Contraejemplo de la convergencia uniforme de una sucesión de funciones diferenciables

Estoy luchando tratando de encontrar una secuencia de función real { F norte } norte tal que

  1. norte : F norte se define en un intervalo abierto y limitado ( a , b ) ;
  2. norte : F norte es diferenciable en todas partes (wrt X ) en ( a , b ) ;
  3. X 0 ( a , b ) tal que { F norte ( X 0 ) } norte converge;
  4. { F norte } norte es uniformemente convergente en ( a , b ) ;
  5. { F norte } norte no converge uniformemente en ( a , b ) .

Ahora, las condiciones 2), 3), 4) son suficientes para garantizar la convergencia puntual de { F norte } norte en ( a , b ) , digamos a una función F : ( a , b ) R , y la posibilidad de intercambiar límite con diferenciación en el sentido de que

X ( a , b ) : F ( X ) = límite norte F norte ( X ) .
Además, bajo esas mismas suposiciones, podemos tener una convergencia uniforme en cada subintervalo compacto de ( a , b ) . Mi objetivo es encontrar una secuencia de funciones que satisfaga todas esas cinco condiciones: supongo que el problema debe provenir de la apertura del dominio de las funciones que interfiere con la convergencia uniforme de las { F norte } norte : desafortunadamente, todos mis intentos fallaron, así que estoy aquí para pedirles ayuda para encontrar una secuencia como esa. ¿Algunas ideas?

Respuestas (1)

Siempre que el intervalo esté acotado, la convergencia uniforme de ( F norte ) debe sostener

Por el teorema del valor medio para todos X ( a , b ) existe ξ X entre X y X 0 tal que

F metro ( X ) F norte ( X ) = F metro ( X 0 ) F norte ( X 0 ) + [ F metro ( ξ X ) F norte ( ξ X ) ] ( X X 0 ) ,

y

sorber X ( a , b ) | F metro ( X ) F norte ( X ) | | F metro ( X 0 ) F norte ( X 0 ) | + sorber X ( a , b ) | F metro ( ξ X ) F norte ( ξ X ) | sorber X ( a , b ) | X X 0 | | F metro ( X 0 ) F norte ( X 0 ) | + ( b a ) sorber X ( a , b ) | F metro ( X ) F norte ( X ) |

Por convergencia puntual de ( F norte ( X 0 ) ) y convergencia uniforme de ( F norte ) en ( a , b ) podemos encontrar norte ( ϵ ) tal que el RHS es menor que ϵ para todos metro > norte > norte ( ϵ ) . Por lo tanto, F norte debe converger uniformemente en ( a , b ) (a pesar de que el intervalo está abierto).