Diferencia entre revisiones de «Función continuamente diferenciable»

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[[ImageArchivo:Bump2D illustration.png|right|thumb|250px|Una función continuamente diferenciable]]
 
En análisis matemático, una clase diferenciable es una clasificación de una función de acuerdo a las propiedades de sus derivadas. Clases diferenciales de orden superior corresponden a la existencia de más derivadas. Funciones que tienen derivadas de todos los ordenesórdenes son llamadas infinitamente continuas, es decir que tiene derivadas parciales continuas de cualquier orden finito.
 
* Una función es de clase '''C<sup>1</sup>''' si sus derivadas parciales son continuas. Estas funciones se denominan '''diferenciables continuas'''.
 
* Una función es de clase '''C<sup>''n''</sup>''', con ''n'' &ge; 1 y constante, si sus derivdas parciales de orden n son continuas. Estas funciones se denominan '''diferenciables finitas''' .
 
* Una función es denominada ''continuamente diferenciable'' si es de clase '''C<sup>''n''</sup> para todo n''', o lo que es lo mismo, es de clase '''C<sup>&infin;</sup>'''.
 
Por ejemplo, las [[función exponencial|funciones exponenciales]] son evidentemente funciones continuamente diferenciable porque sus derivadas son siempre continuas.
 
== Clase Diferenciable ==
 
Considere un [[conjunto abierto]] en la [[recta real]] y una función ''f'' definida en ese conjunto con valores reales. Sea ''k'' un [[entero]] no negativo. La función es de '''clase ''C<sup>k</sup>''''' si sus derivadas ''f<nowiki>'</nowiki>'', ''f<nowiki>''</nowiki>'', ..., ''f<sup>(k)</sup>'' existen y son [[Continuidad | continuas ]] (la continuidad es automática para todas excepto para la última, ''f<sup>(k)</sup>''). La función ''f'' se dice que es de '''clase ''C<sup>∞</sup>''''', o '''continuamente diferenciable''',si existen todas las derivadas de todos los ordenesórdenes. ''f'' es de '''clase ''C<sup>ω</sup>''''', o ''' [[Función holomorfa | analítica ]] ''', si ''f'' es continuamente diferenciable y es igual a la [[ serie de Taylor ]] expandida alrededor de un punto en su dominio.
 
== Construcción de funciones según especificaciones ==
 
Usualmente es útil construir funciones continuamente diferenciables que toman el valor cero fuera de un intervalo dado, pero no dentro de él. Esto es posible; por otra parte es imposible que una serie de potencias pueda tener esa propiedad. Esto prueba que existe un gran salto entre funciones continuamente diferenciables y funciones analíticas; y que en general las funciones continuamente diferenciables no son necesariamente iguales a sus series de Taylor.
Línea 35:
:<math> f^{(n)}(0)=0 \mbox{ para cualquier } n \,</math>
 
lo cual significa que fijando f(''x'') = 0 para x &le; 0 genera una función continuamente diferenciable. Combinaciones tales como f(''x'')f(1-''x'') pueden ser hechas con cualquier intervalo requerido como [[Soporte_compactoSoporte compacto|soporte]]; en este caso el intervalo [0,1]. Este tipo de funciones tienen un comportamiento extremadamente lento cerca de 0.
 
== Espacio topológico de las funciones C<sup>''k''</sup> ==
En un dominio acotado ''D'' en un [[espacio euclídeo]], el conjunto de funciones '''C'''<sup>k</sup> conforman un [[espacio de Banach]] con la [[norma vectorial|norma]]
:<math>\|f\|_k = \sup |f| + \sup |f'| + \cdots + \sup
|f^{(k)}| </math>
sin embargo, el conjunto de las funciones continuamente diferenciables <math>\scriptstyle C^\infty</math> es únicamente un [[espacio de Fréchet]].
 
== Relación con la teoría analítica de funciones ==
 
Pensando en términos de [[análisis complejo]], una función como puede ser
Línea 49:
:<math>g(z) = \exp\left(-\frac{1}{z^2}\right)</math>
 
es continuamente diferenciable para valores reales de ''z'' , pero tiene una [[singularidad]] en ''z'' = 0. ÉstoEsto es, el comportamiento cerca de ''z'' = 0 es malo; pero sucede que uno no puede verlo generalmente, ya que se suele trabajar con [[números reales]].
 
== Particiones de la unidad en funciones continuamente diferenciables ==
 
Las funciones continuamente diferenciables con un [[soporte compacto|soporte]] cerrado dado, son usadas en la construcción de '''particiones de la unidad diverenciables''' (ver [[partición de la unidad]]); éstas son esenciales en el estudio de [[variedad diferenciable|variedades diferenciables]], por ejemplo, muestran que la [[variedad de Riemann]] puede ser definida globalmente empezando por la existencia local de ésta. Un caso simple es el de una '''[[función bump]]''' en la recta real, éstoesto es, una función continuamente diferenciable ''f'' que toma el valor 0 fuera del intervalo [''a'',''b''] y que cumple que:
 
:''f''(''x'') > 0 for ''a'' < ''x'' < ''b''.
 
Dado un número de intervalos solapados en la recta real, las funciones bump pueden ser construidas en cada uno de ellos, y en los [[Intervalo (matemática)|semi-intervalos]] (-&infin;, ''c''] and [''d'',+&infin;) para cubrir la recta entera, tal que la suma de las funciones sea siempre 1.
 
Como acaba de decirse, particiones de la unidad no son aplicables a [[función holomorfa|funciones holomorfas]]; su comportamiento diferente y la [[continuación analítica]] es una de las raíces de la [[teoría de haces]]. En cambio, los haces de funciones continuamente diferenciables tienden a no dar mucha información topológica.
Línea 68:
When one needs to talk about the set of all infinitely differentiable functions, and how elements of that space behave when differentiated and integrated, summed and taken limits of, then it turns out that the space of all smooth functions is an inappropriate choice, as it fails to be [[complete space|complete]] and [[closed]] under these operations. For a proper treatment in this case, the concept of a [[Sobolev space]] must be used.
-->
== Véase también ==
 
*[[Análisis funcional]]