Controesempi in analisi matematica

Un interessante libro di analisi matematica è “Controesempi in analisi matematica” di Gelbaum e Olmsted, Mursia. Un libro di analisi che si concentra di più su i controesempi ovvero sulla costruzione di esempi per gli enunciati falsi, che sulle dimostrazioni di teoremi veri dell’analisi matematica.



Il libro mi fu consigliato dal professore Zitarosa della facoltà di Napoli proprio durante un colloquio (richiesta di spiegazione) a riguardo del Teorema di integrabilità di Riemann, ove avevo colto un caso notevole per il quale non era applicabile.
Il libro è indicato per studenti e professori e tratta controesempi sui numeri reali, sulle funzioni e sui limiti, funzioni continue, derivate, integrazione, successioni, serie, convergenza uniforme, funzioni di due variabili, ma anche spazi metrici e topologici e spazi funzionali.

Esempio 1.- Capitolo I (Sistema dei numeri reali).  Un campo ordinato ma non completo

Esempio 2.1- Capitolo II (Funzioni e limiti). Una funzione mai continua il cui valore assoluto è ovunque continuo.

$\displaystyle f(x)=\left\{\begin{matrix} 1 &se\, x\, \, razionale \\ -1 & \, se\, x\, \, irrazionale \end{matrix}\right.$

Esempio 2.2- Capitolo II – Una funzione continua in un sol punto 

$\displaystyle f(x)=\left\{\begin{matrix} x &se\, x\, \, razionale \\ -x & \, se\, x\, \, irrazionale \end{matrix}\right.$

Esempio 3.1.- Capitolo III (Derivate) –  Una funzione che non è una derivata.

Esempio 3.2- Capitolo III  Una funzione derivabile con derivata discontinua.

Esempio 4.1- Capitolo IV (Integrazione secondo Riemann).  Una funzione definita e limitata su un intervallo chiuso ma ivi non integrabile secondo Riemann.

Esempio 4.2.- Capitolo IV –  Una funzione integrabile secondo Riemann che non ha primitiva.

Esempio 5.- Capitolo V (Successioni).  Successioni divergenti limitate.

Esempio 6.- Capitolo VI (Serie).  Una serie divergente il cui termine generale tende a zero.

Esempio 7.- Capitolo VI – Una serie convergente che può venire riordinata in modo da diventare divergente.

Esempio 8.- Capitolo VI – Una serie trigonometrica convergente che non è una serie di Fourier.

Esempio 9.- Capitolo VII (Convergenza uniforme).  Una successione di funzioni discontinue dappertutto che converge uniformemente ad una funzione continua dappertutto.

Esempio 10.1- Capitolo IX (Funzioni di due variabili).  Una funzione di due variabili discontinua che è continua rispetto a ciascuna delle due variabili prese separatamente.

\[f(x,y)=\left\{\begin{matrix} 0 &se\, \, x=y=0 \\ \frac{xy}{x^{2}+y^{2}} & se\, \, x^{2}+y^{2}\neq 0 \end{matrix}\right.\]

Esempio 10.2.- Capitolo IX – Una funzione di due variabili che non ha limite nell’origine ma tale che, se ci si avvicina all’origine lungo una qualunque retta, il limite è zero.

\[f(x,y)=\left\{\begin{matrix} 0 &se\, \, x=y=0 \\ \frac{x^{2}y}{x^{4}+y^{2}} & se\, \, x^{2}+y^{2}\neq 0 \end{matrix}\right.\]

Esempio 10.3.- Capitolo IX – Una funzione di due variabili discontinua (dunque non differenziabile) che ha dovunque derivate parziali prime.

Esempio 10.4.- Capitolo IX – Un differenziale ed una regione piana di R in cui è esatto localmente ma non è esatto.

Esempio 11.- Capitolo X (Insiemi piani).

Esempio 12.- Capitolo XI (Area).Un insieme piano compatto senza area.

Esempio 13.1.- Capitolo XII (Spazi metrici e topologici). Una successione decrescente di cerchi chiusi non vuote in uno spazio metrico completo, con intersezione vuota.

Esempio 13.2.- Capitolo XII – Cerchi chiusi  $\displaystyle S_{1}$ e $\displaystyle S_{2}$ , rispettivamente di raggi $\displaystyle r_{1}$ e $\displaystyle r_{2}$ , tali che $\displaystyle S_{1}\subset S_{2}$ , ma $\displaystyle r_{1}>r_{2}$.

Esempio 14.1.- Capitolo XIII (Spazi funzionali). Due funzioni monotone la cui somma non è monotona.

$\displaystyle y=senx+2x,\, \, \, \, y=senx-2x\, \, \, su\, [-\pi ,\pi ]$

Esempio 14.2.- Capitolo XIII – Due funzioni periodiche la cui somma non è periodica.

$\displaystyle y=senx,\, \, \, \, y=sen\, \alpha x\,\, \, \, \, con\,\, \alpha \, irrazionale,\, \, su\,\left ( -\infty ,+\infty \right )$