thumb|300px|O gráfico da função de Weierstrass é um fractal A função de Weierstrass é um importante contra-exemplo de uma função contínua em toda a reta real que não possui derivada em nenhum ponto do domínio. Recebe o nome em homenagem ao seu descobridor: o matemático Karl Weierstrass. A função de Weierstrass é primeira função publicada a apresentar tal patologia.

Embora seja considerada por muitos como um caso patológico, pode-se afirmar que, em certo sentido, o comportamento da função de Weierstrass é o caso mais comum. Sendo o conjunto das funções diferenciáveis em pelo menos um ponto um conjunto magro dentro do espaço de Banach das funções contínuas com a norma do supremo.

Definição A função de Weierstrass é definida pela seguinte série de Fourier:

onde e é um inteiro positivo ímpar tal que:

Nova Demonstração do Teorema de Weierstrass

O nosso objetivo aqui é apresentar uma demonstração do teorema de Weierstrass

usando apenas noções relativas às séries de Fourier.

Teorema de Weierstrass

A função dita de Weierstrass definida por :

onde e é um inteiro positivo ímpar tal que ,é contínua em e não diferenciável em qualquer ponto.

Demonstração do Teorema de Weierstrass

Continuidade de W

Observe que :

implica :

.

Isso junto com

nos permite estabelecer , usando o Weierstrass , que

converge uniformemente para em .

A Continuidade de vem então da convergência uniforme das séries.

(Definição 2.41 e Teorema 2.59 do livro ).

Não Diferenciabilidade de W (em qualquer ponto)

Aqui, usamos os lemas 3.2 e 3.3 do Capítulo 4 do livro de Shakarchi

Quando:

, então

Supondo que é diferenciável em , obtemos o seguinte resultado :

,

ou seja,

, onde .

Para obter a contradição, precisamos apenas escolher de modo que:

Tomando:

,

onde

,

para algum , temos:

quando ,

pois

.

Contradição,

pois :

.

Portanto, não é diferenciável em .

Como é arbitrário,

temos que não é diferenciável em qualquer ponto.

Conclusão

A função de Weierstrass é contínua em todos os pontos de

mas não é diferenciável em qualquer ponto de .

Ligações externas http://www.wolframalpha.com/entities/mathworld/weierstrass_function/ei/zb/8y/

Ver também Função de Liouville Função de Mertens Soma de Ramanujan

Referências Harmonic Analysis:from Fourier to Wavelets / María Cristina Pereyra , Lesley A. Ward/ ISBN 978-0-8218-7566-7 Fourier Analysis:An introduction /Shakarchi; pp 116–117

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