Кіріспе
Математикада Кантор функциясы – үздіксіз, бірақ абсолютті үздіксіз емес функцияның мысалы. Бұл талдаудағы белгілі бір қарсы мысал, себебі ол үздіксіздік, туынды және өлшем туралы қарапайым түсініктерге күдік тудырады. Ол әр жерде үздіксіз болса да және дерлік барлық жерде нөлдік туындыға ие болса да, оның мәні аргументі 0-ден 1-ге дейін өскенде 0-ден 1-ге дейін өзгереді. Осылайша, бір жағынан функция өспейтін тұрақты функция сияқты көрінеді, ал екінші жағынан, ол монотонды түрде өседі. Оны Кантор үштік функциясы, Лебег функциясы, Лебегтің ерекше функциясы, Кантор-Витали функциясы, «Шайтанның баспалдағы», Кантор баспалдақ функциясы және Кантор-Лебег функциясы деп те атайды. Кантор функциясын енгізді және Шеффердің оның Харнак ұсынған математикалық есептеудің негізгі теоремасын кеңейтуге қарсы мысал екенін көрсеткенін атап өтті. Кантор функциясы талқыланды және тарап кетті , және .
In mathematics, the Cantor function is an example of a function that is continuous, but not absolutely continuous. It is a notorious counterexample in analysis, because it challenges naive intuitions about continuity, derivative, and measure. Though it is continuous everywhere and has zero derivative almost everywhere, its value still goes from 0 to 1 as its argument reaches from 0 to 1. Thus, in one sense the function seems very much like a constant one which cannot grow, and in another, it does indeed monotonically grow. It is also called the Cantor ternary function, the Lebesgue function, Lebesgue's singular function, the Cantor–Vitali function, the Devil's staircase, the Cantor staircase function, and the Cantor–Lebesgue function. introduced the Cantor function and mentioned that Scheeffer pointed out that it was a counterexample to an extension of the fundamental theorem of calculus claimed by Harnack. The Cantor function was discussed and popularized by , and .
Қасиеттері
Кантор функциясы үздіксіздік және өлшем туралы қарапайым түсініктерге қарсы келеді; ол әр жерде үздіксіз болса да және дерлік әр жерде нөлдік туындысы болса да, x 0-ден 1-ге дейін өзгерегенде 0-ден 1-ге дейін өзгереді және аралықтағы барлық мәндерді қабылдайды. Кантор функциясы – біркелкі үздіксіз (дәлірек айтқанда, ол α = log 2 / log 3 көрсеткішімен Hölder үздіксіздігіне ие) бірақ толық үздіксіз емес нақты функцияның ең көп айтылатын мысалы. Ол (0.x1x2x3…xn022222, 0.x1x2x3…xn200000) түріндегі аралықтарда тұрақты, ал Кантор жиынына жатпайтын әрбір нүкте осы аралықтардың бірінде орналасқандықтан, оның туындысы Кантор жиынынан тыс жерде 0-ге тең. Екінші жағынан, ол жоғарыда сипатталған аралық шектерін қамтитын Кантор жиынының санауға келмейтін ішкі жиынының кез келген нүктесінде туындысы жоқ. Кантор функциясын Кантор жиынында қолданылатын 1/2 1/2 Бернулли өлшемі μ-дің жиынтық ықтималдық үлестіру функциясы ретінде де қарастыруға болады: Кантор үлестірімі деп аталатын бұл ықтималдық үлестірімі дискретті бөлікке ие емес. Яғни, сәйкес өлшем атомсыз. Сондықтан функцияда секірістік үзілістер жоқ; мұндай кез келген секіріс өлшемдегі атомға сәйкес келеді. Дегенмен, Кантор функциясының тұрақты емес бөлігін ықтималдық тығыздық функциясының интегралы ретінде көрсету мүмкін емес; кез келген интервал бойынша дерлік әр жерде нөлдік емес кез келген ықтималдық тығыздық функциясын интегралдау осы үлестірілім нөлдік ықтималдық тағайындаған кейбір интервалға оң ықтималдық береді. Атап айтқанда, көрсетілгендей, функция өзінің туындысының интегралы емес, тіпті туынды дерлік әр жерде болса да. Кантор функциясы – сингулярлы функцияның стандартты мысалы. Кантор функциясы – шектеулі өзгеріске ие функцияның стандартты мысалы, бірақ жоғарыда айтылғандай, толық үздіксіз емес. Алайда, кез келген толық үздіксіз функция шектеулі өзгеріспен үздіксіз болады. Кантор функциясы кемдемес, сондықтан оның графигі түзетілетін қисықты анықтайды. Оның графигінің ұзындығы 2 екені көрсетілді. Кез келген кемдемес функцияның графигінің ұзындығы 2-ден аспайтынын ескеріңіз. Осы мағынада Кантор функциясы экстремалды.
Абсолюттік сабақтастықтың болмауы
Сансыз шексіз Кантор жиынының Лебег өлшемі 0 болғандықтан, кез келген оң ε < 1 және δ үшін, жалпы ұзындығы < δ болатын, бір-бірімен қиыспайтын шекті кіші аралықтар тізбегі табылады, онда Кантор функциясы жиынтығында ε-дан артық өседі. Шындығында, кез келген δ > 0 үшін, бір-бірімен қиыспайтын (xk, yk) аралықтарының шекті саны бар (1 ≤ k ≤ M), мұндағы және .
Фракталды көлем
Кантор функциясы Кантор жиынымен тығыз байланысты. Кантор жиыны C [0, 1] аралығындағы, үштік санау жүйесіндегі разбасында 1 цифрын қамтымайтын сандар жиыны ретінде анықталады, егер 1-нен кейін тек 0-дер ғана келсе (онда 1000 тізбегін 0222-мен алмастыруға болады, осылайша 1-ді жоюға болады). Кантор жиыны – (саны санауға келмейтін) шексіз көп нүктелері (нөлдік көлем) бар, бірақ ұзындығы нөлге тең (бір өлшемді көлем) болатын фрактал екені анықталды. Тек D өлшемді көлем (Хаусдорф өлшемі түсінігінде) шекті мәнге ие, мұнда D – C фракталының өлшемі. Кантор функциясын Кантор жиынының қималарының D өлшемді көлемі ретінде де анықтауға болады.