ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس اﺛﺒﺎت ﭘﻴﻮﺳﺘﮕﻲ روي Rو ﻣﺸﺘﻖﻧﺎﭘﺬﻳﺮي در ﻫﻴﭻ ﻧﻘﻄﻪ از اﻣﻴﺮ ﻣﺴﻌﻮد ﻋﺒﺪل ﭘﺎﻳﻴﺰ 84
R
در ﺟﻮﻻي 1872ﻛﺎرل واﻳﺮﺷﺘﺮاس در ﻳﻚ ﺳﺨﻨﺮاﻧﻲ در آﻛﺎدﻣﻲ ﺳﻠﻄﻨﺘﻲ ﻋﻠﻮم ﺑﺮﻟﻴﻦ از ﻳﻚ ﺗﺎﺑﻊ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ و ﻫﻤﻪ ﺟﺎ ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺎﭘﺬﻳﺮ اراﺋﻪ ﻛﺮد.
)W ( x) a k Cos (b k x
3 ﻛﻪ در آن 0 a 1و 2
k 0
ab 1 و b 1ﻛﻪ ﻳﻚ ﻋﺪد ﺻﺤﻴﺢ ﻓﺮد ﺑﺎﺷﺪ.
در ﺳﺨﻨﺮاﻧﻲ ﻣﺮﺑﻮﻃﻪ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ﻋﻨﻮان
ﻛﺮد:
"ﺗﺎ ﺟﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﻣﻦ از ﺑﺮﺧﻲ ﺷﺎﮔﺮدان رﻳﻤﺎن ﻣﻲداﻧﻢ او ﺑﻪ ﻋﻨﻮان اوﻟﻴﻦ ﻓﺮدي ﻛﻪ )ﺣﺪود 1861ﻳﺎ زودﺗﺮ( ﻳﻚ ﻣﺜﺎل ﻧﻘﺺ ﺑﺮاي ﻓﺮﺿﻴﺔ آﻣﭙﺮه)) (pere’sﻛﻪ ﺷﺎﻳﺪ ﺑﺘﻮان اﻳﻨﻄﻮر ﺑﻴﺎن ﻛﺮد :ﻫﺮ ﺗﺎﺑﻊ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ در ﭼﻨﺪ ﻧﻘﻄﻪ ﻣﺠﺰا ﻣﺸﺘﻖ ﭘﺬﻳﺮ اﺳﺖ (.ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺗﺎﺑﻊ Rدر اﻳﻦ ﻗﻀﻴﻪ ﺻﺪق ﻧﻤﻲﻛﻨﺪ .ﻣﺘﺎﺳﻔﺎﻧﻪ ﺑﺮﻫﺎن رﻳﻤﺎن اﻧﺘﺸﺎر ﻧﻴﺎﻓﺖ و آﻧﻄﻮر ﻛﻪ ﻣﻦ ﻓﻜﺮ ﻣﻲﻛﻨﻢ ،ﻧﻪ در ﻧﻮﺷﺘﻪﻫﺎﻳﺶ و ﻧﻪ در ﻧﻘﻞ ﻗﻮﻟﻬﺎي ﺷﻔﺎﻫﻲاش ﻧﺒﻮده اﺳﺖ .ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻦ رﻳﻤﺎن ﺗﺎﺑﻊ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ و ﺑﺪون ﻣﺸﺘﻖ در ﺗﻤﺎم ﻧﻘﺎط را ﺑﺮرﺳﻲ ﻛﺮده اﺳﺖ .اﺛﺒﺎت اﻳﻦ واﻗﻌﻴﺖ ﺧﻴﻠﻲ ﺳﺨﺖ ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻲرﺳﺪ". ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس اوﻟﻴﻦ ﺗﺎﺑﻊ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ ﻫﻤﻪ ﺟﺎ ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺎﭘﺬﻳﺮ ﺑﻮده ﻛﻪ ﻣﻨﺘﺸﺮ ﺷﺪه اﺳﺖ .اﻳﻦ اﻣﺮ در ﺳﺎل 1875ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ "ﭘﺎول دو ﺑﻮﻳﺲ-رﻳﻤﻮﻧﺪ {1} "1اﺗﻔﺎق اﻓﺘﺎد .در اﻳﻦ زﻣﺎن دو ﺑﻮﻳﺲ-رﻳﻤﻮﻧﺪ اﺳﺘﺎد داﻧﺸﮕﺎه ﻫﺎﻳﺪﻟﺒﺮگ در آﻟﻤﺎن ﺑﻮد و ﺑﻪ ﺳﺎل 1873ﻣﻘﺎﻟﻪاش را ﺑﺮاي ﻣﺠﻠﺔ ﺑﻮرﺧﺎرت ارﺳﺎل ﻛﺮد.اﻳﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺑﺎ ﺗﺎﺑﻌﻲ ﻛﻪ واﻳﺮﺷﺘﺮاس زودﺗﺮ درﺑﺎرهاش ﺑﺤﺚ ﻛﺮده ﺑﻮد)در ﺧﻼل ﭼﻨﺪ ﻣﻮﺿﻮع دﻳﮕﺮ(ﺳﺮوﻛﺎر دارد.ﺑﻮرﺧﺎرت ﻣﻘﺎﻟﻪ را ﺑﺮاي ﺧﻮاﻧﺪن ﺑﻪ واﻳﺮﺷﺘﺮاس داد .واﻳﺮﺷﺘﺮاس در ﻧﺎﻣﻪاي ﺑﻪ ﺑﻮﻳﺲ- رﻳﻤﻮﻧﺪ اﻋﻼم ﻛﺮد ﺑﻪ ﺟﺰ ﭼﻨﺪ ﻧﻜﺘﻪ در ﺗﺎﺑﻊ رﻳﻤﺎن ،ﭘﮋوﻫﺶ ﺗﺎزهاي ﻧﻜﺮده اﺳﺖ.در ﻧﺎﻣﻪ ،ﺑﻮﻳﺲ-رﻳﻤﻮﻧﺪ ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس را ﺑﻪ اﻳﻦ ﺷﻜﻞ a 1 b
,
)sin( a n x bn k 0
f ( x)
اراﺋﻪ ﺷﺪه ﺑﻮد ﻛﻪ ﻇﺎﻫﺮاً ﻗﺒﻞ از اﻧﺘﺸﺎر ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﺑﻮد .ﺑﻮﻳﺲ-رﻳﻤﻮﻧﺪ ﺗﺬﻛﺮ واﻳﺮﺷﺘﺮاس را ﻗﺒﻮل ﻛﺮد و آن را ﺑﺎ ﻛﻤﻲ ﻳﺎدداﺷﺘﻬﺎي اﺿﺎﻓﻲ درﺑﺎرة اﻳﻦ ﻣﻮﺿﻮع در ﻣﻘﺎﻟﺔ ﺧﻮد ﻗﺮار داد).ﻣﻘﺎﻟﺔ اراﺋﻪ ﺷﺪه در ﻣﺠﻠﺔ ﺑﻮرﺧﺎرت .(1875 از زﻣﺎن اﻧﺘﺸﺎر اوﻟﻴﻦ ﺗﺎﺑﻊ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ و ﻫﻤﻪ ﺟﺎ ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺎﭘﺬﻳﺮ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺴﻴﺎري ﺑﻮده اﺳﺖ .ﺑﻪ ﻋﻨﻮان اوﻟﻴﻦ ﻧﻤﺎﻳﺶ ﭼﻨﻴﻦ ﺗﺎﺑﻌﻲ اﻳﻦ ﺑﻲﺗﻮﺟﻬﻲ ﻛﻪ ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس اوﻟﻴﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﭼﻨﻴﻦ ﺗﻌﺮﻳﻔﻲ ﻧﺒﻮده اﺳﺖ .ﺑﺮﺧﻲ دﻳﮕﺮ اﻳﻦ ﻛﺎر را ﻗﺒﻼً اﻧﺠﺎم داده ﺑﻮدهاﻧﺪ اﮔﺮ ﭼﻪ ﻫﻴﭻ ﻳﻚ از آﻧﻬﺎ ﺑﺎور ﻧﺪاﺷﺘﻨﺪ ﻛﻪ آﻧﺮا ﻗﺒﻞ از اﻧﺘﺸﺎر ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ،اﻧﺘﺸﺎر داده ﺑﺎﺷﻨﺪ. )cos(3k x
1 k
1000
2 k 0
Paul de Bois‐Reymond
1
در ﺳﺎل 1916ﻫﺎردي } {2ﺛﺎﺑﺖ ﻛﺮد ﻛﻪ ﺗﺎﺑﻊ Wﺗﻌﺮﻳﻒ ﺷﺪة ﻓﻮق ﻫﻤﻪ ﺟﺎ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺎﭘﺬﻳﺮ اﺳﺖ .اﮔﺮ 0 a 1و ab 1و ) b 1ﻧﻪ اﻟﺰاﻣﺎً ﻳﻚ ﻋﺪد ﺻﺤﻴﺢ ﻓﺮد(
ﻗﻀﻴﻪ :ﺗﺎﺑﻊ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ) W ( x) a k Cos (b k xﺑﺮاي 0 a 1و ab 1و b 1ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ و ﻫﻤﻪﺟﺎ ﻣﺸﺘﻖ k 0
ﻧﺎﭘﺬﻳﺮ اﺳﺖ. اﺛﺒﺎت. 1 ﺑﺎ ﺑﻨﺎ ﻧﻬﺎدن ﭘﻴﻮﺳﺘﮕﻲ ﺷﺮوع ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ ،ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ ﻛﻪ 0 a 1اﻳﺠﺎب ﻣﻲﻛﻨﺪ 1 a
ﻫﻤﺮاه | sup x | a n cos(b nx) a nو اﺳﺘﻔﺎده از آزﻣﻮن
) a Cos(b x k
k
k 0
. a k اﻳﻦ ﺑﻪ k 0
- Mﻣﺠﻤﻮﻋﻪ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲدﻫﺪ ﻛﻪ
ﺑﻪ ﻃﻮر ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ در ﺑﻪ ) W (xﻣﻴﻞ ﻣﻲﻛﻨﺪ .ﺣﺎل ﭘﻴﻮﺳﺘﮕﻲ Wاز ﻫﻢ ﮔﺮاﻳﻲ ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ ﺳﺮيﻫﺎ
ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲﺷﻮد. 3 ﭘﺲ از ﻓﺎرق ﺷﺪن از اﻳﻦ اﺛﺒﺎت ﻣﺎ ﻓﺮض ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ ﻛﻪ ﻓﺮض اﺻﻠﻲ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ﺑﺮﻗﺮار ﺑﺎﺷﺪ .ﻳﻌﻨﻲ 2
ab 1 و ) b 1
bﻳﻚ ﻋﺪد ﺻﺤﻴﺢ ﻓﺮد ﺑﺎﺷﺪ( .ﺑﺮاي اﺛﺒﺎت ﻛﻠﻲ ﺑﺎ ab 1و b 1ﺑﻪ ﻫﺎردي } {2ﻣﺮاﺟﻌﻪ ﻛﻨﻴﺪ. ﺑﺮﻫﺎن زﻳﺮ ﻛﻪ ﺑﺎ دﻗﺖ زﻳﺎدي از ﺑﺮﻫﺎنِ اﺻﻠﻲ ﻛﻪ )از ﺧﻮد( واﻳﺮﺷﺘﺮاس ﻧﻮﺷﺘﻪ ﺷﺪه ﺑﺮداﺷﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ) .ﻛﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﺑﻮﻳﺲ- رﻳﻤﻮﻧﺪ ﺑﻪ ﭼﺎپ رﺳﻴﺪه اﺳﺖ(. ﻓﺮض ﻛﻨﻴﺪ x0 ﻧﻘﻄﻪاي دﻟﺨﻮاه اﻣﺎ ﺛﺎﺑﺖ و m Nدﻟﺨﻮاه ﺑﺎﺷﺪ m Z .را ﻃﻮري اﻧﺘﺨﺎب ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ ﻛﻪ 1 1 2 2
] b m x0 m ( ,و ﺗﻌﺮﻳﻒ ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ . xm1 b m x0 mﻗﺮار دﻫﻴﺪ m 1 bm
در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻧﺎﻣﺴﺎوي زﻳﺮ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲﺷﻮد
ym و
m 1 m
b
zm
m 1 x0 b m
1 x m 1 m 1 x0 b m 1 x m1 y m x0 z m x0 و bm bm bm bm 1 xm 1 1 xm 1 ym x0 0 zm x0 m b bm . z m x0 و از ﺳﻤﺖ راﺳﺖym x0 و از ﺳﻤﺖ ﭼﭗm از آﻧﺠﺎ ﻛﻪ. y m x0 z m ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ
،ﻧﺨﺴﺖ ﺧﺎرج ﻗﺴﻤﺖ ﺗﻔﺎﺿﻠﻲ ﺳﻤﺖ ﭼﭗ را ﺷﺮح ﻣﻲدﻫﻴﻢ W ( ym ) W ( x0 ) n cos(b nym ) cos(b nx0 ) a ym x0 ym x0 n 0 n n m n cos(b m ny m ) cos(b m nx0 ) n cos(b y m ) cos(b x 0 ) S1 S 2 a (ab) ( y m x0 ) b n ( y m x0 ) n 0 n 0 sin( x) | 1 وﻗﺘﻲ. ﺷﺮوع ﻣﻲﻛﻨﻴﻢS1 اﺑﺘﺪا ﺑﺎ.ﻣﺎ اﻳﻦ دو ﻣﺠﻤﻮع را ﺟﺪاﮔﺎﻧﻪ ﺑﺮرﺳﻲ ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ | ﻣﺎ ﻣﻲﺗﻮاﻧﻴﻢ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از x m 1
: ﻣﺠﻤﻮع را ﻛﺮاﻧﺪار ﻛﻨﻴﻢ،ﻳﻚ اﺗﺤﺎد ﻣﺜﻠﺜﺎت | S1 || (
) S1 |
b n ( y m x0 ) sin n m 1 2 b y x ( ) n m 0 S ab | | ( ) ( ) sin 1 n 2 n 0 b ( y m x0 ) 2 b n ( y m x0 ) sin n 2 وsin b ( y m x0 ) ﺑﺎ ﺧﺎرج ﻛﺮدن ﺟﻤﻼت : ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲﺷﻮد 2 b n ( y m x0 ) 2
m 1
ab n
n 0
(ab) m 1 (ab) m ab 1
(I)
ab 1
ﻣﺎ ﻣﻲﺗﻮاﻧﻴﻢ ازS 2 ﺑﺮاي ﺗﺸﺮﻳﺢ ﻣﺠﻤﻮع
n m 1 1 cos(b m ny m ) cos b m n m m cos b n m 1 (1) b (1) m b (. ﺑﺎﺷﺪ m Z ﻳﻚ ﻋﺪد ﺻﺤﻴﺢ ﻓﺮد وb 1 )ﺗﺎ وﻗﺘﻲ ﻛﻪ.اﺳﺘﻔﺎده ﻛﻨﻴﻢ
x cos b m nx0 cos b m n m m m 1 b n n cosb m b x m 1
cosb x 0 (1) cosb x
cos b n m cos b nxm1 sin b n m sin b nxm1
(1) b
n
m
n
m 1
m
n
m 1
(1) m (1) m cos b nxm 1 1 xm 1 n 0 bm 1 cos b nxm1 m ab (1) m a n 1 xm1 n 0
S 2 a mn
: ﺣﺎل ﻣﺠﻤﻮع را اﻳﻨﻄﻮر ﺑﻴﺎن ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ
1 1 2 2
: ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻣﻲﺗﻮان ﻛﺮان ﭘﺎﺋﻴﻦ ﺑﺮاي آن ﻳﺎﻓﺖ. xm1 ( , ] ﻫﺮ ﺟﻤﻠﻪ در ﺳﺮي ﻓﻮق ﻧﺎ ﻣﻨﻔﻲ اﺳﺖ و
1 cos b nxm1 1 cosxm1 1 2 a 1 3 1 xm1 1 xm1 n 0 1 2
n
(II) ﻃﻮري ﻛﻪ1 1 و 1 1,1 وﺟﻮد و ﻧﺎﻣﺴﺎويﻫﺎي
W ( y m ) W ( x0 ) 2 (1) m (ab) m1 1 y m x0 ab 1 3
ﺑﺮاي ﺧﺎرج ﻗﺴﻤﺖ ﺳﻤﺖ راﺳﺖ ﻧﻴﺰ ﺑﻪ، ﻣﺸﺎﺑﻪ آﻧﭽﻪ ﺑﺮاي ﺧﺎرج ﻗﺴﻤﺖ ﺗﻔﺎﺿﻠﻲ ﺳﻤﺖ ﭼﭗ ﮔﻔﺘﻴﻢ.را ﺗﻀﻤﻴﻦ ﻣﻲﻛﻨﺪ .ﻫﻤﺎن زﻳﺒﺎﻳﻲ اﻧﺠﺎم ﻣﻲدﻫﻴﻢ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻛﺴﺮ ﻣﺬﻛﻮر W ( z m ) W ( x0 ) S1 S 2 z m x0
ﻃﺒﻖ ﻣﺮاﺣﻞ ﻗﺒﻞ ﻣﻲﺗﻮان اﺳﺘﻨﺘﺎج ﻛﺮد ﻛﻪ | S1 |
(ab) m ab 1
(III) ( m Z ﻳﻚ ﻋﺪد ﻓﺮد وb )دوﺑﺎره: ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﺳﺎده ﺷﻮدz m ﺷﺎﻣﻞcos ﺟﻤﻠﺔ
n 1 cos b m nz m cos b m n m m cos b n ( m 1) (1) b b (1) m (1) m cos b nxm1 S 2 a m n 1 xm1 n 0 bm 1 cos b nxm1 ab m (1) m a n 1 xm1 n 0
m 1
(1) m
: ﻣﺜﻞ ﻗﺒﻞ ﻣﻲﺗﻮاﻧﻴﻢ ﻳﻚ ﻛﺮان ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺑﺮاي ﺳﺮي ﭘﻴﺪا ﻛﻨﻴﻢ
1 cosb nxm1 1 cosxm1 1 2 a 1 1 xm1 1 xm1 n 0 1 ( ) 3 2
n
(IV)
ﺑﺎ ﺑﺤﺚ ﻣﺸﺎﺑﻪ ﺑﺎ آﻧﭽﻪ در ﻣﻮرد ﺧﺎرج ﻗﺴﻤﺖ ﺗﻔﺎﺿﻠﻲ ﺳﻤﺖ ﭼﭗ اﻧﺠﺎم دادﻳﻢ )وﻟﻲ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺎﻣﺴﺎوي و ( ΙVﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲﮔﻴﺮﻳﻢ ﻛﻪ 2 1,1و 2 1وﺟﻮد دارﻧﺪ ﻛﻪ :
2 3 ﺑﺎ ﻓﺮض ab 1 ﻛﻪ ﻫﻢ ارز ﺑﺎ 3 2
ab 1
) W ( z m ) W ( x0 2 (1) m (ab) m 2 2 z m x0 ab 1 3
اﺳﺖ ،ﺧﺎرج ﻗﺴﻤﺖ ﺗﻔﺎﺿﻠﻲ ﺳﻤﺖ ﭼﭗ و راﺳﺖ داراي ﻋﻼﻣﺖ ﻫﺎي
ﻣﺘﻔﺎوت دارﻧﺪ ،ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻨﻜﻪ وﻗﺘﻲ m آﻧﮕﺎه ، (ab) m آﻧﮕﺎه واﺿﺢ اﺳﺖ ﻛﻪ Wدر x0ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺪارد. ﭼﻮن x0از داﻣﻨﺔ ﺗﺎﺑﻊ ﺑﻪ دﻟﺨﻮاه اﻧﺘﺨﺎب ﺷﺪه ﺑﻮد ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻲﺷﻮد ﻛﻪ ) W (xﻫﻴﭻ ﺟﺎ ﻣﺸﺘﻖ ﻧﺪارد.
ﺷﻜﻠﻲ از ﺗﺎﺑﻌﻲ واﻳﺮﺷﺘﺮاس ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪه ﺷﻜﺴﺘﮕﻲﻫﺎي ﻣﻮﺟﻮد در آن اﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﺎﻧﻊ ﻣﺸﺘﻖﭘﺬﻳﺮي ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. Cos 3i x i
x,4,4
1 2
1000 i 0
2
1
10
-5
5
-10
-1
-2