Due teoremi

Messaggioda CaMpIoN » 23/07/2014, 14:14

Il mio libro accenna il seguente teorema:
Se una funzione è monotòna e continua in un'intervallo allora anche la sua inversa è continua.

Dice che si dimostra tale teorema, ma non trovo niente in giro sul web che parli di questo teorema ed ovviamente nulla riguardo alla dimostrazione.

Il teorema dei valori intermedi per una funzione $f$ dice che la funzione deve essere continua, ma questo per deduzione o perché la dimostrazione sfrutta il teorema degli zeri in cui la funzione deve essere per forza continua?
Vi sono grato in anticipo per le risposte :). Buona giornata.
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Re: Due teoremi

Messaggioda Epimenide93 » 23/07/2014, 18:01

CaMpIoN ha scritto:Il mio libro accenna il seguente teorema:
Se una funzione è monotòna e continua in un'intervallo allora anche la sua inversa è continua.

Dice che si dimostra tale teorema, ma non trovo niente in giro sul web che parli di questo teorema ed ovviamente nulla riguardo alla dimostrazione.

Puoi trovare una dimostrazione ad esempio su Prodi - Analisi Matematica pp. 190, 191.

CaMpIoN ha scritto:Il teorema dei valori intermedi per una funzione $f$ dice che la funzione deve essere continua, ma questo per deduzione o perché la dimostrazione sfrutta il teorema degli zeri in cui la funzione deve essere per forza continua?

Non capisco cosa intendi per deduzione, comunque è un'ipotesi del teorema, se l'ipotesi non è soddisfatta si possono trovare dei controesempi.
\( \displaystyle \mathbb{C}^{*} \! \cong \mathbb{R}^{+} \! \times \mathbb{R} / \mathbb{Z} \)

\( \displaystyle {\rm Hom}(A \otimes B, C) \cong {\rm Hom}(A, {\rm Hom}(B,C)) \)

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Re: Due teoremi

Messaggioda CaMpIoN » 23/07/2014, 22:54

Quindi il teorema è giusto? mi basta sapere questo per ora perché il problema è che non trovo nulla sul web, di solito si trova sempre qualcosa, e volevo almeno avere un'idea di cosa cercare..

Epimenide93 ha scritto:...
Non capisco cosa intendi per deduzione, comunque è un'ipotesi del teorema, se l'ipotesi non è soddisfatta si possono trovare dei controesempi.

Il teorema dei valori intermedi (definizione di wikipedia) dice che avendo una funzione continua $f: [a,b] \to \mathbb{R}$, sia $f(a)<f(b)$ o $f(a)>f(b)$ allora la funzione assume tutti valori compresi tra $f(a)$ ed $f(b)$.
Praticamente se ho un $y_0 \in f([a,b])$, esiste un $x_0 \in [a,b]$ tale che $y_0=f(x_0)$.
Perché la funzione deve essere continua? Non può accadere quella situazione anche se la funzione non è continua?

Riguardo alla deduzione mi correggo: leggendo il teorema, credevo che $\forall x \in [a,b] \quad f(x) \in f([a,b])$. Invece è il contrario in quanto su wikipedia stesso vi è una rappresentazione grafica che mostra che non tutti gli $x \in [a,b]$ cadono in $f([a,b])$.
Allora correggo la domanda: la funzione è considerata continua perché nella dimostrazione si utilizza il teorema degli zeri (teorema di Bolzano) che è un teorema basato sulle funzioni continue?
Grazie per la risposta, spero che si capisca ciò che intendo dire..
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Re: Due teoremi

Messaggioda Epimenide93 » 23/07/2014, 23:26

CaMpIoN ha scritto:Quindi il teorema è giusto?

Sì.

CaMpIoN ha scritto:Non può accadere quella situazione anche se la funzione non è continua?

Infatti il teorema esprime una condizione sufficiente, non una necessaria.

CaMpIoN ha scritto:la funzione è considerata continua perché nella dimostrazione si utilizza il teorema degli zeri (teorema di Bolzano) che è un teorema basato sulle funzioni continue?

Il teorema dei valori intermedi si può dimostrare anche senza passare per il teorema degli zeri. Serve l'ipotesi di continuità perché se la funzione non è continua in generale il teorema non vale.
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Re: Due teoremi

Messaggioda CaMpIoN » 23/07/2014, 23:47

Perché non vale?
Forse perché può esistere un punto dell'intervallo $f([a,b])$ per cui non si ha nessuna controimmagine corrispondente, il che deve esistere per forza per il teorema?
Questo equivale a dire che la funzione è suriettiva in $f([a,b])$?
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Re: Due teoremi

Messaggioda Epimenide93 » 23/07/2014, 23:53

CaMpIoN ha scritto:può esistere un punto dell'intervallo $f([a,b])$ per cui non si ha nessuna controimmagine corrispondente, il che deve esistere per forza per il teorema

Precisamente. Sei in grado di fornirmi esplicitamente un esempio di funzione non continua che non soddisfa l'enunciato del teorema?

CaMpIoN ha scritto:Questo equivale a dire che la funzione è suriettiva in $f([a,b])$?

Il teorema implica che la funzione sia suriettiva in \(f([a,b])\) (si parla di equivalenza solo nel caso di doppia implicazione).
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Re: Due teoremi

Messaggioda CaMpIoN » 24/07/2014, 00:01

Può essere questa definita a tratti:
\(\displaystyle f(x)=\left \{
\begin{array}{lc}
3x+2 & 2\leq x\leq 8\\
x^2 & 10\leq x\leq 20
\end{array}
\right.
\)
La funzione è del tipo $f: [2,20] \to [8,400]$ ed è discontinua in tutti i punti dell'intervallo $]8,10[$, quindi esistono punti di $[8,400]$ per cui non ci sono controimmagini corrispondenti, cioè non è suriettiva in $[8,400]$.
giusto?
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Re: Due teoremi

Messaggioda Epimenide93 » 24/07/2014, 00:14

No, qui c'è un problema, quella funzione non è proprio definita in \(]8,10[\), quindi non è una funzione \([2,20] \to [8,400]\) ed in particolare non è una funzione definita su un intervallo. Hai trovato un controesempio, ma facendo cadere un'ipotesi diversa da quella che stavamo discutendo.
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Re: Due teoremi

Messaggioda CaMpIoN » 24/07/2014, 01:40

Penso di averla trovata:
\(\displaystyle f(x)=\frac{x}{|x|}+x \)
La funzione, se non sbaglio per l'ennesima volta, ha un punto di discontinuità in $0$: $0$ infatti non appartiene al dominio della funzione e quindi non può essere un punto isolato, è però un punto di accumulazione per il dominio e per questo si potrebbe calcolare il limite nel punto. I limiti destro e sinistro in $0$ sono però diversi, quindi il limite in $0$ non esiste pertanto la funzione è discontinua nel punto.

A questo punto restringiamo il dominio in $[-3,3]$ si ha una funzione del tipo $f: [-3,3] \to [-4,4]$.
La funzione è quindi discontinua nell'intervallo $[-3,3]$ ed inoltre esistono punti di $[-4,4]$ per cui non si hanno controimmagini corrispondenti, ad esempio il punto $\frac{1}{2}$.
Giusto? Se è giusto ora mi è ben chiaro perché la funzione deve essere continua nell'intervallo, infatti è per la discontinuità nel punto $0$ che si hanno dei "buchi" nell'intervallo $[-4,4]$.
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Re: Due teoremi

Messaggioda Epimenide93 » 24/07/2014, 12:19

Va bene quasi tutto. Solo, perché le tue considerazioni siano corrette (ovvero perché la funzione sia definita su tutto il dominio) devi scegliere un valore in cui mandare lo \(0\), perché per ora in \(0\) la funzione non solo è discontinua, ma non è proprio definita. Per il resto ci siamo.
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