证明DDmDp在Ci中稠密;其中DmDp是二阶线性算子DDmDp为DmDp的定义域Ci表示定义域r0r1中的连续函数空间
首先,我们需要证明DmDp在Ci中是线性的。对于任意的f,g∈Ci,以及任意的k1,k2∈R,有:
DmDp(k1f + k2g) = Dp(Dm(k1f + k2g)) = Dp(k1Dm(f) + k2Dm(g)) = k1Dp(Dm(f)) + k2Dp(Dm(g)) = k1DmDp(f) + k2DmDp(g)
因此DmDp是线性的。
接下来,我们需要证明DmDp的定义域D(DmDp)在Ci中是稠密的。换句话说,对于任意的f∈Ci,存在一个序列{fn}⊆D(DmDp),使得{fn}收敛于f。
由于f∈Ci,因此f是在区间[r0,r1]上的连续函数。我们可以用一组分段多项式来逼近f。具体来说,我们可以将区间[r0,r1]分成n个小区间,每个小区间的长度为h=(r1-r0)/n。然后,我们可以在每个小区间上构造一个三次多项式,使得三次多项式在小区间两端的函数值和导数值与f在两端点的函数值和导数值相等。这样,我们就得到了一个分段三次多项式Pn(x),它在区间[r0,r1]上可以逼近f。
接下来,我们定义一个函数fn(x),它在每个小区间上等于Pn(x),且在相邻小区间的交界处满足以下条件:
fn(x)在小区间的两端点处的函数值和导数值与Pn(x)在两端点的函数值和导数值相等。
fn(x)在相邻小区间的交界处的函数值和导数值相等。
显然,fn(x)也是一个分段三次多项式,且在每个小区间上与Pn(x)相等。因此,我们有fn(x)∈D(DmDp)。
现在,我们证明{fn}收敛于f。由于fn(x)和f(x)在每个小区间上都相等,因此我们只需要证明在每个小区间上,{fn}收敛于f即可。
设[ai,ai+1]是区间[r0,r1]的一个小区间,h=(r1-r0)/n是小区间的长度。对于任意的x∈[ai,ai+1],我们有:
|fn(x) - f(x)| ≤ |Pn(x) - f(x)| + |Pn(x) - fn(x)|
由于Pn(x)可以逼近f(x),因此当n足够大时,|Pn(x) - f(x)|可以任意小。另外,由于fn(x)是一个分段三次多项式,且在每个小区间上等于Pn(x),因此|Pn(x) - fn(x)|也可以任意小。因此,当n足够大时,|fn(x) - f(x)|可以任意小。
综上所述,我们证明了DmDp在Ci中是线性的,并且D(DmDp)在Ci中是稠密的。因此,D(DmDp)在Ci中是稠密线性子空间,即D(DmDp)在Ci中是一个稠密的线性子空间
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