Всякая ли непрерывная функция имеет порядок обращения в нуль?

Я пытаюсь понять, как мы можем охарактеризовать рост непрерывных функций вокруг точки. Один конкретный способ сделать это — сравнить рост функций со степенью Икс следующее.

Для непрерывной функции ф : [ 0 , ) р определить его порядок обращения в нуль (при Икс "=" 0 ) быть числом 0 α такой, что

лим Икс 0 ( ф ( Икс ) Икс α ) "=" γ { 0 ±
то есть α поэтому указанный выше предел определен, конечен и не равен нулю.

В случае для функции ф ( Икс ) где ф ( Икс ) Икс н 0 н е [ 0 , ) определить порядок исчезновения ф ( Икс ) , а именно α , быть .

Например, с этими определениями α "=" когда ф ( Икс ) "=" опыт ( 1 Икс ) как тогда ф ( Икс ) будет расти медленнее, чем любая сила Икс вокруг Икс "=" 0 .

Мой вопрос : всегда ли существует порядок исчезновения для каждой непрерывной функции ф на [ 0 , ) ? т.е. эта величина хорошо определена?

Если нет, то есть ли дополнительные условия, которые я должен оговорить ф гарантировать существование?

Мои мысли по этому поводу следующие:

  1. Если такой α существует, он обязательно уникален, так как если β < α затем

    ф ( Икс ) Икс β "=" ф ( Икс ) Икс α Икс α β 0
    поскольку по предположению предел ф ( Икс ) Икс α конечно и не равно нулю. Следовательно β не может быть порядком исчезновения для ф . Точно так же, если β > α затем
    ф ( Икс ) Икс β "=" ф ( Икс ) Икс α 1 Икс β α ±
    снова, β не может быть порядком исчезновения ф . Следовательно, если α существует он уникален.

  2. Мы не можем иметь ф ( Икс ) Икс н ± н е [ 0 , ) Так как для н "=" 0 это будет означать ф ( 0 ) не конечный.

  3. Подозреваю существование такого α может иметь топологическое доказательство, может быть, мы можем разделить область α е [ 0 , ) на части С и л , т.е. [ 0 , ) "=" С л где

С "=" { α е [ 0 , ) | ф ( Икс ) Икс α ±  как  Икс 0 }

л "=" { α е [ 0 , ) | ф ( Икс ) Икс α 0  как  Икс 0 }

Возможно, это нарушает связь [ 0 , ) ?

Нет. Пусть ф ( Икс ) "=" Икс грех ( 1 / Икс )
@Justauser Вы должны преобразовать этот комментарий в ответ ...
Изменение переменных на 1 / Икс , изучение порядка обращения в нуль при 0 становится изучение скорости роста в . Г. Х. Харди написал книгу, в которой собрал работы XIX века по этой теме. Orders of Infinity, «Infinitärcalcül» Поля Дюбуа-Реймона (Кембридж, 1924). Я вижу, что на Amazon.com выставлено на продажу множество версий этого произведения. Вероятно, он есть в любой математической библиотеке.

Ответы (2)

Как я прокомментировал, ф ( Икс ) "=" Икс грех 1 Икс с расширенным определением ф ( 0 ) "=" 0 является контрпримером. Интуитивно мы можем захотеть ф ( Икс ) иметь 1 как порядок исчезновения.

Мы можем сделать это, определив порядок исчезновения как

Как дела { α : лим Икс 0 + ф ( Икс ) Икс α "=" 0 }

Обратите внимание, что в набор входит α "=" 0 (если предположить ф ( 0 ) "=" 0 , т.е. ф ( Икс ) действительно исчезает в 0 ), следовательно, непусто и Как дела существует (может быть ). Это определение явно совпадает с вашим, если оно существует.

Это определение эквивалентно следующему:

инф { α : лим суп Икс 0 + ф ( Икс ) Икс α "=" }

Если множество пусто, то инф понимается как .

Используя эти определения, г ( Икс ) построенный @Saucy O'Path имеет 0 как его порядок исчезновения.

Спасибо за ваш ответ, ваш пример очень четко демонстрирует, почему определение порядка исчезновения в вопросе не очень надежное. Если я правильно понимаю, то определение, которое вы дали, является надежным в том смысле, что даже если мы не можем найти мощность Икс что ф ( Икс ) исчезает, мы все еще можем назначить ф ( Икс ) приказ об исчезновении 0 или из-за Как дела в вашем определении?
Да. И даже если это не 0 или , Лимит ф ( Икс ) / Икс α может не существовать, как в вашем def. Но это не очень полезно. В общем, точно так же, как у нас могут быть ряды, сходящиеся сколь угодно быстро/медленно, мы также можем иметь ф ( Икс ) 0 произвольно быстро/медленно, что не обязательно сравнимо с какой-либо степенной функцией. (Если бы у нас было хорошее полезное определение порядка обращения в нуль, такое как ваше, то нам не понадобилось бы столько тестов на сходимость рядов или правило Лопиталя: мы просто сравниваем порядок их обращения в нуль и вычисляем γ .)
Спасибо за содержательный комментарий! Чтобы уточнить, в приведенном выше Как дела определение исчезновения вы говорите α "=" 0 находится в наборе, который составляет предел ф ( Икс ) / Икс α равно 0 . В случае α "=" 0 не становится ли предел просто пределом ф ( Икс ) что не в общем 0 ?
О, ты прав. Я думал только о ф ( Икс ) такой, что ф ( 0 ) "=" 0 , ибо в противном случае он не обращается в нуль при 0 , так что "порядок исчезновения" вводит в заблуждение, но, конечно, мы действительно можем включить ф ( Икс ) с ф ( 0 ) 0 .

г ( Икс ) "=" { 1 бревно | Икс | если  Икс 0 0 если  Икс "=" 0 удовлетворяет

лим Икс 0 | | Икс | α г ( Икс ) | "=" { если  α > 0 0 если  α "=" 0

Также предыдущий комментарий @Justauser предоставил еще один пример:
час ( Икс ) "=" { Икс грех 1 Икс , Икс 0 0 , Икс "=" 0
В таком случае
лим Икс 0 | час ( Икс ) | | Икс | α "=" { 0 , 0 α < 1 н . г . , α "=" 1 , α > 1