1.讨论下列函数列在所示区间D上是否一致收敛或内闭一致收敛,并说明理由:-|||-(1) _(n)(x)=sqrt ({x)^2+dfrac (1)({n)^2}} , =1,2,... , D=(-1,1) ;-|||-(2) _(n)(x)=dfrac (x)(1+{n)^2(x)^2} , n=1 ,2,···, =(-infty ,+infty ) ;-|||-,-|||-(3) _(n)(x)= 0, dfrac {1)(n+1)lt xlt 1, , n=1 ,2,···, =(-infty ,+infty ) -

题目解答
答案

解析
一致收敛性的判断核心在于极限函数是否连续(若原函数列连续)以及余项sup|f_n(x)-f(x)|是否趋于0。内闭一致收敛则需验证在任意有界闭区间上是否一致收敛。关键点包括:
- 余项分析:找到余项的最大值是否随n趋于0;
- 紧集限制:在有界区间内,变量范围受限,可能使余项趋于0;
- 反例构造:若存在某点使余项不趋于0,则不一致收敛。
(1) ${f}_{n}(x)=\sqrt {{x}^{2}+\dfrac {1}{{n}^{2}}}$,$D=(-1,1)$
点态极限:$f(x)=|x|$
余项分析:
$\sqrt{x^2 + \frac{1}{n^2}} - |x| = \frac{\frac{1}{n^2}}{\sqrt{x^2 + \frac{1}{n^2}} + |x|} \leq \frac{1}{n^2} \cdot \frac{1}{\frac{1}{n}} = \frac{1}{n}$
当$x=0$时,余项为$\frac{1}{n}$,故$\sup|f_n(x)-f(x)|=\frac{1}{n} \to 0$,一致收敛。
(2) ${f}_{n}(x)=\dfrac {x}{1+{n}^{2}{x}^{2}}$,$D=(-\infty,+\infty)$
点态极限:$f(x)=0$
余项分析:
求导得极大值点$x=\frac{1}{n}$,此时余项为$\frac{1}{2n}$,故$\sup|f_n(x)|=\frac{1}{2n} \to 0$,一致收敛。
(3) 分段函数$f_n(x)$
点态极限:$f(x)=0$($x>0$),$f(0)=1$
余项分析:
在区间$0 \leq x \leq \frac{1}{n+1}$内,余项为$1 - (n+1)x$,当$x \to 0^+$时余项趋近于$1$,故$\sup|f_n(x)-f(x)|=1 \not\to 0$,不一致收敛。
(4) ${f}_{n}(x)=\dfrac {x}{n}$,$D=[0,+\infty)$
点态极限:$f(x)=0$
余项分析:
全局$\sup|f_n(x)|$无界,但在任意有界闭区间$[0,M]$上,$\sup|f_n(x)|=\frac{M}{n} \to 0$,故内闭一致收敛。
(5) ${f}_{n}(x)=\sin \dfrac {x}{n}$,$D=(-\infty,+\infty)$
点态极限:$f(x)=0$
余项分析:
全局$\sup|\sin\frac{x}{n}|=1 \not\to 0$,但在有界闭区间$[-M,M]$上,$\sin\frac{x}{n} \leq \frac{M}{n} \to 0$,故内闭一致收敛。