我们来说明一下为什么狄利克雷函数不可积,就拿[0,1]这个闭区间举例子。我们做定义定积分的关键一步是要把[0,1]这个闭区间分割成若干小段,然后再让这些小段的长度趋近于0。因为有理数和无理数是密密麻麻的排列在实数轴上的,所以一个小区间无论多么的短,它里面都包含着无数多有理数和无理数。我们可以这样来取x*的值:对于任意短的小区间,
- 第一个方法:我把所有的x*都取成无理数,于是所有的f(x*)都等于0,因此
- 第二个方法:我们把所有的x*都取成有理数,于是所有的f(x*)都等于1,因此
由此可以看出,无论你你这个区间长度多么的短,都可以想方设法让求和式子等于0,同时也可以想方设法让求和式子等于1,于是这也相当于是一个无穷震荡,因此它的极限也不存在。所以我们就说明了狄利克雷函数在[0,1]闭区间上不可积。
黎曼和与定积分示意图
上面三条就是狄利函数所具有的,而你在初等函数中又无法看到的诡异的性质。狄利克雷函数可以说是最简单的一类病态函数,以它为思想我们可以构造出很多其他类型的病态函数,比如说我们可以把0和1变成任意两个不同的数: