CHiF_wyklad_02_2013.pdf

(87 KB) Pobierz
Wykład2
Kaskadygenerowaneprzezfunkcje
ci¡głezmiennejrzeczywistej
2.1WnioskiztwierdzeniaDarboux
Twierdzenie 1 (Darboux) . NiechI R b¦dzieprzedziałemif : I ! R b¦dziefunkcj¡ci¡gł¡.
Je»elia,b 2 Is¡takimiliczbami,»ea<biy 2 R jestliczb¡le»¡c¡wprzedzialeoko«cachf ( a ) i
f ( b ) ,toistniejetakaliczbac 2 [ a,b ] ,»ef ( c ) = y.
Wniosek 1. Je»elif :
[ a,b ] ! R jestfunkcj¡ci¡gł¡if ( a ) f ( b ) < 0 ,toistniejetakaliczba
c 2 [ a,b ] ,»ef ( c ) = 0 .
Twierdzenie 2. NiechI = [ a,b ] R b¦dzieprzedziałemif : I ! Ib¦dziefunkcj¡ci¡gł¡.
Wówczas Fix( f ) 6 = ; .
Dowód polega na zastosowaniu wniosku 1 do funkcji g ( x ) = f ( x ) x .
Twierdzenie 3. NiechI = [ a,b ] R b¦dzieprzedziałemif : I ! R b¦dzietak¡funkcj¡ci¡gł¡,
»eI f [ I ] .Wówczas Fix( f ) 6 = ; .
Dowód polega na zastosowaniu wniosku 1 do funkcji g ( x ) = f ( x ) x , x 2 [ c,d ], gdzie c i d
takimi liczbami z przedziału [ a,b ], »e f ( c ) = a i f ( d ) = b .
2.2TwierdzeniaLi-Yorke’aiSzarkowskiego
Twierdzenie 4 (Li-Yorke 1975) . Je»elif :R ! R jestfunkcj¡ci¡gł¡tak¡,»e Per 3 ( f ) 6 = ; ,to
Per n ( f ) 6 = ; dlaka»dejliczbynaturalnejn.
Przykład 1 . Funkcja f ( x ) = 3 2 x 2 + 5 2 + 1, x 2 R, ma orbit¦ okresow¡ { 0 , 1 , 2 } o długo±ci 3, a
wi¦c Per 3 ( f ) 6 = ; . Wobec twierdzenia Li-Yorke’a wynika st¡d, »e funkcja f ma punkty okresowe o
dowolnych okresach podstawowych.
1
Definicja 1. Porz¡dkiemSzarkowskiego nazywamy porz¡dek w zbiorze liczb naturalnych zdefi-
niowany nast¦pujaco:
3 5 7 ...
2 · 3 2 · 5 2 · 7 ...
2 2 · 3 2 2 · 5 2 2 · 7 ...
...
2 n · 3 2 n · 5 2 n · 7 ...
...
... 2 3 2 2 2 1 .
Twierdzenie 5 (Szarkowski 1964) . Niechf :R ! R in,m 2 N .Je»eli Per n ( f ) 6 = ; orazn m,
to Per m ( f ) 6 = ; .
Uwaga 1 . Poniewa» dla ka»dej liczby naturalnej n 6 = 3 zachodzi warunek: 3 n , wi¦c twierdzenie
Li-Yorke’a jest natychmiastowym wnioskiem z twierdzenia Szarkowskiego.
Uwaga 2 . Twierdzenie Szarkowskiego jest prawdziwe tak»e dla funkcji ci¡głych f : I ! I , gdzie
I = [ a,b ] jest zwartym przedziałem wR. Mo»na si¦ o tym przekona¢ rozwa»aj¡c przedłu»enie
f 0 :R ! Rfunkcji f naRzdefiniowane nast¦puj¡co:
8
> > > > <
f ( a )
dla x<a,
f 0 ( x ) =
f ( x )
dla x 2 [ a,b ] ,
> > > > :
f ( b )
dla x>b.
2.3Zbiorystabilne
Definicja 2. Niech f :R ! Rb¦dzie funkcj¡ ci¡gł¡ i p 2 Rb¦dzie punktem okresowym o okresie
podstawowym k . Zbioremstabilnym punktu p nazywamy zbiór
W s ( p ) = { x 2 R:
n !1 f nk ( x ) = p } .
lim
Zbioremstabilnymniesko«czono±ci nazywamy zbiór
W s ( 1 ) = { x 2 R:
n !1 | f n ( x ) | = 1} .
lim
Przykład 2 . Rozwa»my funkcj¦ f ( x ) = x 3 , x 2 R. Łatwo stwierdzi¢, »e: Fix( f ) = { 0 } , Per 2 ( f ) =
{− 1 , 1 } oraz Per n ( f ) = ; dla n> 2. Korzystaj¡c z jawnego wzoru
f n ( x ) = ( 1) n x 3 n dla x 2 R
stwierdzamy, »e:
(i) je»eli | x | < 1, to lim n !1 f n ( x ) = 0,
(ii) je»eli | x | > 1, to lim n !1 | f n ( x ) | = 1 ,
2
(iii) f 2 n ( 1) = 1 oraz f 2 n (1) = 1.
Wynika st¡d, »e
W s (0) = ( 1 , 1) , W s ( 1 ) = ( −1 , 1) [ (1 , 1 ) , W s ( 1) = {− 1 } , W s (1) = { 1 } .
Twierdzenie 6. Je»elipiqs¡ró»nymipunktamiokresowymikaskadygenerowanejprzezci¡gł¡
funkcj¦f :R ! R ,toW s ( p ) \ W s ( q ) = ; .
3
Zgłoś jeśli naruszono regulamin