La notación de Landau (Edmund Landau ) se define de la siguiente forma:
Si f(x), g(x) son funciones complejas definidas en un entorno de un punto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
, entonces
f
=
O
(
g
)
{\displaystyle f=O(g)\,\!}
cuando
x
→
x
0
{\displaystyle x\rightarrow x_{0}}
si y sólo si existe un
ϵ
>
0
{\displaystyle \epsilon >0}
tal que
|
f
(
x
)
|
≤
ϵ
|
g
(
x
)
|
{\displaystyle |f(x)|\leq \epsilon |g(x)|}
para todo
x
{\displaystyle x}
en un entorno de
x
0
{\displaystyle x_{0}\,\!}
.
f
=
o
(
g
)
{\displaystyle f=o(g)\,\!}
cuando
x
→
x
0
{\displaystyle x\rightarrow x_{0}}
si y sólo si para todo
ϵ
>
0
{\displaystyle \epsilon >0}
tenemos que
|
f
(
x
)
|
<
ϵ
|
g
(
x
)
|
{\displaystyle |f(x)|<\epsilon |g(x)|\,\!}
para todo
x
{\displaystyle x}
en un entorno de
x
0
{\displaystyle x_{0}\,\!}
.
Una versión un poco más restrictiva pero más manejable que la definición anterior es la siguiente:
Sean
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
,
g
(
x
)
{\displaystyle g(x)\,\!}
dos funciones definidas para
x
>
x
0
.
{\displaystyle x>x_{0}.\,\!}
y sea
g
(
x
)
≠
0
∀
x
>
x
0
{\displaystyle g(x)\neq 0\ \ \forall x>x_{0}\,\!}
. Los símbolos
f
=
o
(
g
)
{\displaystyle f=o(g)\,\!}
,
f
=
O
(
g
)
{\displaystyle f=O(g)\,\!}
significan respectivamente que
f
(
x
)
/
g
(
x
)
→
0
{\displaystyle f(x)/g(x)\to 0\,\!}
cuando
x
→
x
0
{\displaystyle x\to x_{0}\,\!}
, y que
f
(
x
)
/
g
(
x
)
{\displaystyle f(x)/g(x)\,\!}
está acotado para
x
{\displaystyle x\,\!}
suficientemente grande. La misma notación es usada cuando
x
{\displaystyle x\,\!}
tiende a un límite finito o a
−
∞
{\displaystyle -\infty \,\!}
, o también cuando
x
{\displaystyle x\,\!}
tiende a su límite a través de una secuencia discreta de valores. En particular, una expresión es
o
(
1
)
{\displaystyle o(1)\,\!}
o
O
(
1
)
{\displaystyle O(1)\,\!}
si tal expresión tiende a cero o está acotada respectivamente.
Dos funciones
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
y
g
(
x
)
{\displaystyle g(x)\,\!}
definidas en una vecindad de un punto
x
0
{\displaystyle x_{0}\,\!}
(finito o infinito) son llamadas asintóticamente iguales si
f
(
x
)
/
g
(
x
)
→
1
{\displaystyle f(x)/g(x)\to 1\,\!}
cuando
x
→
x
0
{\displaystyle x\to x_{0}\,\!}
Si las fracciones
f
(
x
)
/
g
(
x
)
{\displaystyle f(x)/g(x)\,\!}
,
g
(
x
)
/
f
(
x
)
{\displaystyle g(x)/f(x)\,\!}
están acotadas en una vecindad de
x
0
{\displaystyle x_{0}\,\!}
se dice que
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
,
g
(
x
)
{\displaystyle g(x)\,\!}
son del mismo orden cuando
x
→
x
0
{\displaystyle x\to x_{0}\,\!}
Contexto de las propiedades
Sean
a
,
b
∈
R
{\displaystyle a,b\in \mathbb {R} \,\!}
y supóngase que
f
{\displaystyle f\,\!}
es una función definida sobre un intervalo finito o infinito
a
≤
x
<
b
{\displaystyle a\leq x<b\,\!}
y es integrable sobre cualquier intervalo
(
a
,
b
′
)
{\displaystyle (a,b')\,\!}
con
b
′
<
b
{\displaystyle b'<b\,\!}
podemos escribir
F
(
x
)
=
∫
a
x
f
(
t
)
d
t
x
∈
(
a
,
b
′
)
{\displaystyle F(x)=\int _{a}^{x}f(t)\mathrm {d} t\ \ x\in (a,b')\,\!}
Sea
u
0
,
u
1
,
u
2
,
…
{\displaystyle u_{0},u_{1},u_{2},\ldots \,\!}
una sucesión de números y sea
U
ν
=
u
0
+
u
1
+
⋯
+
u
ν
(
ν
=
0
,
1
,
…
)
{\displaystyle U_{\nu }=u_{0}+u_{1}+\cdots +u_{\nu }\ \ (\nu =0,1,\ldots )\,\!}
la misma notación será utilizada para otras letras. Se tienen las siguientes propiedades:
Suponga que
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
,
g
(
x
)
{\displaystyle g(x)\,\!}
están definidas en
a
≤
x
<
b
{\displaystyle a\leq x<b\,\!}
e integrables sobre cualquier
(
a
,
b
′
)
{\displaystyle (a,b')\,\!}
, que
g
(
x
)
≥
0
{\displaystyle g(x)\geq 0\,\!}
y que
G
(
x
)
→
+
∞
{\displaystyle G(x)\to +\infty \,\!}
cuando
x
→
b
{\displaystyle x\to b\,\!}
. Si
f
(
x
)
=
o
(
g
(
x
)
)
{\displaystyle f(x)=o(g(x))\,\!}
cuando
x
→
b
{\displaystyle x\to b\,\!}
, entonces también se tendrá que
F
(
x
)
=
o
(
G
(
x
)
)
{\displaystyle F(x)=o(G(x))\,\!}
Sean
{
u
ν
}
,
{
v
ν
}
,
{\displaystyle \{u_{\nu }\},\ \{v_{\nu }\},\ \,\!}
dos sucesiones de números, esta última positiva. Si
{
u
ν
}
=
o
{
v
ν
}
,
{\displaystyle \{u_{\nu }\}=o\{v_{\nu }\},\ \,\!}
y
V
ν
→
+
∞
{\displaystyle V_{\nu }\to +\infty \,\!}
, entonces
U
ν
=
o
(
V
ν
)
{\displaystyle U_{\nu }=o(V_{\nu })\,\!}
Suponga que la serie
∑
v
ν
{\displaystyle \sum v_{\nu }\,\!}
converge, que los
v
{\displaystyle v\,\!}
's son positivos, y que
u
ν
=
o
(
v
ν
)
{\displaystyle u_{\nu }=o(v_{\nu })\,\!}
. entonces
u
ν
+
u
ν
+
1
+
⋯
=
o
(
v
ν
+
v
ν
+
1
+
⋯
)
{\displaystyle u_{\nu }+u_{\nu +1}+\cdots =o(v_{\nu }+v_{\nu +1}+\cdots )\,\!}
Sea
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
una función positiva, monótona y finita definida para
x
≥
0
{\displaystyle x\geq 0\,\!}
y sea
F
(
x
)
=
∫
0
x
f
d
t
,
F
n
=
f
(
0
)
+
f
(
1
)
+
⋯
+
f
(
n
)
.
{\displaystyle F(x)=\int _{0}^{x}f\mathrm {d} t,\ \ \ F_{n}=f(0)+f(1)+\cdots +f(n).\,\!}
Entonces
(
i
)
{\displaystyle (i)}
si
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
decrementa,
F
(
n
)
−
f
n
{\displaystyle F(n)-f_{n}}
tiende a un límite finito
(
i
i
)
{\displaystyle (ii)}
si
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
incrementa,
F
(
n
)
≤
F
n
≤
F
(
n
)
−
f
(
n
)
n
→
+
∞
{\displaystyle F(n)\leq F_{n}\leq F(n)-f(n)_{n}\to +\infty }
Sea
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
positiva, finita y monótona para
x
≥
0
{\displaystyle x\geq 0\,\!}
. Si se cumple
(
i
)
{\displaystyle (i)}
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
incrementa y
F
(
x
)
→
∞
{\displaystyle F(x)\to \infty \,\!}
o
(
i
i
)
{\displaystyle (ii)}
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\,\!}
incrementa y
f
(
x
)
=
o
(
F
(
x
)
)
{\displaystyle f(x)=o(F(x))\,\!}
, entonces
F
n
{\displaystyle F_{n}\,\!}
es asintóticamente igual a
F
(
n
)
{\displaystyle F(n)\,\!}
{\displaystyle \,\!}
Trigonometric Series , vol. 1, A. Zygmund.