\implies\abs{f_1(x) - f_1(\xbar)}, \abs{f_2(x) - f_2(\xbar)}\leq\eps$(per ogni $\eps > 0$, si prende $\delta = \min\{\delta_1, \delta_2\}$, ossia il minimo delle semilunghezze degli intorni
di $\xbar$). Allora $\abs{f(x)- f(\xbar)}\leq
\implies\abs{f_1(x) - f_1(\xbar)}$, $\abs{f_2(x) - f_2(\xbar)}\leq\eps$(per ogni $\eps > 0$, è infatti sufficiente considerare $\delta = \min\{\delta_1, \delta_2\}$, ossia il minimo delle semilunghezze degli intorni
di $\xbar$ rispetto a $f_1$ ed $f_2$). Allora, per la
\eps\abs{f_1(\xbar)} + \eps^2}_{\eps'}$. Poiché $\eps' \tends{\eps\to 0^+} 0$, si conclude che $\abs{f_1(x) f_2(x) - f_1(\xbar) f_2(\xbar)} = \abs{e}\leq\eps'\implies f_1(x)f_2(x)$ continua
\eps\abs{f_1(\xbar)} + \eps^2}_{\eps'}$. Poiché $\eps' \tends{\eps\to 0^+} 0$, si ricava che $\forall\eps > 0$, $\exists\delta > 0 \mid\abs{x - \xbar} < \delta\implies\abs{f_1(x) f_2(x) - f_1(\xbar) f_2(\xbar)} = \abs{e}\leq\eps'$, ossia si conclude che $f_1 f_2$ è continua
in $\xbar$.
\end{enumerate}
\end{proof}
@ -259,38 +282,38 @@
f_2(x) &\text{altrimenti}.
\end{cases}\]
\vskip 0.05in
\vskip 0.1in
Si dimostrano allora i due risultati separatamente. \\
Si dimostrano ora i due risultati separatamente. \\
\begin{enumerate}[(i)]
\item Si definisce $\widetilde{f_1+ f_2} : X \cup\{\xbar\}\to\RRbar$ nel seguente modo:
\[\widetilde{f_1+ f_2}(x)=\system{L_1+ L_2&\text{se } x =\xbar, \\ f_1(x)+ f_2(x)&\text{altrimenti}.}\]
La somma $L_1+ L_2$ è ben definita dacché sia $L_1$ che $L_2$ sono elementi di $\RR$.
Si osserva che la somma $L_1+ L_2$ è ben definita dacché sia $L_1$ che $L_2$ sono elementi di $\RR$.
Poiché da una proposizione precedente $\tilde{f_1}$ e $\tilde{f_2}$ sono continue in $\xbar$, $\tilde{f_1}+\tilde{f_2}$ è continua anch'essa in $\xbar$. È sufficiente allora dimostrare che $\widetilde{f_1+ f_2}=
\tilde{f_1} + \tilde{f_2}$, e si conclude che $\widetilde{f_1 + f_2}$ è dunque continua in $\xbar$, ossia
\tilde{f_1} + \tilde{f_2}$, e dunque si conclude che $\widetilde{f_1 + f_2}$ è continua in $\xbar$, ossia
che $(f_1+ f_2)(x)= f_1(x)+ f_2(x)\tendsto{\xbar} L_1+ L_2$.
\item Si definisce, analogamente a prima, $\widetilde{f_1 f_2} : X \cup\{\xbar\}\to\RRbar$ nel seguente modo:
\[\widetilde{f_1 f_2}(x)=\system{L_1 L_2&\text{se } x =\xbar, \\ f_1(x) f_2(x)&\text{altrimenti}.}\]
Il prodotto $L_1 L_2$ è ben definito dacché sia $L_1$ che $L_2$ sono elementi di $\RR$.
Come prima, si osserva che il prodotto $L_1 L_2$ è ben definito dacché sia $L_1$ che $L_2$ sono elementi di $\RR$.
Poiché da una proposizione precedente $\tilde{f_1}$ e $\tilde{f_2}$ sono continue in $\xbar$, $\tilde{f_1}\tilde{f_2}$ è continua anch'essa in $\xbar$. È sufficiente allora dimostrare che $\widetilde{f_1 f_2}=
\tilde{f_1}\tilde{f_2}$. Se $x \neq\xbar$, $\widetilde{f_1 f_2}(x) = f_1(x) f_2(x) = \tilde{f_1}(x) \tilde{f_2}(x) = (\tilde{f_1}\tilde{f_2})(x)$. Se invece $x = \xbar$, $\widetilde{f_1 f_2}(x) = L_1 L_2 =
\tilde{f_1}(x) \tilde{f_2}(x) = (\tilde{f_1}\tilde{f_2})(x)$. Quindi $\widetilde{f_1 f_2} =
\tilde{f_1}\tilde{f_2}$, e si conclude che $\widetilde{f_1 f_2}$ è dunque continua in $\xbar$, ossia
\tilde{f_1}\tilde{f_2}$, da cui si conclude che $\widetilde{f_1 f_2}$ è anch'essa continua in $\xbar$, ossia
che $(f_1 f_2)(x)= f_1(x) f_2(x)\tendsto{\xbar} L_1 L_2$.
\end{enumerate}
\end{proof}
\begin{definition}
(intorno destro e sinistro) Se $\xbar\in\RR$, si dicono
\textbf{intorni destri} gli intervalli della forma $[\xbar, \xbar+\eps]$ con
\textbf{intorni destri}di $\xbar$gli intervalli della forma $[\xbar, \xbar+\eps]$ con
$\eps > 0$. Analogamente, gli \textbf{intorni sinistri} sono gli
intervalli della forma $[\xbar-\eps, \xbar]$.
\end{definition}
@ -304,17 +327,20 @@
\begin{definition}
(limite destro e sinistro) Sia $\xbar$ un punto di accumulazione
destro di $X$. Allora $\lim_{x \to\xbar^+} f(x)= L\defiff\forall I$
destro di $X$. Allora si dice che $f$ ammette un \textbf{limite destro}$L$ in $\xbar$, $\lim_{x \to\xbar^+} f(x)= L$, se e solo se $\forall I$
intorno di $L$, $\exists J$ intorno destro di $\xbar$ tale che
$f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$. Analogamente si definisce
il limite sinistro.
il \textbf{limite sinistro}: $\lim_{x \to\xbar^-} f(x)= L \defiff\forall I$
intorno di $L$, $\exists J$ intorno sinistro di $\xbar$ tale che
$f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$.
\end{definition}
\begin{definition}
(continuità destra e sinistra) Sia $\xbar\in X$. Allora $f$ è continua
a destra in $\xbar$ se e solo se $\forall I$ intorno di $f(\xbar)$,
$\exists J$ intorno destro di $\xbar$ tale che $f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$. Analogamente si definisce la continuità
a sinistra di $f$.
(continuità destra e sinistra) Sia $\xbar\in X$. Allora $f$ è \textbf{continua
a destra} in $\xbar$ se e solo se $\forall I$ intorno di $f(\xbar)$,
$\exists J$ intorno destro di $\xbar$ tale che $f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$. Analogamente si dice che $f$ è \textbf{continua a sinistra} su $\xbar$ se e solo se $\forall I$ intorno
di $f(\xbar)$, $\exists J$ intorno sinistro di $\xbar$ tale che
$f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$.
\end{definition}
\begin{remark}
@ -334,25 +360,29 @@
\begin{proposition}
Sia $f : X \to\RRbar$ monotona e sia $\xbar$ un punto di
accumulazione destro di $X$. Allora esiste $\lim_{x \to\xbar^+} f(x)$.
Analogamente esiste da sinistra se $\xbar$ è un punto di
Analogamente esiste il limite sinistro se $\xbar$ è invece un punto di
accumulazione sinistro di $X$.
\end{proposition}
\begin{proof}
Senza perdità di generalità, si assuma $f$ crescente (per il caso decrescente è sufficiente considerare
$g(x)=-f(x)$) Si consideri l'insieme:
$g=-f$). Si consideri allora l'insieme:
\[E =\{ f(x)\mid x > \xbar\text{ e } x \in X \}.\]
\[E =\{ f(x)\mid x > \xbar\E x \in X \}.\]
\vskip 0.05in
Si consideri adesso $L =\inf E$ e un suo intorno $I$. Se non
esistesse un intorno destro $J$ di $\xbar$ tale che $f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$, allora
$\sup I$ sarebbe un minorante di $E$ maggiore di $L$, \Lightning. Quindi tale $J$ esiste, da cui la tesi.
Analogamente per il caso sinistro.
esistesse $x > \xbar$ tale che $f(x)\in I$, $\sup I$ sarebbe
un minorante di $E$ maggiore\footnote{Infatti $f(x)\geq L$ dacché è $L$ è un minorante di $E$, da cui $f(x)\notin I \implies
f(x) > \sup I$.} di $L$, \Lightning. Quindi esiste
$x > \xbar\mid f(x)\in I$, e dal momento che $f$ è
crescente, l'intorno destro $J$ di $\xbar$ di raggio $x -\xbar$ sarebbe
tale che $f(J \cap X \setminus\{\xbar\})\subseteq I$, da cui la tesi.
\end{proof}
%TODO: migliorare dimostrazione
\begin{example} (funzione discontinua in ogni punto di $\RR$) Si consideri la funzione $f : \RR\to\RR$ definita
\begin{example} (funzione discontinua in ogni punto di $\RR$) Si consideri la funzione\footnote{Tale funzione è detta \textit{funzione di Dirichlet},
in onore al matematico tedesco Peter Dirichlet (1805 -- 1859).}$f : \RR\to\RR$ definita
in nessun punto di $\RR$. Sia infatti $\xbar\in\RR\setminus\QQ$. Dal momento che $\QQ$ è denso
in $\RR$, $\xbar$ è un punto di accumulazione di $\QQ$, e quindi esiste una successione $(x_n)\subseteq\QQ$
tale che $x_n \tendston\xbar$. Se $f$ fosse continua in $\xbar$, $\lim_{n \to\infty} f(x_n)=0$,
ma per l'intorno $I =[-\frac{1}{2}, \frac{1}{2}]$ non esiste alcun $n_k$ tale per cui $f(x_n)\in I$$\forall n
ma per l'intorno $I =[0-\frac{1}{2}, 0+\frac{1}{2}]$ di $0$ non esiste alcun $n_k$ tale per cui $f(x_n)\in I$$\forall n
\geq n_k$, dal momento che, per definizione di $f$, $f(x_n) = 1$$\forall n \in\NN$. Quindi $f$ non è continua
in nessun $\xbar\in\RR\setminus\QQ$. \\
Sia ora $\xbar\in\QQ$. $\xbar$ è un punto di accumulazione di $\RR\setminus\QQ$ (si può infatti
considerare la successione $(x_n)\subseteq\RR\setminus\QQ$ definita da $x_n =\xbar+\frac{\sqrt{2}}{n}$,
che è tale che $x_n \tendston\xbar$). Analogamente a come visto prima, allora, per l'intorno $I =[\frac{1}{2}, \frac{3}{2}]$, $f(x_n)\notin I$$\forall n \in\NN$, e quindi $f$ non è continua neanche su $\xbar\in\QQ$.
che è tale che $x_n \tendston\xbar$). Analogamente a come visto prima, allora, per l'intorno $I =[1-\frac{1}{2}, 1+\frac{1}{2}]$ di $1$, $f(x_n)\notin I$$\forall n \in\NN$, e quindi $f$ non è continua neanche su $\xbar\in\QQ$, ossia è discontinua ovunque.
\end{example}
\begin{exercise}
@ -378,7 +408,7 @@
\end{exercise}
\begin{solution}
Si assuma $f$ crescente, senza perdita di generalità (altrimenti è sufficiente considerare $g(x)=-f(x)$).
Si assuma $f$ crescente, senza perdita di generalità (altrimenti è sufficiente considerare $g=-f$).
Sia $E$ l'insieme dei punti di discontinuità di $f$. $\forall\xbar\in E$, $\xbar$ è un punto di accumulazione
destro e sinistro di $I$ (infatti $I$ è un intervallo), ed in particolare esistono sempre il limite destro $L^-(\xbar)$
ed il limite sinistro $L^+(\xbar)$ in $\xbar$ (dal momento che $f$ è monotona), e sono tali che $L^+(\xbar) > L^-(\xbar)$ (sicuramente