Um Curso de Cálculo, Volume 3

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 49 de 71

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Um Curso de Cálculo, Volume 3

A1.2 Teorema de Fubini

para toda partição P de A , com Δ < δ.

 

Tendo em vista ①, para toda partição P de A, tem-se

 

para uma conveniente escolha de (r , s ) em A . Segue de ② e ③ que, para toda partição i j ij P de A, com Δ < δ,

 

Portanto,

 

Da mesma forma, prova-se que

 

A1.2. TEOREMA DE FUBINI

 

Teorema de Fubini. Se f (x, y) for integrável no retângulo

A = {(x, y) ∈ 2 ℝ

| a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d} e se, para todo

existir (como integral de Riemann), então

Demonstração

 

Sejam

P1 : a = x0 < x1 < x2 < … < xi−1 < … < xn = b

uma partição de [a, b] e

P : c = y < y < y < … < yj < y < … < y = d 2 0 1 2 −1 j m

uma partição de [c, d]. Sejam

M ij = sup {f (x, y) | xi j −1 ≤ x ≤ x i e y−1 ≤ y ≤ yj}

e

m = inf {f (x, y) | xi ≤ x ≤ x e yj ≤ y ≤ y }. ij −1 i −1 j

Para todo (x, y) no retângulo A ij, dado por xi−1 ≤ x ≤ xi e yj−1 ≤ y ≤ yj,

m ij ≤ f (x, y) ≤ Mij.

Daí, para todo y ∈ [yj −1, yj],

 

Segue que

 

ou seja,

para todo y ∈ [yj , y ], onde . Tomando-se j em [yj , y ], j = 1, 2,

 

−1 j −1 j

…, m, vem

 

Daí

 

Para Δ → 0, as somas superior e inferior tendem para ∫∫A f (x, y) dx dy; logo, α (y) é integrável em [c, d] e

 

ou seja,

 

No próximo apêndice provaremos que se f (x, y) for contínua no retângulo A, então f será integrável neste retângulo. Utilizando este resultado e o teorema de Fubini, vamos dar uma demonstração bastante simples para o teorema de Schwarz (ver Vol. 2).

Vamos provar que se 2 f ( x, y ) for de classe C no aberto Ω, então

 

Suponhamos, por absurdo, que exista (x0, y0) ∈ Ω, com

Para fixar o raciocínio, podemos supor

 

 

Pela hipótese, é contínua em Ω. Pelo teorema da conservação do sinal

e pelo fato de Ω ser aberto, existe um retângulo 2 A = {( x, y ) ∈ ℝ | a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d} contido em Ω e contendo (x0, y0) tal que, para todo (x, y) ∈ A,

 

Daí,

 

Pelo teorema de Fubini,

 

Portanto,

 

De modo análogo,

e, portanto,

 

Logo,

 

que está em contradição com ①.