令I=r0r1-∞≤r0<r1≤∞是R上的一个区间mx右连续单调递增定义Dmfx=d µfdmM-ae;令x ∈r0r1f是定义在x的领域的实函数;定理:令hx是r0r1的实函数Dmhx=0证明hx在r0r1是一个常数。
证明:
由于Dmh(x)=0,根据定义可知,对于任意的ε>0,存在δ>0,使得对于任意的y∈(x,x+δ),有:
|h(y)-h(x)|/|y-x| < ε
因为m(x)单调递增,所以对于任意的y∈(x,x+δ),有:
m(x) ≤ m(y) ≤ m(x+δ)
因此,对于任意的y∈(x,x+δ),有:
|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) < ε
令δ' = min{δ, (r1-x)/2},则对于任意的y,z∈(x,x+δ'),有:
|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) < ε
|h(z)-h(x)|/m(z)-m(x) < ε
将两式相减,并取绝对值,得到:
|(|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x)) - (|h(z)-h(x)|/m(z)-m(x))| < 2ε
因为m(x)单调递增,所以m(y)-m(x)≥0,m(z)-m(x)≥0,因此:
|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) - |h(z)-h(x)|/m(z)-m(x)| < 2ε
因此,对于任意的y,z∈(x,x+δ'),有:
|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) ≤ |h(z)-h(x)|/m(z)-m(x)| + 2ε
令y=x+δ'/2,z=x+δ'/2,则:
|h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ'/2)-m(x) ≤ |h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ')-m(x) + 2ε
因为m(x)单调递增,所以m(x+δ'/2)-m(x)≥0,m(x+δ')-m(x)≥0,因此:
|h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ'/2)-m(x) - |h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ')-m(x)| < 2ε
因此:
|h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ'/2)-m(x) ≤ |h(x+δ'/2)-h(x)|/m(x+δ')-m(x)| + 2ε
因为h(x)是右连续的,所以存在一个从右侧逼近x的数列{x_n},使得x_n→x,并且h(x_n)→h(x)(n→∞)。因此,对于任意的n∈N,存在一个δ'_n,使得对于任意的y,z∈(x_n,x_n+δ'_n),有:
|h(y)-h(x_n)|/m(y)-m(x_n) < 1/n
因为{x_n}从右侧逼近x,所以δ'_n→0(n→∞)。因此,对于任意的ε>0,存在一个N,使得当n>N时,有:
δ'_n < min{δ, (r1-x)/2}
因此,对于任意的n>N,有:
|h(x+δ'_n/2)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x) ≤ |h(x+δ'_n/2)-h(x_n)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| + |h(x_n)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| + 2/n
因为m(x)单调递增,所以m(x+δ'_n/2)-m(x)≥0,m(x+δ'_n)-m(x)≥0,因此:
|h(x+δ'_n/2)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x) - |h(x+δ'_n/2)-h(x_n)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| ≤ |h(x_n)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| + 2/n
因此,当n>N时,有:
|h(x+δ'_n/2)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x) ≤ |h(x_n)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| + |h(x_n)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x_n)| + 2/n
因为h(x)是右连续的,所以h(x_n)→h(x)(n→∞),因此:
|h(x+δ'_n/2)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x) ≤ 4/n
因为n是任意的正整数,所以:
|h(x+δ'_n/2)-h(x)|/m(x+δ'_n/2)-m(x) → 0 (n→∞)
因此:
lim(y→x+)|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) = 0
因为h(x)是右连续的,所以:
lim(y→x-)|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) = 0
因此,对于任意的x∈(r0,r1),有:
lim(y→x)|h(y)-h(x)|/m(y)-m(x) = 0
因此,根据L'Hôpital法则,可得:
lim(y→x)|h(y)-h(x)| = 0
因此,h(x)在(r0,r1)是一个常数。证毕
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