Функция Римана (ТФДП)

Фу́нкция Ри́мана — пример функции вещественной переменной, которая непрерывна на множестве иррациональных чисел, но разрывна на множестве рациональных. В этом качестве играет важную роль в математическом анализе^[1]. Является модификацией функции Дирихле. В русских источниках она обычно называется «функцией Римана» в честь Бернхарда Римана, в английской литературе у этой функции встречается масса других названий: Thomae's function, the popcorn function, the raindrop function, the countable cloud function, the modified Dirichlet function, the ruler function^[2].

Определение

Функция Римана $R(x)$ определена для вещественного аргумента $x$ следующим образом.

Если $x$ — иррациональное число, то функция равна нулю.
Если же $x$ — рациональное число, представленное в виде несократимой дроби ${\frac {m}{n}}$ (где $n>0$ ), то значение функции равно ${\frac {1}{n}}.$

В частности, $R(0)=1$ .

Свойства

Функция $R(x)$ ограничена — принимает значения в отрезке $[0,1].$ Она периодична с периодом, равным 1: $f(x+1)=f(x).$

Функция непрерывна всюду на множестве иррациональных чисел, поскольку предел функции в каждой такой точке равен нулю, но разрывна во всех рациональных точках. При этом в каждой рациональной точке функция имеет строгий локальный максимум^[3].

Функция Римана нигде не дифференцируема, однако интегрируема по Риману на любом интервале. При этом интеграл везде равен нулю, так как функция равна нулю почти везде. Отметим, что родственная функция Дирихле не интегрируема по Риману^[4].

Примечания

↑ Шибинский, 2007, с. 24.
↑ William Dunham. The Calculus Gallery. — Princeton University Press, 2005. — P. 149. — ISBN 0-691-09565-5.
↑ Шибинский, 2007, с. 62—63.
↑ Шибинский, 2007, с. 146—147.

Литература

Шибинский В. М. Примеры и контрпримеры в курсе математического анализа. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 2007. — 543 с. — ISBN 978-5-06-005774-4.

Ссылки

The Modified Dirichlet Function (англ.). Дата обращения: 2 мая 2019.
Weisstein, Eric W. Dirichlet Function (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.

Похожие исследовательские статьи

Полное метрическое пространство — метрическое пространство, в котором каждая фундаментальная последовательность сходится.

Гипо́теза Ри́мана — сформулированная немецким математиком Бернхардом Риманом в 1859 году математическая гипотеза о том, что дзета-функция Ри́мана $\text{[math]}$ принимает нулевые значения только в отрицательных чётных числах: $\text{[math]}$ , и комплексных числах с вещественной частью $\text{[math]}$ . Гипотеза Римана касается расположения этих нетривиальных нулей и утверждает, что:

Веще́ственное число́ — математический объект, возникший из потребности измерения геометрических и физических величин окружающего мира, а также проведения таких вычислительных операций, как извлечение корня, вычисление логарифмов, решение алгебраических уравнений, исследование поведения функций.

Непрерывная функция — функция, которая меняется без мгновенных «скачков», то есть такая, малые изменения аргумента которой приводят к малым изменениям значения функции.

<span class="mw-page-title-main">Функция Дирихле</span> функция, принимающая единицу на рациональных значениях, и нуль — на иррациональных

Функция Дирихле́ — функция, принимающая единицу на рациональных значениях и ноль — на иррациональных, стандартный пример всюду разрывной функции. Введена в 1829 году немецким математиком Дирихле.

<span class="mw-page-title-main">Интеграл Римана</span> простейшее определение интеграла

Интегра́л Ри́мана — наиболее широко используемый вид определённого интеграла. Очень часто под термином «определённый интеграл» понимается именно интеграл Римана, и он изучается самым первым из всех определённых интегралов во всех курсах математического анализа. Введён Бернхардом Риманом в 1854 году, и является одной из первых формализаций понятия интеграла.

Первоо́бразная для функции $\text{[math]}$ — это такая функция, производная которой равна $\text{[math]}$ . Это одно из важнейших понятий математического анализа вещественной переменной.

Характер, это определённая арифметическая функция, которая возникает из вполне мультипликативных характеров на обратимых элементах $\text{[math]}$ . Характеры Дирихле используются для определения L-функций Дирихле, которые являются мероморфными функциями со множеством интересных аналитических свойств. Если $\text{[math]}$ является характером Дирихле, его L-ряд Дирихле определяется равенством

\text{[math]}

Критерий Коши — ряд утверждений в математическом анализе:

Критерий сходимости последовательности — на котором основывается определение полного метрического пространства.
Критерий сходимости числовых рядов.
Критерий Коши равномерной сходимости несобственных интегралов.
Критерий Коши или число Коши — критерий подобия в механике сплошных сред.

Голоморфная функция, иногда называемая регулярной функцией — функция комплексного переменного, определённая на открытом подмножестве комплексной плоскости $\text{[math]}$ и комплексно дифференцируемая в каждой точке.

<span class="mw-page-title-main">Интеграл Лебега</span>

Интеграл Лебе́га — это обобщение интеграла Римана на более широкий класс функций.

Алгебраическая геометрия — раздел математики, который объединяет алгебру и геометрию. Главным предметом изучения классической алгебраической геометрии, а также в широком смысле и современной алгебраической геометрии, являются множества решений систем алгебраических уравнений. Современная алгебраическая геометрия во многом основана на методах общей алгебры для решения задач, возникающих в геометрии.

Интегральное исчисление — раздел математического анализа, в котором изучаются понятия интеграла, его свойства и методы вычислений.

Интегра́л — одно из важнейших понятий математического анализа, которое возникает при решении задач:

о нахождении площади под кривой;
пройденного пути при неравномерном движении;
массы неоднородного тела, и тому подобных;
а также в задаче о восстановлении функции по её производной.

Примечание: всюду в данной статье, где используется знак $\text{[math]}$ имеется в виду (кратный) интеграл Римана $\text{[math]}$ , если не оговорено обратное;
всюду в данной статье, где говорится об измеримости множества, имеется в виду измеримость по Жордану, если не оговорено обратное.

Числова́я фу́нкция — функция, которая действует из одного числового пространства (множества) в другое числовое пространство (множество). Числовые множества — это множества натуральных, целых, рациональных, вещественных и комплексных чисел вместе с определёнными для соответствующих множеств алгебраическими операциями. Для всех перечисленных числовых множеств, кроме комплексных чисел, определено также отношение линейного порядка, позволяющее сравнивать числа по величине. Числовые пространства — это числовые множества вместе с функцией расстояния, заданной на соответствующем множестве.

Теорема Римана — Роха связывает комплексный анализ связных компактных римановых поверхностей с чисто топологическим родом поверхности g, используя методы, которые могут быть распространены на чисто алгебраические ситуации.

Список эпонимов, названных в честь немецкого математика, механика и физика Бернхарда Римана (1826—1866).

Геометрия Римана — одна из трёх «великих геометрий», которые, помимо римановской, включают геометрию Евклида и геометрию Лобачевского.
Гипотеза Римана — одна из проблем тысячелетия, сформулированная Бернхардом Риманом в 1859 году.
Дзета-функция Римана — функция комплексного переменного, определяемая с помощью ряда Дирихле.
Дифференциальное уравнение Римана — обобщение гипергеометрического уравнения, позволяющее получить регулярные сингулярные точки в любой точке сферы Римана.
Дифферинтеграл Римана — Лиувилля — обобщение понятия повторной первообразной, отображающее вещественную функцию в другую функцию того же типа.
Задача Римана о распаде произвольного разрыва — задача о построении аналитического решения нестационарных уравнений механики сплошных сред, в применении к распаду произвольного разрыва.
Инварианты Римана — в газовой динамике — комбинированные параметры для некоторых частных течений газообразной среды.
Интеграл Римана — одно из первых формализаций понятия интеграла.
Интеграл Римана — Стилтьеса — обобщение определённого интеграла, предложенное в 1894 году Стилтьесом.
Кратный интеграл Римана — один из вариантов кратных интегралов по измеримым множествам.
Неравенство Римана — Пенроуза — неравенство, связывающее минимальную массу тела и площадь ловушечной поверхности чёрной дыры.
Обобщённые гипотезы Римана — формулирование гипотезы Римана для L-функций Дирихле.
Основная теорема римановой геометрии — наименование нескольких математических утверждений: Теоремы о связности Леви-Чивиты и Теоремы Нэша о регулярных вложениях.
Производная Римана — одно из симметричных предельных определений производной.
Псевдориманово многообразие — многообразие, в котором задан метрический тензор, невырожденный в каждой точке, но не обязательно положительно определённый.
Риманова геометрия — раздел дифференциальной геометрии, главным объектом изучения которого являются римановы многообразия, то есть гладкие многообразия с дополнительной структурой, римановой метрикой.
Риманова поверхность — традиционное в комплексном анализе название одномерного комплексного дифференцируемого многообразия.
Риманова субмерсия — субмерсия между римановыми многообразиями, которая инфинитезимально является ортогональной проекцией.
Риманово многообразие — вещественное дифференцируемое многообразие M, в котором каждое касательное пространство снабжено скалярным произведением g — метрическим тензором, меняющимся от точки к точке гладким образом.
Субриманово многообразие — математическое понятие, обобщающее риманово многообразие.
Сумма Римана — одно из классических определений интегральных сумм.
Сфера Римана — риманова поверхность, естественная структура на расширенной комплексной плоскости, являющаяся комплексной проективной прямой.
Тензор кривизны Римана — стандартный способ выражения кривизны римановых многообразий, а в общем случае — произвольных многообразий аффинной связности, без кручения или с кручением.
Теорема Римана об отображении — важнейшая закономерность 2-мерной конформной геометрии и одномерного комплексного анализа.
Теорема Римана об условно сходящихся рядах — теорема математического анализа, утверждающая, что перестановкой членов произвольного условно сходящегося ряда можно получить произвольное значение.
Теорема Римана об устранимой особой точке — утверждение из теории функций комплексной переменной о заполнении устранимого разрыва.
Теорема Римана — Роха — важная теорема математики, особенно в комплексном анализе и алгебраической геометрии, помогающая в вычислении размерности пространства мероморфных функций с предписанными нулями и разрешёнными полюсами.
Условия Коши — Римана — соотношения, связывающие вещественную и мнимую части всякой дифференцируемой функции комплексного переменного.
Формула Римана — фон Мангольдта — выражение, описывающее распределение нулей дзета-функции Римана.
Функция Римана — одна из функций, определённых Риманом: Дзета-функция Римана, Кси-функция Римана, Тета-функция Римана, Функция Римана, Функция Римана, Функция Римана (ТФДП).
Функция Римана (ТФДП) — пример функции вещественной переменной, которая непрерывна на множестве иррациональных чисел, но разрывна на множестве рациональных.

Пример Помпею — пример дифференцируемой функции, производная которой обращается в ноль на плотном множестве. В частности, производная Помпею разрывна в любой точке, где она не равна 0.

<span class="mw-page-title-main">Смит, Генри Джон Стивен</span>

Профессор Генри Джон Стивен Смит, член королевского общества, член королевского общества Эдинбурга, член королевского астрономического общества, доктор наук — ирландский математик и астроном-любитель, известный благодаря своей работе в областях элементарных делителей и квадратичных форм, а также благодаря формуле масс Смита — Минковского — Зигеля в области теории чисел. В теории матриц его имя носит нормальная форма Смита. Также Смит первым обнаружил Канторово множество .

Эта страница основана на статье Википедии.
Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия.
Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.