products/Sources/formale Sprachen/PVS/analysis image not shown  

Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: integral_def.pvs   Sprache: PVS

Original von: PVS©

integral_def[T: TYPE FROM real]: THEORY
%----------------------------------------------------------------------------
%
%    Definition of Riemann Integral
%    Author: Rick Butler
%    Major Revision:  12/1/03
%
%----------------------------------------------------------------------------
BEGIN

   ASSUMING
      IMPORTING deriv_domain_def[T]

      connected_domain : ASSUMPTION connected?[T]


      not_one_element : ASSUMPTION not_one_element?[T]

   ENDASSUMING


   IMPORTING finite_sets@finite_sets_minmax[real,<=] %, finite_sets_more

   AUTO_REWRITE+ finseq_appl

   a,b,x: VAR T
   f,g: VAR [T -> real]

%   open_interval  (a:T,b:{x:T|a<x}): TYPE = { x | a <  x AND x <  b}
%   closed_interval(a:T,b:{x:T|a<x}): TYPE = { x | a <= x AND x <= b}

   IMPORTING reals@intervals_real[T]

% Unlike Rosenlicht index runs from 0 to N-1:

   partition(a:T,b:{x:T|a<x}): TYPE = 
              {fs: finite_sequence[closed_interval(a,b)] | 
                    Let N = length(fs), xx = seq(fs) IN
                    N > 1 AND xx(0) = a AND xx(N-1) = b AND
                    (FORALL (ii: below(N-1)): xx(ii) < xx(ii+1))}

   width(a:T, b:{x:T|a<x}, P: partition(a,b)): posreal =
             LET xx = seq(P), N = length(P) IN
                      max({ l: real | EXISTS (ii: below(N-1)):
                                         l = xx(ii+1) - xx(ii)}) 

   width_lem     : LEMMA (FORALL (a:T), (b:{x:T|a<x}),
                            (P: partition(a,b)),(ii: below(length(P)-1)):
                         width(a,b,P) >= P(ii+1) - P(ii))

   parts_order   : LEMMA  FORALL (P: partition(a,b), ii,jj: below(length(P))):
                              ii < jj IMPLIES seq(P)(ii) < seq(P)(jj)


   parts_order_le: LEMMA FORALL (P: partition(a,b),ii,jj: below(length(P))):
                             ii <= jj IMPLIES seq(P)(ii) <= seq(P)(jj)


   
   parts_disjoint: LEMMA FORALL (P: partition(a,b), ii,jj: below(length(P)-1)):
                             seq(P)(ii) < x AND x < seq(P)(1 + ii) AND
                             seq(P)(jj) < x AND x < seq(P)(1 + jj)
                             IMPLIES
                                jj = ii

   in_part?(a:T, b:{x:T|a<x},P: partition(a,b),xx:T): MACRO bool = 
                        EXISTS (ii: below(length(P)-1)): xx = seq(P)(ii)

   in_sect?(a:T, b:{x:T|a<x},P: partition(a,b),
            ii: below(length(P)-1),xx:T): MACRO bool = 
                      seq(P)(ii) < xx AND xx < seq(P)(ii+1)


   part_in       : LEMMA FORALL (P: partition(a,b)):    
                             a < b AND a <= x AND x <= b IMPLIES
                                 (EXISTS (ii: below(length(P)-1)): 
                                       seq(P)(ii) <= x AND x <= seq(P)(ii+1))

   part_not_in       : LEMMA a < b IMPLIES FORALL (P: partition(a,b)):    
                                FORALL (ii,jj: below(length(P)-1)): 
                                  seq(P)(ii) < x AND x < seq(P)(ii+1) 
                                IMPLIES x /= seq(P)(jj)

   Prop: VAR [T -> bool]
   part_induction: LEMMA  (FORALL (P: partition(a,b)): 
                              (FORALL ( x: closed_interval(a,b)):
                           LET xx = seq(P), N = length(P) IN 
                   (FORALL (ii : below(N-1)):
                           xx(ii) <= x AND x <= xx(ii+1) IMPLIES
                                Prop(x))
                  IMPLIES Prop(x) ) )


   IMPORTING reals@sigma_below, reals@sigma_upto

   eq_partition(a:T,b:{x:T|a<x},N: above(1)): partition(a,b) =
                  (# length := N,
                     seq := (LAMBDA (ii: below(N)): a + ii*(b-a)/(N-1)) #)


   xis?(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b))
         (fs: [below(length(P)-1) -> closed_interval(a,b)]): bool = 
              (FORALL (ii: below(length(P)-1)): 
                     P(ii) <= fs(ii) AND fs(ii) <= P(ii+1))


%   AUTO_REWRITE+ xis?


   xis_lem: LEMMA FORALL (P: partition(a,b), (xis: (xis?(a,b,P))),
                         (ii: below(length(P)-1))):
                         P(ii) <= xis(ii) AND xis(ii) <= P(ii+1)


%   AUTO_REWRITE+ xis_lem



   Rie_sum(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b),
                  xis: (xis?(a,b,P)),f:[T->real]): real =
                  LET N = length(P)-1 IN
          sigma[below(N)](0,N-1,(LAMBDA (n: below(N)):
                                       (P(n+1) - P(n)) * f(xis(n))))


   Rie_sec(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b), xis: (xis?(a,b,P)), f:[T->real], 
           n: upto(length(P)-1)): real = 
                           IF n = 0 THEN 0
                           ELSE (seq(P)(n) - seq(P)(n - 1)) * f(xis(n-1)) 
                           ENDIF

   Rie_sum_alt(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b),
                  xis: (xis?(a,b,P)),f:[T->real]): real =
                  LET N = length(P)-1 IN
                     sigma[upto(N)](1,N,(LAMBDA (n: upto(N)): 
                            Rie_sec(a,b,P,xis,f,n)))

   Rie_sum_alt_lem: LEMMA a < b IMPLIES
                            FORALL (P: partition(a,b), (xis: (xis?(a,b,P)))):
                               Rie_sum(a,b,P,xis,f) = Rie_sum_alt(a,b,P,xis,f) 



   Riemann_sum?(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b),f:[T->real])(S:real): bool =
     (EXISTS (xis: (xis?(a,b,P))): LET N = length(P)-1 IN
           S = Rie_sum(a,b,P,xis,f))
                           

   integral?(a:T,b:{x:T|a<x},f:[T->real],S:real): bool  = 
                (FORALL (epsi: posreal): (EXISTS (delta: posreal):
                    (FORALL (P: partition(a,b)):
                        width(a,b,P) < delta IMPLIES
                           (FORALL (R: (Riemann_sum?(a,b,P,f))):
                                abs(S - R) < epsi))))


   x_in(aa:T,bb:{x:T|aa<x}): {t: T | aa <= t AND t <= bb}

   pick_one(a:T,b:{x:T|a<x},P: partition(a,b))(ii: below(length(P)-1)): real =
                               x_in(P(ii), P(ii+1)) 


   gen_xis(a:T,b:{x:T|a<x},P: partition(a,b)): (xis?(a,b,P)) = 
                                     (# length := length(P) - 1,
                                        seq :=  pick_one(a,b,P)
                                      #)


   N: VAR above(1)

   len_eq_part  : LEMMA a < b IMPLIES length(eq_partition(a,b,N)) = N 
   eq_part_lem_a: LEMMA a < b IMPLIES seq(eq_partition(a,b,N))(0) = a 
   eq_part_lem_b: LEMMA a < b IMPLIES seq(eq_partition(a,b,N))(N-1) = b

   width_eq_part: LEMMA a < b IMPLIES 
                            width(a,b,eq_partition(a,b,N)) = (b-a)/(N-1)


   delta: VAR posreal
   N_from_delta: LEMMA a < b IMPLIES
                          LET N = 2 + floor((b - a) / delta),
                              EP = eq_partition(a, b, N) IN
                          width(a, b, EP) < delta


   Riemann?_Rie: LEMMA a < b IMPLIES FORALL (P: partition(a,b),
                                             xis: (xis?(a,b,P))): 
                               Riemann_sum?(a,b,P,f)(Rie_sum(a,b,P,xis,f)) 


%   AUTO_REWRITE+ Riemann?_Rie

   A1, A2: VAR real
   integral_unique: LEMMA a < b AND integral?(a,b,f,A1) AND
                             integral?(a,b,f,A2) IMPLIES A1 = A2


   integrable?(a:T,b:{x:T|a<x},f:[T->real]): bool = 
                     (EXISTS (S: real): integral?(a,b,f,S))

   integral(a:T,b:{x:T|a<x}, ff: { f | integrable?(a,b,f)} ):
                    {S: real | integral?(a,b,ff,S)}


   s: VAR real
   integral_def: LEMMA a < b IMPLIES  
                   ( (integrable?(a,b,f) AND integral(a,b,f) = s)
                          IFF integral?(a,b,f,s) )


   % see integral_prep.integral_restr_eq for a stronger version (i.e. open interval)
   integral_restrict_eq: LEMMA a < b AND
                                (FORALL x: a <= x AND x <= b IMPLIES
                                          f(x) = g(x)) AND
                               integrable?(a,b,f)
                          IMPLIES integrable?(a,b,g) AND
                                   integral(a,b,g) = integral(a,b,f)


   Integrable?(a:T,b:T,f:[T->real]): bool = (a = b) OR
                                 (a < b AND integrable?(a,b,f)) OR
                                 (b < a  AND integrable?(b,a,f))


   Integrable_funs(a,b): TYPE = { f | Integrable?(a,b,f)} 
 
   Integral?(a:T,b:T,f:[T->real],S:real): bool = (a = b AND S = 0) OR
                               (a < b AND integral?(a,b,f,S))
                              
  
   Integral(a:T,b:T,f:Integrable_funs(a,b)): real =
                          IF a = b THEN 0
                          ELSIF a < b THEN integral(a,b,f)
                          ELSE -integral(b,a,f)
                          ENDIF                


   Integrable?_rew   : LEMMA a < b AND Integrable?(a,b,f) IMPLIES integrable?(a,b,f)
   Integral_rew      : LEMMA a < b AND Integrable?(a,b,f) IMPLIES Integral(a,b,f) = integral(a,b,f)


END integral_def


%  Note: The definition of Riemann_sum:
%  
%  
%     Rie_sum(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b),
%      xis: (xis?(a,b,P)),f:[T->real]): real =
%      LET N = length(P)-1 IN
%      sigma[below(N)](0,N-1,(LAMBDA (n: below(N)):
%   (P(n+1) - P(n)) * f(xis(n))))
%  
%  uses sigma[below] rather than sigma[nat].  This produces some
%  additional tedium, but makes it unnecessary to surround the
%  LAMBDA expression with an IF for type-correctness
%
%   Rie_sum(a:T,b:{x:T|a<x},P:partition(a,b),
%                  xis: (xis?(a,b,P)),f:[T->real]): real =
%                  LET N = length(P)-1 IN
%          sigma[nat](0,N-1,(LAMBDA (n: nat): IF n < N THEN
%                                       (P(n+1) - P(n)) * f(xis(n))
%                                             ELSE 0
%                                             ENDIF))

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.2 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

in der Quellcodebibliothek suchen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff