满足$f(0)=0$的光滑非解析函数$f$,其$f(x)/x$在0点的光滑性验证问询
我想确认下面这个命题是否成立:
对任意满足$f(0)=0$的$f \in \mathcal{C}^\infty(\mathbb{R})$,$f(x)/x$在0点处是光滑的。
- 如果$f$是解析函数,直接泰勒展开就能证明这个结论,这点很明确。
- 我的疑问主要针对非解析的光滑函数。我猜想,虽然这类函数的导数行为很“怪异”,但除以$x$后在0点可能并不会出现奇点——比如典型的光滑非解析函数$\exp(-1/x)$(补充定义0点处值为0),这个例子里$f(x)/x$确实在0点光滑。
我本来想通过多项式逼近的方法来证明,但对这个领域不太熟悉,不知道该怎么入手。
这个问题看起来有点奇怪,我一开始也不确定它是否成立,但我读的一篇论文里似乎用到了这个结论:
我在研究0点处的光滑函数芽空间$\mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R})$(把它看作$\mathbb{R}$-向量空间),并考虑了它的子空间:
$$V = { ax + K \mid a \in \mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R}), K \in \mathbb{R} } \subset \mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R})$$
论文里声称$\dim_\mathbb{R}(\mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R})/V) = 0$,这意味着$V = \mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R})$——也就是说,任何0点处的光滑函数芽都能写成$V$中元素的形式。
显然所有解析函数芽都能满足这个形式,但因为确实存在非解析的光滑函数芽,我实在想不通这个结论为什么成立,除非最开始那个命题是对的。
毕竟,如果每个满足$f(0)=0$的非解析光滑函数$f$都有$f(x)/x$在0点光滑,那么任意$f \in \mathcal{C}_0^\infty(\mathbb{R})$都可以写成:
$$f(x) = x \cdot \frac{f(x)-f(0)}{x} + f(0)$$
这样就自然属于$V$了。
所以回到核心问题:这个命题到底是不是真的?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Azur

