“火腿三明治定理”是什么？
几个重要定理
1.Mittag-Leffler's theorem.
设$\Omega$是平面内的开集, $A\subset \Omega$, $A$在$\Omega$内没有极限点,且对每个$a\in A$,对应有一个正整数$m(\alpha)$和一个有理函数$$P_\alpha (z)=\sum_{j=1}^{m(\alpha)}c_{j,\alpha}(z-\alpha)^{-j},$$则在$\Omega$内存在一个亚纯函数$f$,它在每个$\alpha\in A$处的主要部分是$P_\alpha$且在$\Omega$内没有其它极点.详见Rudin实分析与复分析P216.
这里有亚纯函数极展开的一些例子.
例：证明$$\int_{0}^{\infty}{\left(\sum_{k=0}^{\infty}{\frac{(-1)^{k}P_{k+1}}{k!}x^{k}} \right)dx}=2,$$
Now we know that $$B(a,b)=\int^{\infty}_0\frac{t^{a-1}}{(1+t)^{a+b}}dt$$
Sion's minimax theorem
解.这是Sion的极小极大定理,\[\inf_{y \in I}\sup_{x \in I}f(x,y)\geq \sup_{x \in I}\inf_{y\in I}f(x,y).\]
浙大14年数分题：Dirichlet引理的证明
Riemann-Lebesgue引理大家都很熟悉,那Dirichlet引理呢?
$f(x)$在$[0,1]$单增,证明:
\[\mathop {\lim }\limits_{y \to + \infty } \int_0^1 {f\left( x \right)\frac{{\sin xy}}{x}dx} = \frac{\pi }{2}f\left( {{0_ + }} \right).\]
这是Dirichlet引理,菲赫金哥尔茨的《微积分教程》第三卷P358有详细的证明.另外,汪林的《数学分析问题研究与评注》P147上有他的推广及其证明.
对任意给出的$\varepsilon>0$, $\exists 0<\delta<1$,使得对于$0<t\leq \delta$,
\[0 \le g\left( t \right) - g\left( {{0_ + }} \right) < M_1\varepsilon ,\]
其中$M_1$是任意给定的常数.
考察积分
\begin{align*}\int_0^1 {\left[ {f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\frac{{\sin xy}}{x}dx} &= \left( {\int_0^\delta {} + \int_\delta ^1 {} } \right)\left[ {f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\frac{{\sin xy}}{x}dx\\&= {I_1} + {I_2}.\end{align*}
对于$I_1$,运用积分第二中值定理,我们有
\[{I_1} = \left[ {f\left( \delta \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\int_\eta ^\delta {\frac{{\sin xy}}{x}dx} = \left[ {f\left( \delta \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\int_{y\eta }^{y\delta } {\frac{{\sin z}}{z}dz} ,\]
其中第二个因子对于一切值$y$一致有界.事实上,由反常积分$\displaystyle \int_0^\infty {\frac{{\sin z}}{z}dz}$的收敛性,可见当$z\to \infty$时, $z(z\geq 0)$的连续函数$\displaystyle \int_0^z {\frac{{\sin z}}{z}dz} $有有限的极限,并且对于一切值$z$有界
\[\left| {\int_0^z {\frac{{\sin z}}{z}dz} } \right| \le L\left( L \text{为常数}\right),\]从而
\[\left| {\int_{y\eta }^{y\delta } {\frac{{\sin z}}{z}dz} } \right| = \left| {\int_0^{y\delta } {} + \int_0^{y\eta } {} } \right| \le 2L.\]
对于第一个因子,取$M_1=\frac{1 }{{4L}}$,则有$f\left( \delta \right) - f\left( {{0_ + }} \right) < \frac{\varepsilon }{{4L}}$.
因此\[\left| {{I_1}} \right| \le \left[ {f\left( \delta \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\left| {\int_{y\eta }^{y\delta } {\frac{{\sin z}}{z}dz} } \right| < \frac{\varepsilon }{{4L}} \cdot 2L = \frac{\varepsilon }{2}.\]
至于$I_2$,由于$\displaystyle \int_\delta ^1 {\frac{{f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)}}{x}dx} $存在,由Riemann-Lebesgue引理可知$\mathop {\lim }\limits_{y \to \infty } {I_2} = 0$,即对$\varepsilon >0,\exists M_2>0$,使得$y>M_2$时,有$\left| {{I_2}} \right| < \frac{\varepsilon }{2}$.
因此\[\left| {\int_0^1 {\left[ {f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\frac{{\sin xy}}{x}dx} } \right| \le \left| {{I_1}} \right| + \left| {{I_2}} \right| < \varepsilon .\]
即\[\mathop {\lim }\limits_{y \to + \infty } \int_0^1 {\left[ {f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\frac{{\sin xy}}{x}dx} = 0.\]
从而
\begin{align*}&\mathop {\lim }\limits_{y \to + \infty } \int_0^1 {f\left( x \right)\frac{{\sin xy}}{x}dx} = \frac{\pi }{2}f\left( {{0_ + }} \right)\\=& \mathop {\lim }\limits_{y \to + \infty } \int_0^1 {\left[ {f\left( x \right) - f\left( {{0_ + }} \right)} \right]\frac{{\sin xy}}{x}dx} + f\left( {{0_ + }} \right)\mathop {\lim }\limits_{y \to + \infty } \int_0^1 {\frac{{\sin xy}}{x}dx} \\= &0 + f\left( {{0_ + }} \right)\int_0^{ + \infty } {\frac{{\sin z}}{z}dz} = \frac{\pi }{2}f\left( {{0_ + }} \right).\end{align*}
