■導関数を持たない連続関数の存在証明  (阪本ひろむ)

 導関数を持たない連続関数はvan der Waerdenによって存在が示された.以下,数を10進法表記することによる存在証明を掲げる.

  [参]リース・ナジー「関数解析学」

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 xにもっとも近い整数を{x}で表す。

  f(x)=Σ(0,∞){(10^n)x}/10^n・・・(1)

とする。それぞれの項は連続関数で、各項の絶対値が10^(-n)をこえないから、(1)の右辺は一様収束、従って連続。

 0<=x<1の各点で微分可能でないことを示せばよい。

  x=0.a1 a2 a3 ・・・・

と表現する。xが有限小数の場合、無限小数でも表現できるが、この場合,前者を採用することにする。

x<=1/2のとき、

  {10^n x} =0.a(n+1) a(n+2) a(n+3)

x>1/2のとき、

  {10^n x} =1-0.a(n+1) a(n+2) a(n+3)

am が4または9のとき hm=-10^m,そうでないときhm=10^mとおくと

  (f(x+hm)-(x))/hm・・・(2)

  10^m Σ(0,∞) ±({10^n(x±(10^-m)})-{(10^n)x})/10^n

 この級数のそれぞれの項はn>=mで0,n<mのとき ±1であるから、(2)の値は整数。mが奇数、偶数であるかによって、符号が入れ替わるから(2)は m->∞のとき収束しない。

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【雑感】これと同様の証明は、二進法でできるだろうか?

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