《陶哲軒實分析》引理17 2 4證明 導數的唯一性

2022-02-10 17:53:49 字數 1789 閱讀 7609

設$e$是$\mathbf^n$的子集合,$f:e\to \mathbf^m$是函式,$x_0\in e$是$e$的內點,並設$l_1:\mathbf^n\to\mathbf^m$和 $l_2:\mathbf^n\to\mathbf^m$都是線性變換.假設$f$在$x_0$處可微,有導數$l_1$,也有導數$l_2$,則$l_1=l_2$.

證明:引理:

(線性逼近)見

根據引理,

\begin\label

f(x)=f(x_0)+l_1(x-x_0)+\epsilon_1(x)||x-x_0||

\end

且\begin\label

f(x)=f(x_0)+l_2(x-x_0)+\epsilon_2(x)||x-x_0||

\end

其中,當$x\to x_0$時,$\epsilon_1(x)\to 0,\epsilon_2(x)\to

0$.\ref-\ref可得

\begin

l_1(x-x_0)-l_2(x-x_0)=(\epsilon_2(x)-\epsilon_1(x))||x-x_0||

\end

即\begin\label

\lim_\frac=0

\end

現在,令$x-x_0=h=(h_1,\cdots,h_n)$,且線性對映$l_1$對應的矩陣為

\begin

\begin

p_&\cdots&p_\\

\vdots&\cdots&\vdots\\

p_&\cdots&p_\\

\end

\end

線性對映$l_2$對應的矩陣為

\begin

\begin

q_&\cdots&q_\\

\vdots&\cdots&\vdots\\

p_&\cdots&p_\\

\end

\end

則\ref式變為

\begin

\lim_\frac

p_-q_&\cdots&p_-q_\\

\vdots&\cdots&\vdots\\

p_-q_&\cdots&p_-q_\\

\end\begin

h_1\\

\vdots\\

h_n\\

\end}}=0

\end

即\begin\label

\lim_\frac

(p_-q_)h_1+\cdots+(p_-q_)h_n\\

\vdots\\

(p_-q_)h_1+\cdots+(p_-q_)h_n\\

\end}}=0

\end

易得,我們總可以想辦法,使得$h_1,h_2,\cdots,h_n$這$n$個數中,有乙個數不為0,而其餘的數都為0,同時讓$h\to 0$.

如果$l_1\neq l_2$,即存在$1\leq i\leq m$,$1\leq j\leq n$,使得$p_-q_\neq 0$,則我們讓$h_j\neq 0$,而讓 $h_1,\cdots,h_,h_,\cdots,h_n$都為0,則\ref變為

\begin

\lim_\frac

*\\\vdots\\

(p_-q_)h_j\\

\vdots\\

*\\\end}=0

\end

而我們知道,

\begin

\lim_\frac-q_)h_j}\neq 0

\end

這樣就匯出了矛盾.由此可見,$l_1\neq l_2$的假設是錯誤的,可見$l_1=l_2$.

陶哲軒實分析 引理7 1 4 證明

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