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> Propuesto suave
Fran.tgx
mensaje Jun 4 2020, 04:51 PM
Publicado: #11


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TEX:  si se tiene que existe una función $f$ infinitamente diferenciable tal que no "salga" de un rectangulo de vértices opuestos $x,y$ y $x',y'$ tal que $f(x)=y$ y $f(x')=y'$ con $f'(x)=0=f'(x')$ se podria pegar con funciones constantes, una igual a $y$ y la otra igual a $y'$ , no?

Mensaje modificado por Fran.tgx el Jun 5 2020, 12:14 AM
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hermite
mensaje Jun 6 2020, 07:40 AM
Publicado: #12


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CITA(Fran.tgx @ Jun 4 2020, 04:51 PM) *
TEX:  si se tiene que existe una función $f$ infinitamente diferenciable tal que no "salga" de un rectangulo de vértices opuestos $x,y$ y $x',y'$ tal que $f(x)=y$ y $f(x')=y'$ con $f'(x)=0=f'(x')$ se podria pegar con funciones constantes, una igual a $y$ y la otra igual a $y'$ , no?

No exactamente, pero te estas acercando. Esta construcción seria continua, pero las derivadas no necesariamente son continuas donde las pegas. Para esto tienes que pedir que todas las derivas de $f$ se anulen en los bordes donde la pegas con las constantes ( esto pues las derivadas de la constante se anulan).

Tal función existe, pero hay que demostrarlo, es básicamente toda la complicación del problema.
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Fran.tgx
mensaje Jun 7 2020, 06:31 PM
Publicado: #13


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Espero que este intento esté bien, pues estos problemas están rozando mi conocimiento en cálculo xd, algo que utilizaré será un resultado de aqui

TEX:  <br />Tomaremos cada intervalo de la forma $[n,n+1]$ para $n$ entero, como $\varphi$ es continua en cada uno de esos intervalos, entonces existe un mínimo en cada uno de ellos. La idea es que nuestra función $f$  en el intervalo $[n,n+2]$  sea <br /><br />$$f(x)= \left\{ \begin{array}{lcc}<br />             \varepsilon &   si  &  n \leq x \leq n+1 - \delta \\<br />             \\ g(x) &  si & n+1 - \delta \leq  x \leq n+1 + \delta  \\<br />             \\  \varepsilon ' &  si  &    n+1 + \delta \leq x \leq n+2 <br />             \end{array}<br />   \right.$$<br /><br />Donde $\varepsilon$ y $ \varepsilon '$ son constantes positivas menores que el mínimo de $\varphi$ en el intervalo [n,n+1] y [n+1, n+2] respectivamente, $\delta \in [0,1)$ donde  los puntos $ n+1 - \delta, \varepsilon$ y $n+1 + \delta, \varepsilon '$  son tales que la función $\varphi$ está acotando por arriba al rectángulo de vertices opuestos los ya mencionados y $g$ es una funcion suave tal que la derivada $n$-ésima evaluada en los bordes es $0$ (esta función está "dentro" del rectangulo anterior)<br /><br /><br />De esta forma, si hacemos lo anterior en todos los intervalos tendremos lo que queremos, pues así $0<f(x)< \varphi(x)$ y $f$ será suave.<br />\\<br /><br />Ahora probaré la existencia de $g$.<br /><br />sea $$h(x)= \left\{ \begin{array}{lcc}<br />             e^{-1/x} &   si  & x < 0 \\<br />             \\ 0 &  si & x\leq 0  \\<br />        <br />             \end{array}<br />   \right.$$<br /><br />$h$ es suave y las derivadas en $x \leq 0$ es 0 para todo orden.<br /><br />pongamos $Z(x)= h(1-x) h(x)$  como $h(x)$ es suave para todo $ x \in \mathbb R$  utilizando la fórmula de Leibniz podemos deducir $Z$ es suave y que las derivadas de $Z$ en 0 y 1 es 0 para todo orden.<br />Definamos $$\lambda(x) = \int_0^x Z(t) dt$$ ($Z$ es como un cerro, pues para $x \leq 0$ y $x \geq 1$  es $0$ y si $x \in (0,1)$ entonces $Z(x)>0$). Con ayuda del teorema fundamental del cálculo podemos decir que $\lambda$ es diferenciable y así deducir que es suave (Pues $Z$ lo es). $\lambda$ es $0$ para $ x \leq 0$ y una constante positiva para $x \geq 1$<br />\\<br /><br />si hacemos $S(x)=1 -  \dfrac{ \lambda(x)}{\lambda(1)}$, nuestra función será parecida a $g$ solo queda moldearla y conservará la suavidad.<br /><br />

PD: fue de gran ayuda un post en otro foro, así que esta demostración no es 100% idea mia.

Mensaje modificado por Fran.tgx el Jun 7 2020, 08:42 PM
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hermite
mensaje Jun 10 2020, 04:44 AM
Publicado: #14


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CITA(Fran.tgx @ Jun 7 2020, 06:31 PM) *
Espero que este intento esté bien, pues estos problemas están rozando mi conocimiento en cálculo xd, algo que utilizaré será un resultado de aqui

TEX:  <br />Tomaremos cada intervalo de la forma $[n,n+1]$ para $n$ entero, como $\varphi$ es continua en cada uno de esos intervalos, entonces existe un mínimo en cada uno de ellos. La idea es que nuestra función $f$  en el intervalo $[n,n+2]$  sea <br /><br />$$f(x)= \left\{ \begin{array}{lcc}<br />             \varepsilon &   si  &  n \leq x \leq n+1 - \delta \\<br />             \\ g(x) &  si & n+1 - \delta \leq  x \leq n+1 + \delta  \\<br />             \\  \varepsilon ' &  si  &    n+1 + \delta \leq x \leq n+2 <br />             \end{array}<br />   \right.$$<br /><br />Donde $\varepsilon$ y $ \varepsilon '$ son constantes positivas menores que el mínimo de $\varphi$ en el intervalo [n,n+1] y [n+1, n+2] respectivamente, $\delta \in [0,1)$ donde  los puntos $ n+1 - \delta, \varepsilon$ y $n+1 + \delta, \varepsilon '$  son tales que la función $\varphi$ está acotando por arriba al rectángulo de vertices opuestos los ya mencionados y $g$ es una funcion suave tal que la derivada $n$-ésima evaluada en los bordes es $0$ (esta función está "dentro" del rectangulo anterior)<br />De esta forma, si hacemos lo anterior en todos los intervalos tendremos lo que queremos, pues así $0<f(x)< \varphi(x)$ y $f$ será suave.<br />\\<br /><br />Ahora probaré la existencia de $g$.<br /><br />sea $$h(x)= \left\{ \begin{array}{lcc}<br />             e^{-1/x} &   si  & x < 0 \\<br />             \\ 0 &  si & x\leq 0  \\<br />        <br />             \end{array}<br />   \right.$$<br /><br />$h$ es suave y las derivadas en $x \leq 0$ es 0 para todo orden.<br /><br />pongamos $Z(x)= h(1-x) h(x)$  como $h(x)$ es suave para todo $ x \in \mathbb R$  utilizando la fórmula de Leibniz podemos deducir $Z$ es suave y que las derivadas de $Z$ en 0 y 1 es 0 para todo orden.<br />Definamos $$\lambda(x) = \int_0^x Z(t) dt$$ ($Z$ es como un cerro, pues para $x \leq 0$ y $x \geq 1$  es $0$ y si $x \in (0,1)$ entonces $Z(x)>0$). Con ayuda del teorema fundamental del cálculo podemos decir que $\lambda$ es diferenciable y así deducir que es suave (Pues $Z$ lo es). $\lambda$ es $0$ para $ x \leq 0$ y una constante positiva para $x \geq 1$<br />\\<br /><br />si hacemos $S(x)=1 -  \dfrac{ \lambda(x)}{\lambda(1)}$, nuestra función será parecida a $g$ solo queda moldearla y conservará la suavidad.<br /><br />

PD: fue de gran ayuda un post en otro foro, así que esta demostración no es 100% idea mia.


Bien, esa es la idea, lo considerare como resuelto, a pesar de que para mi gusto habría que hacer un poco mas rigurosamente la ultima parte sobre el 'moldeado', pero la idea esta perfecta. Sobre la PD, no hay nada de malo en inspirarse de otras partes para encontrar la solución al problema, si entiendes la idea y eres capas de replicarla con tus palabras eso ya es una ganancia y otros usuarios también pueden entender la idea.
Este tipo de construcción es la base, para un montón de otros argumentos donde uno necesita generar funciones suaves con cierta propiedad, en particular aproximar una función en cierto sentido por soluciones suaves.
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hermite
mensaje Jun 10 2020, 04:49 AM
Publicado: #15


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Ahora la pregunta natural seria, que pasa si uno pide que $f$ sea analítica ( es decir, que exista una expresión en seria de potencias al rededor de todo punto). Ninguna de las demostraciones comentadas aquí funcionarían puesto que uno no puede simplemente 'pegar' funciones analíticas, al menos que sean la misma función (en partícula, la única forma de pegar una constante con una analítica es la extensión constante). Tampoco existen particiones de la unidad analíticas por la misma razón. No tengo una respuesta a esto por el momento.
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Fran.tgx
mensaje Jun 10 2020, 12:39 PM
Publicado: #16


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Que buena, me demore harto en hacerlo xd.

Por si alguien se pregunta sobre el moldeado.


TEX: <br /><br />$ S $ tiene los puntos $0,1$ y $1,0$ y lo que podemos hacer es cambiar estos puntos digamos  $0,a$ y $b,0$ para esto la función sería $ \phi (x) = a \cdot S(\frac{1}{b} \cdot x)$ (con $ 0 \neq b$),  ya tenemos las dimensiones de la función en nuestro caso $a=  \varepsilon - \varepsilon' \geq 0 $ y $b=2 \delta $ (si $ \delta =0$ simplemente la función $g$ es constante) <br />. Ahora Falta desplazar la función  a los puntos $(n+1- \delta, \varepsilon)$ y $(n+1+ \delta, \varepsilon')$ y esa sería $g$, o sea $g(x)= \phi (x-(n+1- \delta)) + \varepsilon'$ (el otro punto coincidirá por las condiciones que hemos dado de  $a$ y $b$).<br /><br />Ahora si $\varepsilon< \varepsilon'$ es análogo, solo hay que cambiar los puntos $(0,1)$ y $(1,0)$ de $S$ por $(0,0)$ y <br /> $(1,1)$.<br /><br />Finalmente en el primer caso $g(x)= a \cdot S ( \frac{1}{2 \delta} (x-(n+1- \delta))) + \varepsilon' $ Donde $g$ es suave  y las derivadas evaluadas en $n+1-\delta$ de $g$ son $0$, igualmente cuando se evalúa $ n+1+ \delta $<br />

Interesante la extensión del problema, Aquí si que creo el problema se me va de las manos.

Saludos.

Mensaje modificado por Fran.tgx el Jun 10 2020, 12:44 PM
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mensaje Jun 10 2020, 01:15 PM
Publicado: #17


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Me rendi...

Pense en mollifiers pero convergen uniformemente en compactos...

Saludos
Claudio.


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Claudio Henriquez Tapia
Ingeniero Civil Matemático UTFSM y Prof. DMAT UTFSM
Candidato a Doctor en Estadística UC. Campus San Joaquin
Si todo sale bien, estaría defendiendo en Julio 2024.

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