Cad Karaköy stanbul

MATEMAT K TEST. 3. a ve b reel say lar olmak üzere, 3 a = 4 ve 3 2a b 3 = 8 oldu una göre,

En az enerji harcama yasas do an n en bilinen yasalar ndan

1. Her fiey S ralanamaz

Beflinci K s m: Ekler

Üç Oyun Birinci Oyun.

(ÖSS ) ÇÖZÜM 2:

Pokerin Matemati i Ali Nesin* /

mayan, kimileyin aç klay c, kimileyin biraz daha ileri seviyede ve daha ilgili ve merakl ö renci için yaz lm fl olan di er bölümlerin bafl na 3A, 4C

Bir çekirge çok ama çok uzun bir yol üstünde. Çekirge öne

Do ufl Üniversitesi Matematik Kulübü Matematik Bireysel Yar flmas 2005 Soru ve Yan tlar

TEMEL MATEMAT K TEST

4*. Peano Aritmeti i 4.1. Haz rl k

Latin Kare nfla Etmek Sibel Özkan* /

6 Devirli Kodlar. 6.1 Temel Tan mlar

2. Topolojik Uzaylarda Ba¼glant l l k Ba¼glant l Topolojik Uzaylar. Tan m (X; ) topolojik uzay n n her biri boş kümeden farkl olan ayr k

Transkript:

53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas Xherhangi bir küme olsun. Mesela Xolabilir (ama olmayabilir de). Her n do al say s için bir ƒ n : X fonksiyonu verilmifl olsun. O zaman her xxiçin ayr bir (ƒ n (x)) n say dizisi elde etmifl oluruz. Her x X için bu (ƒ n (x)) n say dizisinin bir limiti olabilir ya da olmayabilir. Diyelim her x X için (ƒ n (x)) n say dizisinin bir limiti var. x e göre de iflebilecek bu limite ƒ(x) diyelim. Böylece, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinden bir ƒ : Xfonksiyonu elde ederiz. ƒ fonksiyonunun ƒ n ƒ bu (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin limitini oldu unu söylemek herhalde kabul edilir bir tan m olur. Öyle diyece iz. Tek farkla ki, limit yerine noktasal limit sözünü kullanmay ye leyece iz çünkü ilerde fonksiyon dizileri için daha do al bir limit kavram bulaca z. x 549

550 53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas Biçimsel tan m verelim: X herhangi bir küme olsun. Ve X ten ye giden bir (ƒ n ) n fonksiyon dizisi verilmifl olsun. E er her x X için (ƒ n (x)) n say dizisinin bir limiti varsa, o zaman, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin, her xxiçin, ƒ(x) = lim n ƒ n (x) olarak tan mlanan ƒ : X fonksiyonuna ve ƒ nin (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin (noktasal) limiti oldu u söylenir. Bu durumda, ƒ = lim n ƒ n ya da ƒ = p lim n ƒ n yaz l r. Eflitli in üstündeki p, ngilizce noktasal anlam na gelen pointwise sözcü ünün p sidir. Bir (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin noktasal limiti varsa, bu limit elbette biriciktir. Hemen birkaç örnek verelim. Örneklerimizde X hep nin bir altkümesi olacak ama öyle olmak zorunda de il. Örnek 53.1. X = ve ƒ n (x) = x/n olsun. Her x için, lim n ƒ n (x) = lim n x/n = 0 olur. Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin limiti sabit 0 fonksiyonuymufl. ƒ n fonksiyonlar n n grafi i afla da. Giderek yataylafl - yorlar ve en sonunda ƒ(x) = 0 fonksiyonuna yak ns yorlar. ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 ƒ 4 ƒ 5 x

53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas 551 Örnek 53.2. X = [0, 1] ve ƒ n (x) = x n olsun. O zaman, lim n n( x x ) 0 e er 1 ise 1 e er x 1 ise olur. Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin limiti, 0 e er x 1 ise ( x) 1 e er x 1 ise formülüyle tan mlanan ƒ fonksiyonudur. 1 ƒ 1 ƒ n 1 Bu örnekte, ƒ n fonksiyonlar n n her birinin sürekli ama ƒ fonksiyonunun (1 noktas nda) süreksiz oldu una dikkatinizi çekeriz. Demek ki sürekli bir fonksiyon dizisinin noktasal limiti sürekli olmak zorunda olmayabilir. Bu da oldukça rahats z edici bir durum. Örnek 53.3. X = ve 2 n x x x n( x) 1 1! 2! n! olsun. O zaman, exp fonksiyonun tan m na göre, lim n ƒ n (x) = exp x olur. Benzer sonuç, gene tan mlardan dolay sin ve cos fonksiyonlar için de geçerlidir:

552 53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas 2i1 n i x sinx lim n ( 1), i1 ( 2 i 1)! 2i n i x cos x lim n ( 1). i1 ( 2 i )! 2 ( 2n n1) x 3n 5 Örnek 53.4. n( x) olsun. 2 n O zaman, lim n ƒ n (x) = p 2x olur. Örnek 53.2 de sürekli bir fonksiyon dizisinin noktasal limitinin sürekli olmayabilece ini gördük. Daha önce de dedi imiz gibi bu oldukça rahats z edici bir fley. lerde fonksiyonlar n yak nsamas kavram yla hafifçe oynayarak bu rahats z edici fleyden kurtulaca z ve düzgün yak nsakl k olarak adland r lan yepyeni bir yak nsama kavram nda sürekli bir fonksiyon dizisinin limiti sürekli olacak. Afla daki teoremin kan t çok basittir, benzer eflitliklerin say dizileri için geçerli olmas ndan kaynaklan r. Teorem. X, herhangi bir küme olsun. (ƒ n ) n ve (g n ) n, X ten ye giden iki fonksiyon dizisi ve r olsun. E er lim n ƒ n = p ƒ ve lim n g n = p g ise, (ƒ n + g n ) n, (rƒ n ) n ve (ƒ n g n ) n fonksiyon dizilerinin de noktasal limitleri vard r ve lim n (ƒ n + g n ) = p ƒ + g, lim n rƒ n = p rƒ ve lim n (ƒ n g n ) = p ƒg eflitlikleri sa lan r. Ayr ca e er her x X için

53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas 553 g(x) 0 ve g n (x) 0 ise, (ƒ n /g n ) n fonksiyon dizisinin de noktasal limiti vard r ve lim n ƒ n /g n = p ƒ/g eflitli i sa lan r. Kan t: Okura b rak lm flt r. Al flt rmalar 1. X = [0, 1] ve ƒ n (x) = nx(1 x) n olsun. O zaman lim n ƒ n noktasal limitinin sabit 0 fonksiyonu oldu unu kan tlay n. ƒ n (1/n) > 1/6 eflitsizli ini kan tlay n. 2. X = ve her n < 0 do al say s için, n x n e er 0 < x 1/ n ise ( ) 1 yoksa olsun. O zaman, lim n ƒ n = 0 d r (yani limit, sabit 0 fonksiyonudur.) 3. X = ve her n < 0 do al say s için, n x n e er 0 x 1/ n ise ( ) 1 yoksa olsun. O zaman, (ƒ n ) n dizisinin limiti var m d r? Yoksa, X ne al n rsa dizinin bir limiti vard r? 4. ƒ n : [0, 1] flöyle tan mlans n: 2 n x e er 0 x 1/ 2n ise 2 n( x) 2n n x e er 0 x 1/ 2n ise 0 e er 0 x 1/ 2n ise Bu fonksiyonlar n grafiklerini çizin. (Afla da!) Fonksiyonlar n limitinin sabit 0 fonksiyonu oldu unu kan tlay n.

554 53. Fonksiyon Dizilerinin Noktasal Yak nsamas 5 4 ƒ 6 3 2 1 ƒ 5 ƒ 4 ƒ 3 x ƒ 2 1/6 1/3 1/2 2/3 1/5 1/4 2/5 1 Son al flt rmada da görülece i üzere, fonksiyonlar n noktasal yak nsamas pek mutlu bir kavram de il: Maksimum de erleri sonsuza gidebilen bir fonksiyon dizisi noktasal olarak 0 a yak nsayabiliyor.

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas Bir önceki bölümde bir fonksiyon dizisinin bir baflka fonksiyona noktasal yak nsamas n n ne demek oldu unu gördük. Tan m an msatal m çünkü bu tan m hafifçe de ifltirerek çok daha güçlü bir fonksiyon dizisi yak nsamas kavram elde edece iz: X herhangi bir küme ve X ten ye giden bir (ƒ n ) n fonksiyon dizisi verilmifl olsun. E er her xxiçin (ƒ n (x)) n say dizisinin bir limiti varsa, o zaman, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin, her xxiçin, ƒ(x) = lim n ƒ n (x) olarak tan mlanan ƒ : X fonksiyonuna noktasal yak nsad ve ƒ nin (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin noktasal limiti oldu u söylenir. Bu durumda, ƒ = p lim n ƒ n yaz l r. Bir baflka deyiflle, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin limiti olan lim n ƒ n fonksiyonu, her xxiçin, (lim n ƒ n )(x) = lim n ƒ n (x) olarak tan mlanm flt r. Tan m biraz daha açacak olursak, bir (ƒ n : X) n fonksiyon dizisinin bir ƒ : X 555

556 54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas fonksiyonuna yak nsamas için, her x X ve her > 0 için öyle bir N olmal ki, her n > N için, ƒ n (x) ƒ(x) < olsun. Bunu simgesel olarak yazal m: ƒ = p lim n ƒ n eflitli i, aynen, (xx)( > 0) N (n > N) ƒ n (x) ƒ(x) < anlam na gelir. Buradaki N say s x e ve a göre de iflir. Zaten yukardaki matematiksel formüldeki s ralamada da N say s (x X)( > 0) simgelerinden sonra gelir. Yani her x X ve her > 0 için, istenen koflulu sa layan ayr bir N olabilir. Bu ba ml l göstermek için bazen N yerine, N, x yaz l r. N nin a göre de iflmesi ola an çünkü ne de olsa küçüldükçe ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli ini sa lamak, yani ƒ n (x) nin ƒ(x) e kadar yak n olmas n sa lamak güçleflir: Genelde küçüldükçe bu eflitsizli in sa land n say s n büyütmek gerekir. (Genellikle, sadece pek ender durumlarda N, dan ba ms zd r.) N nin x e göre de iflmesi de ola an bulunabilir. Nitekim x de ifltikçe ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli inin sa lanmas giderek gecikebilir. Öte yandan bazen de gecikmez, baz durumlarda, hatta oldukça s k rastlanan baz durumlarda, belli bir N den büyük n say lar için ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli i her xxiçin sa lan r. Bu durumda (ƒ n : X) n fonksiyon dizisinin

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas 557 ƒ : X fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Bu durumda, lim n ƒ n = u ƒ yaz l r ve (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. (Eflitli in üstündeki u harfi, ngilizce düzgün demek olan uniform sözcü ünün u sudur.) Düzgün yak nsakl n biçimsel tan m flöyle: ( > 0) N (xx) (n > N) ƒ n (x) ƒ(x) <. Bu formülü bir önceki formülle karfl laflt rmakta ve xx simgelerinin nerden nereye geçti ini gözlemlemekte yarar vard r. Düzgün yak nsakl sözle ifade edelim: E er her > 0 için, her n > N ve her xxiçin, ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli inin sa land bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Düzgün yak nsakl n noktasal yak nsakl ktan flu önemli ayr m var. Düzgün yak nsakl kta, (ƒ n (x)) n dizileri ƒ(x) say lar na ayn h zla yak nsarlar. Oysa noktasal yak nsakl kta yak nsama h z x e göre de iflebilir. Dolay s yla düzgün yak nsakl k, noktasal yak nsakl ktan çok daha hofl ve çok daha yararl bir kavramd r. Bunu yak n zamanda görece iz. Ayr ca noktasal yak nsakl ktan daha kuvvetli bir kavramd r, yani noktasal yak nsamak, düzgün yak nsakl ktan çok daha kolayd r: Bir fonksiyon dizisi düzgün yak nsaksa ayn zamanda noktasal yak nsakt r ama bunun tersi do ru de ildir: Teorem 54.1. E er (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak ns yorsa noktasal da yak nsar. Kan t: Bu kadar aç klamadan sonra bu teoremin ayr ca bir kan ta ihtiyac oldu unu sanm yoruz: E er bir N her x için iflimize yar yorsa, elbette her x için bu N iflimize yarar!

558 54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas Düzgün yak nsakl kavram n geometrik olarak da ifade edebiliriz ve böylece kavram sezgilerimize daha yatk n bir hale gelir. (ƒ n ) n fonksiyon dizisi ƒ ye düzgün yak nsas n. > 0 verilmifl olsun. O zaman yeterince büyük n ler ve her x için, ƒ n (x) ƒ(x) <, yani ƒ(x) < ƒ n (x) < ƒ(x) + eflitsizli i sa lan r. Bir baflka deyiflle, yeterince büyük n ler için ƒ n fonksiyonlar ƒ ile ƒ + aras ndad r. fiekil afla da. ƒ n fonksiyonlar ƒ ƒ ƒ Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ ye düzgün yak nsamas için yeter ve gerek koflul, her > 0 için, ƒ n fonksiyonlar n n bir zaman sonra ƒ ile ƒ + fleridinin içine girmesidir. Birazdan örnekler verece iz (geçen bölümün örneklerinin üstünden geçece iz) ama önce bunca aç klamadan sonra çok bariz olmas gereken bir de flu teoremi aradan ç karal m: Teorem 54.2. YXiki küme olsun. (ƒ n ) n, X ten ye giden bir fonksiyon dizisi olsun. E er (ƒ n ) n dizisi ƒ fonksiyonuna düzgün yak ns yorsa, o zaman (ƒ n Y ) n fonksiyon dizisi ƒ Y fonksiyonuna düzgün yak nsar. Kan t: E er bir N her xx için iflimize yar yorsa, elbette bu N her xyiçin de iflimize yarar!

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas 559 Birazdan görece imiz üzere (örnekleri boldur zaten) bu teoremin tersi yanl flt r, yani (ƒ n ) n dizisi ƒ fonksiyonuna noktasal yak nsasa ve (ƒ n Y ) n fonksiyon dizisi ƒ Y fonksiyonuna düzgün yak nsasa ve hatta Y bir biçimde X te yo un olsa bile (ƒ n ) n dizisi ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsamayabilir. Al flt rmalar 1. X = Y Z olsun. (ƒ n ) n, X ten ye giden bir fonksiyon dizisi olsun. E er (ƒ n Y ) n ve (ƒ n Z ) n fonksiyon dizileri düzgün yak nsaksa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin de düzgün yak nsak oldu unu kan tlay n. 2. E er X sonluysa, noktasal yak nsak her fonksiyon dizisinin düzgün yak nsak oldu unu kan tlay n. Gelelim örneklere. Bir önceki bölümdeki noktasal yak nsakl klar n düzgün yak nsakl k olup olmad klar n irdeleyece iz. E er dizi düzgün yak nsak de ilse, fonksiyonlar n tan m kümesi olan X in öyle (olabildi ince genifl) bir Y altkümesini bulaca- z ki Y ye k s tlanm fl fonksiyon dizisi düzgün yak nsak olsun. Örnek 54.1. X = ve ƒ n (x) = x/n olsun. Bir önceki bölümde bu dizinin noktasal limitinin sabit 0 fonksiyonu oldu unu gördük. Bakal m düzgün yak nsakl k var m? Teorem 54.1 e göre fonksiyon dizisi ancak sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsayabilir. Zaten bu bir sonraki sayfada çizdi imiz fonksiyon grafiklerinden de bariz biçimde görülüyor. E er ƒ n fonksiyonlar n n grafiklerine bakarsak düzgün yak nsakl n olmad n hissederiz: Belli ki x büyüdükçe (ƒ n (x)) n yani (x/n) n dizisi 0 a yak nsamakta gecikiyor, ya da flöyle aç klayal m: ƒ n ler hiçbir zaman sabit 0 fonksiyonunun (, ) fleridine girmiyorlar. Bunu biçimsel olarak kan tlayal m.

560 54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 ƒ 4 ƒ 5 x = 1 olsun. Diyelim öyle bir N var ki her n > N ve her xiçin, ƒ n (x) 0 < = 1, yani x/n < 1, yani x < n. Ama bu son eflitlikten daha saçma bir fley olamaz! Her x say s - n n mutlak de eri elbette n den küçük de ildir. Demek ki düzgün yak nsakl k yok. Ama flimdi ƒ n fonksiyonlar n s n rl bir aral a k s tlayal m, diyelim bir A > 0 için, fonksiyonlar [A, A] aral na k s tlad k. Bakal m neler olacak... Bu fonksiyonlara g n diyelim: g n = ƒ n [A, A]. (g n ) n fonksiyonlar dizisinin sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsad n kan tlayaca z. Bunun böyle oldu u yukardaki flekilden de anlafl l yor: Fonksiyonlar sadece [A, A] aral na k s tland ndan (A çok büyük bile olsa), g n fonksiyonlar (n yeterince büyük al nd nda) (, ) fleridine girerler. Bunu biçimsel olarak kan tlayal m flimdi.

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas 561 g 1 A g 2 g 3 A g n g 4 > 0 verilmifl olsun. Öyle bir N bulaca z ki, her n > N ve her x[a, A] için, g n (x) 0 <, yani x/n <, yani x / < n olacak. Bu son eflitsizli in yeterince büyük n ler için sa land n görmek pek o kadar zor de il, çünkü her x[a, A] için x < A, dolay s yla e er n yi n > A/ olacak biçimde al rsak istedi imizi elde ederiz. Daha da biçimsel kan t verelim: > 0 verilmifl olsun. N > A/ eflitsizli ini sa layan herhangi bir do al say seçelim, örne in, N = [A/] + 1 olsun. O zaman her n > N için, g n (x) 0 = x/n = x /n < x /N A/N < olur. Kan t m z tamamlanm flt r. Teorem 54.2 den dolay ƒ n fonksiyonlar n n nin herhangi s n rl bir altkümesine k s tlanm fllar sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsar.

562 54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas Örnek 54.2. X = [0, 1] ve ƒ n (x) = x n olsun. O zaman, lim n n( x x ) 0 e er 1 ise 1 e er x 1 ise olur. Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin noktasal limiti, 0 e er x 1 ise ( x) 1 e er x 1 ise formülüyle tan mlanan ƒ fonksiyonudur. Dolay s yla (ƒ n ) n fonksiyon dizisi ancak bu ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsayabilir. 1+ 1 1 ƒ 1 ƒ n 1 Yak nsakl n düzgün olmad n kan tlayaca z. Yukardaki flekilden de bunun anlafl lmas laz m. Belli ki 1 m z kç l k yap - yor. ƒ nin 1 de ald 1 de eri yüzünden, küçük bir için, ƒ n fonksiyonlar hiçbir zaman ƒ merkezli kal nl ndaki fleride girmiyor. Bunu biçimsel olarak kan tlayal m. Bu sefer = 1/2 alal m. Diyelim öyle bir N var ki her n > N ve her x[0, 1] için, ƒ n (x) ƒ(x) < = 1/2 olsun. O zaman her n > N ve her x[0, 1) için de, ƒ n (x) ƒ(x) < = 1/2, yani

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas 563 x n = x n < 1/2 olur. Bunun özel bir hali olarak, her x[0, 1) için x N+1 < 1/2 olur. Ama bu do ru olamaz, çünkü g(x) = x N+1 fonksiyonu süreklidir ve x, (soldan) 1 e do ru giderken bu fonksiyonun limiti 1 dir: lim x1 x N+1 = 1. Dolay s yla 1 e yeterince yak n x ler için x N+1 say s 1 e çok yak n olmal, yani 1/2 yi aflmal. Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisi düzgün yak nsayamaz. fiimdi bir önceki örnekte yapt m za çok benzer bir fley yapal m. Çok küçük ama pozitif bir say s seçelim ve fonksiyonlar m z [0, 1] aral ndan ye yollayaca m za, [0, 1 ] aral ndan ye yollayal m. Bu durumda fonksiyon dizisinin sabit 0 dizisine düzgün yak nsad n kan tlayabiliriz. 1 ƒ 1 ƒ n 1 1 Bu, yukardaki flekilden de anlafl l yor. 1 < 1 oldu undan, n yi yeterince büyük seçersek, ƒ n fonksiyonlar (, ) fleridinin içine girerler. Nitekim, > 0 olsun. Öyle bir N bulaca z ki her n > N ve her x[0, 1 ] için, x n = ƒ n (x) 0 <

564 54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas olacak. x n (1 ) n oldu undan, her n > N için (1 ) n < eflitsizli ini sa lamak yeterli. Böyle bir N bulmak mümkün müdür? Evet! Çünkü 0 1 < 1 oldu undan, lim n (1 ) n = 0 eflitli i geçerlidir, yani belli bir N den sonra her n, (1 ) n < eflitsizli ini sa lar. Örnek 54.3. X = ve 2 n x x x n( x) 1 1! 2! n! olsun. O zaman, exp fonksiyonun tan m na göre, lim n ƒ n (x) = exp x olur. Demek ki, lim n ƒ n = p exp. Peki düzgün yak nsakl k var m? Yok! Nitekim e er x i pozitif al rsak, n1 x exp xn( x) 0 ( n1) olur ve > 0 ve nne olursa olsun, bu say x çok büyük al nd nda u aflar. Öte yandan (daha önceki iki örnekte de oldu u gibi), e er ƒ n fonksiyonlar n nin s n rl bir altkümesine k s tlarsak, o zaman yak nsakl k düzgün olur. Okurun bu aflamada bunu kan tlamaya çal flmas nda büyük yarar vard r. Bölüm 57 de kuvvet serileriyle ilgili çok daha genel bir sonuç kan tlayaca m zdan, biz bunun kan t n ileriye sark t yoruz.

54. Fonksiyon Dizilerinin Düzgün Yak nsamas 565 Al flt rmalar 1. Örnek 54.2 deki (ƒ n ) n dizisinin (0, 1) aç k aral nda düzgün yak nsak olmad n kan tlay n. 2. Örnek 54.3 teki (ƒ n ) n dizisinin s n rl bir aral kta exp fonksiyonuna düzgün yak nsad n kan tlay n. 3. ƒ n (x) = x n /n olsun ve ƒ n yi [1, 1] kapal aral nda tan ml bir fonksiyon olarak görelim. (ƒ n ) n dizisinin sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsad n kan tlay n. 4. ƒ n : (0, 1) fonksiyonu, n x 1 ( ) 1 nx kural yla tan mlanm fl olsun. (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin sabit 0 fonksiyonuna noktasal yak nsad n ama düzgün yak nsamad - n kan tlay n. 5. ƒ n : [0, ) fonksiyonu, n x x ( ) 1 nx kural yla tan mlanm fl olsun. (ƒ n ) n dizisinin sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsad n kan tlay n. 6. ƒ n : fonksiyonu, n x x ( ) 2 1 nx kural yla tan mlanm fl olsun. (ƒ n ) n dizisinin sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsad n kan tlay n. 7. ƒ n : fonksiyonu, kural yla tan mlanm fl olsun. (ƒ n ) n dizisinin her s n rl kümede düzgün yak nsad n kan tlay n. 2 3 n x x ( ) 1 nx 2

55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m Bir önceki bölümde bir fonksiyon dizisinin bir baflka fonksiyona düzgün yak nsamas n n ne demek oldu unu gördük. Bu bölümde ayn kavram n daha kullan fll ve birçok anlamda daha do ru bir tan m n verece iz. Önce düzgün yak nsakl n tan m n an msatal m: X herhangi bir küme ve X ten ye giden bir (ƒ n ) n fonksiyon dizisi verilmifl olsun. E er her > 0 için, her n > N ve her xxiçin, ƒ n (x) ƒ(x) < önermesini sa layan bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Bu tan mda, ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli i yerine ƒ n (x) ƒ(x) eflitsizli ini almak bir fley de ifltirmez. Yani yukardaki tan mla flu tan m ayn anlama gelir: E er her > 0 için, her n > N ve her xxiçin, ƒ n (x) ƒ(x) önermesini sa layan bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Nitekim birinci tan mdaki koflul her > 0 için sa lan yorsa, elbette ikinci tan mdaki koflul da her > 0 için sa lan r, çünkü ne de olsa 567

568 55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m ƒ n (x) ƒ(x) < ƒ n (x) ƒ(x) önermesi do rudur. fiimdi ikinci tan mdaki koflulun her > 0 için sa land n varsayal m ve birinci tan mdaki koflulun her > 0 için sa land n kan tlayal m. > 0 verilmifl olsun. kinci tan m yerine /2 ye uygulayal m: her n > N ve her xxiçin, ƒ n (x) ƒ(x) /2 eflitsizli inin sa land bir N say s vard r. Bu N say s iflimizi görür: Her n > N ve her xxiçin, ƒ n (x) ƒ(x) /2 eflitsizli i, dolay s yla ƒ n (x) ƒ(x) < eflitsizli i sa lan r. Kan t m z bitmifltir. Bu bölümde yapmak istedi imiz için ikinci tan m daha kullan fll olacak. Bundan böyle ikinci tan m kullanaca z. fiimdi flu basit ama önemli gözlemi yapal m: E er her xx için, ƒ n (x) ƒ(x) eflitsizli i geçerliyse, o zaman, sup{ ƒ n (x) ƒ(x) : xx} eflitsizli i de geçerlidir. Ve bunun tam tersi de do rudur: E er bir n için, sup{ ƒ n (x) ƒ(x) : xx} eflitsizli i geçerliyse, her x X için ƒ n (x) ƒ(x) eflitsizli i geçerlidir. Dolay s yla düzgün yak nsakl n tan m n flöyle de verebiliriz: E er her > 0 için, her n > N için sup{ ƒ n (x) ƒ(x) : xx} önermesini sa layan bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. fiimdi, ƒ n ƒ = sup{ ƒ n (x) ƒ(x) : xx} tan m n yapal m ve düzgün yak nsakl n son tan m ndaki

55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m 569 sup{ ƒ n (x) ƒ(x) : xx} say s yerine ƒ n ƒ sembolizmini kullanal m. O zaman düzgün yak nsakl n tan m flu flekle dönüflür: E er her > 0 için, her n > N için ƒ n ƒ önermesini sa layan bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Elde etmek istedi imiz tan ma ad m ad m yaklafl yoruz... Normlara uymak için ufak bir de ifliklik daha yapal m. Aynen birinci sütunda ta en baflta yapt m z gibi ƒ n ƒ yerine ƒ n ƒ < alabiliriz. flte tan m n sondan bir önceki hali: E er her > 0 için, her n > N için, ƒ n ƒ < eflitsizli inin sa land bir N say s varsa, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Bu son koflulun ne dedi inin fark na vard n z m? Bu koflul aynen, lim n ƒ n ƒ = 0 diyor! Tek bir farkla ki ƒ n ƒ ler illa say olmak zorunda de- iller, da olabilirler. E er sonsuz tane n için ƒ n ƒ ler oluyorsa, o zaman bunlar n limiti 0 olamaz ve düzgün yak nsakl k yoktur. E er en fazla sonlu tane n için ƒ n ƒ ler oluyorsa, o zaman ƒ n ƒ ler aras ndan sonsuz olanlar n ç kar p geri kalan say dizisinin yak nsakl na bakabiliriz. fiimdi tan m n son halini yazabiliriz: Tan m: X herhangi bir küme ve X ten ye giden bir (ƒ n ) n fonksiyon dizisi verilmifl olsun. E er lim n ƒ n ƒ = 0 ise, (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin ƒ fonksiyonuna düzgün yak nsad söylenir. Son iki bölümde iflledi imiz örnekleri bu yeni tan m fl nda tekrar ele alal m.

570 55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m Örnek 55.1. X = ve ƒ n (x) = x/n olsun. Örnek 54.1 de bu dizinin noktasal limitinin sabit 0 fonksiyonu oldu unu ama dizinin düzgün yak nsak olmad n gördük. Düzgün yak nsaman n olmad n ƒ n 0 say lar n hesaplayarak görelim: ƒ n 0 = sup{ x/n0 : x} = sup{ x /n : x} =. Demek ki ( ƒ n 0 ) n dizisi 0 a yak nsam yor, hatta bir say dizisi bile de il. Dolay s yla (ƒ n ) n dizisi 0 a (ya da baflka bir fonksiyona) düzgün yak nsayamaz. fiimdi ƒ n fonksiyonlar n bir A > 0 için, [A, A] aral na. Bu fonksiyonlara g n diyelim: g n = ƒ n [A, A]. Bu durumda (g n ) n dizisinin sabit 0 fonksiyonuna düzgün yak nsar, nitekim, 0 g n 0 = sup{ x/n0 : x[a, A]} = sup{ x /n : x[a, A]} A/n oldu undan, Sandviç Teoremi ne göre lim n g n 0 = 0 olur. Örnek 55.2. X = [0, 1] ve ƒ n (x) = x n olsun. O zaman, lim n n( x x ) 0 e er 1 ise 1 e er x 1 ise olur. Demek ki (ƒ n ) n fonksiyon dizisinin noktasal limiti, 0 e er x 1 ise ( x) 1 e er x 1 ise formülüyle tan mlanan ƒ fonksiyonudur. Geçen bölümde ƒ nin bu dizinin düzgün limiti olmad n kan tlam flt k. Ayn fleyi lim n ƒ n ƒ limitini hesaplayarak gösterelim. Tan m kümesini, [0, 1] yerine [0, 1) al p düzgün yak nsakl n olmad n göstersek de olur

55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m 571 (bkz. Teorem 54.2). O zaman, (ƒ n ) n dizisinin noktasal limiti sabit 0 fonksiyonu olur ve dolay s yla lim n ƒ n 0 limitinin olmad n ya da olsa bile bu limitin 0 olmad n kan tlamam z gerekir. Nitekim, ƒ n 0 = sup{ x n 0 : x[0, 1)} = sup{ x n : x[0, 1)} = 1 oldu undan, lim n ƒ n 0 = 1 0 olur ve (ƒ n ) n dizisi sabit 0 dizisine düzgün yak nsamaz. fiimdi çok küçük ama pozitif bir say s seçelim ve fonksiyonlar m z [0, 1] aral ndan ye yollayaca m za, [0, 1 ] aral ndan ye yollayal m. Bu durumda fonksiyon dizisinin sabit 0 dizisine düzgün yak nsad n kan tlayabiliriz: ƒ n 0 = sup{ x n 0 : x[0, 1 ]} = sup{ x n : x[0, 1 ]} = (1 ) n oldu undan, lim n ƒ n 0 = lim n (1 ) n = 0 olur ve bu sefer (ƒ n ) n dizisi sabit 0 dizisine düzgün yak nsar. Örnek 55.3. X = ve 2 n x x x n( x) 1 1! 2! n! olsun. O zaman, exp fonksiyonun tan m na göre, lim n ƒ n (x) = exp x olur. Demek ki, lim n ƒ n = p exp. Düzgün yak nsakl n olmad n göstermifltik. Bir daha gösterelim:

572 55. Düzgün Yak nsakl n Düzgün Tan m exp sup ( x) exp x : x n sup sup mn1 m x m! : x x m! : x n1 x sup : x n. ( 1 )! Gösterdik! n mn1 m 0