Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

(B) eSLI 1 < 0; 2 > 0; : : : ; (,1)n n > 0; TO a(h) STROGO OTRICATELX- NO OPREDELENA.

(W) eSLI WSE GLAWNYE MINORY MATRICY [ajk] NEOTRICATELXNY ILI NE- OTRICATELXNY WSE GLAWNYE MINORY MATRICY [,ajk] I SU]ESTWUET k TAKOE, ^TO k = 0, TO a(h) OPREDELENA NE STROGO.

(G) w OSTALXNYH SLU^AQH a(h) NE OPREDELENA.

x89. tEOREMA O SU]ESTWOWANII NEQWNOJ FUNKCII

1. rASSMOTRIM SNA^ALA POSTANOWKU ZADA^I W PROSTEJ[EM (PLOSKOM) SLU^AE. pUSTX ZADANO URAWNENIE

(1)f(x; y) = 0 ((x; y) 2 R2; , OTKRYTO):

rAZRE[IMO LI ONO OTNOSITELXNO PEREMENNOJ x? vELAQ PRIWLE^X DLQ RE- [ENIQ \TOJ ZADA^I METODY DIFFERENCIALXNOGO IS^ISLENIQ, MY DOLVNY RASSMATRIWATX \TU ZADA^U S LOKALXNOJ TO^KI ZRENIQ. iTAK, PUSTX f NE- PRERYWNO DIFFERENCIRUEMA W (TO ESTX OBLADAET W NEPRERYWNYMI ^ASTNYMI PROIZWODNYMI fx0 ; fy0 , I TO^KA (x0; y0) 2 | RE[ENIE URAWNE- NIQ (1), TO ESTX f (x0; y0) = 0. pRI KAKIH USLOWIQH URAWNENIE (1) RAZRE- [IMO OTNOSITELXNO x W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI (x0; y0)?

dLQ RE[ENIQ ZADA^I WOSPOLXZUEMSQ OSNOWNOJ IDEEJ DIFFERENCIALXNO- GO IS^ISLENIQ | LOKALXNOJ LINEJNOJ APPROKSIMACIEJ FUNKCIJ. dIFFE- RENCIRUQ (1), POLU^IM URAWNENIE KASATELXNOJ K KRIWOJ, ZADANNOJ URAW- NENIEM (1), W TO^KE (x0; y0):

(2)fx0 (x0; y0)(x , x0) + fy0 (x0; y0)(y , y0 ) = 0:

|TO LINEJNOE URAWNENIE LOKALXNO APPROKSIMIRUET URAWNENIE (1). pO\TO- MU ESLI URAWNENIE (2) RAZRE[IMO OTNOSITELXNO x, TO MOVNO NADEQTXSQ, ^TO \TO VE WERNO DLQ URAWNENIQ (1). uSLOWIE RAZRE[IMOSTI (2) OTNOSI- TELXNO x O^ENX PROSTOE: fx0 (x0; y0 ) 6= 0: iTAK, MY \WRISTI^ESKI PRI[LI K SLEDU@]EMU UTWERVDENI@:

2. pUSTX FUNKCIQ f(x; y) OPREDELENA I NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMA W OTKRYTOM MNOVESTWE R2, PRI^EM

1)f(x0; y0) = 0,

2)@f@x (x0; y0) 6= 0.

141

tOGDA W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI U TO^KI y0

 

OPREDELENA

FUNKCIQ

x = '(y) (y 2 U ) TAKAQ, ^TO f ('(y); y) = 0 (y

2 U ).

 

 

 

 

 

 

 

oB]AQ TEOREMA O SU]ESTWOWANII NEQWNOJ FUNKCII QWLQETSQ OBOB]E-

NIEM PRIWEDENNOJ WY[E TEOREMY NA WEKTORNYJ SLU^AJ.

 

 

 

 

 

3. pUSTX SISTEMA URAWNENIJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

f1

(x1; : : : ; xn; y1; : : : ; ym ) = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

8

: : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

1

 

 

 

 

n

 

 

1

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

(x ; : : : ; x ; y ; : : : ; y ) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

1

; : : : ; x

n

S PARAMETRAMI y

1

; : : : ; y

m

OBLADA-

OTNOSITELXNO NEIZWESTNYH x

 

 

 

 

 

ET SWOJSTWAMI:

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) WEKTOR x0 = (x01; : : : ; x0n)

 

 

Rn

QWLQETSQ RE[ENIEM SISTEMY (3) DLQ

WEKTORA-PARAMETRA y0 = (y

0

; : : : ; y

0

 

),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

n

1

 

 

m

 

 

 

 

n+m

 

 

 

2) det

@xj

(v)

= 0, GDE v

= (x ; : : : ; x

 

; y

; : : : ; y

 

)

2

R

,

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

@fi

0

@fi

 

 

0

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

I WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE

 

;

 

NEPRERYWNY W NEKOTOROJ OKREST-

 

@xj

@ys

 

NOSTI WEKTORA v.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA SISTEMA (3) RAZRE[IMA OTNOSITELXNO x1; : : : ; xn PRI L@BOM y = (y1; : : : ; ym ) IZ NEKOTOROJ OKRESTNOSTI U WEKTORA y0:

x1 = '1 (y1; : : : ; ym);

(4): : :

xn = 'n(y1; : : : ; ym); y = (y1; : : : ; ym) 2 U( Rm).

pRI \TOM OTOBRAVENIE ' : U ! Rn, OPREDELQEMOE KOORDINATNYMI FUNKCIQMI '1; : : : 'n, NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMO.

pUSTX | OKRESTNOSTX TO^KI v, W KOTOROJ WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE

@fi ; @fi NEPRERYWNY. rASSMOTRIM OTOBRAVENIE

@xj @ys

F (x; y) = (f1 (x; y); : : :; fn (x; y); y)

(ZDESX I DALEE x = (x1; : : : ; xn); y = (y1; : : : ; ym )). oNO NEPRERYWNO DIF-

142

FERENCIRUEMO W I MATRICA qKOBI DLQ F0(v) IMEET WID

2

@f1

 

 

@f1

 

j

@f1

 

 

 

@f1

 

3

@x

1 (v)

: : :

@xn (v)

@y

1 (v)

 

: : :

@ym (v)

 

 

 

 

 

 

 

:n: :

: : :

:n: :

j

:n: :

 

: : :

:n: :

 

 

@f

(v)

: : :

@f

(v)

j

@f

(v)

 

: : :

@f

(v)

 

 

@x1

@xn

@y1

 

@ym

:

 

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

1

0

: : :

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

0

1

: : :

0

 

 

4

 

 

 

0

 

 

j

: : :

: : :

: : :

: : :

5

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

: : :

1

 

7

iZ USLOWIQ 2) SLEDUET, ^TO LINEJNOE OTOBRAVENIE F0(v) OBRATIMO W Rn+m . pO TEOREME 85.1 O DIFFERENCIROWANII OBRATNOJ FUNKCII SU]ESTWUET

1

m

) TO^KI v

I

 

Rn+m

) TO^KI

OKRESTNOSTX

V (

OKRESTNOSTX W(

 

(0; : : : ; 0; y0; : : : ; y0 ) TAKIE, ^TO F

: V

! W OBLADAET NEPRERYWNO DIF-

FERENCIRUEMYM OBRATNYM OTOBRAVENIEM

 

 

 

G : W ! V;

TO ESTX G(f1(x; y); : : :; fn(x; y); y) = (x; y):

 

eSLI 1; : : : ;

n+m | KOORDINATNYE FUNKCII OTOBRAVENIQ G, TO

 

 

xj = j (f1(x; y); : : :; fn(x; y); y); 1 j n:

 

 

 

pUSTX U | TAKAQ OKRESTNOSTX TO^KI y0, ^TO (0; : : :; 0; y1; : : :; ym )

2 W,

WSQKIJ RAZ, KOGDA y 2 U . tOGDA FUNKCII

 

 

 

'j (y1; : : :; ym ) j(0; : : : ; 0; y1; : : : ; ym); 1 j n;

QWLQ@TSQ ISKOMYMI. dEJSTWITELXNO,

(f1( 1( ; y); : : : ; n ( ; y); y); : : :; fn ( 1( ; y); : : :; n( ; y); y); y)

=F G( ; y) = ( ; y);

OTKUDA fj ('1(y); : : :; 'n (y); y) = 0; 1

 

j

 

n. tAKIM OBRAZOM, xj

=

j

 

 

 

 

 

 

 

 

'

(y) (1 j n) UDOWLETWORQ@T SISTEME (4).

>

 

143

x90. lOKALXNYJ OTNOSITELXNYJ \KSTREMUM

 

!

 

 

 

 

~

 

1

 

!m

 

 

1.

pUSTX

 

Rn I ZADANY FUNKCII f

:

 

R; fj :

 

R

(1

j m < n); = fx 2

j f (x) = : : : = f

(x) = 0g. tO^KA

x0 2 NAZYWAETSQ TO^KOJ OTNOSITELXNOGO LOKALXNOGO MAKSIMUMA FUNK-

CII fe, ESLI 9 > 0

 

~

 

 

 

 

 

 

8x 2 B (x0)\ (f(x) f (x0)). aNALOGI^NO OPREDELQ-

@TSQ TO^KI LOKALXNOGO OTNOSITELXNOGO MINIMUMA.

 

 

 

 

2. bUDEM ZANIMATXSQ ISSLEDOWANIEM FUNKCII f NA LOKALXNYJ OTNO- SITELXNYJ \KSTREMUM PRI USLOWIQH

f1 (x) = : : : = fm (x) = 0 (m < n);

j

GDE f; fj NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMY. pUSTX Rg @x@fk (x0) = m (RANG

j

MATRICY @f@xk (x0) RAWEN m). pUSTX, NAPRIMER,

 

 

@f1

 

(x

)

: : :

 

@f1

 

(x

)

 

 

 

 

@x1

 

@x

m

 

 

 

6

 

0

 

 

 

0

 

7

 

: : :

 

: : :

 

@x

: : :

 

= 0:

det2

 

 

 

 

3

 

 

m

 

 

 

 

 

m

 

 

6

4

@f

(x0 )

: : :

@f

(x0 )

5

1

m

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zAPI[EM WEKTOR x W WIDE x =

(x1; : : : ; xm; xm+1; : : : ; xn) = (u; v), GDE

u = (x1; : : : ; xm); v =

 

(xm+1; : : : ; xn). pO TEOREME 89.3 O SU]ESTWOWA-

NII NEQWNOJ FUNKCII SU]ESTWUET OKRESTNOSTX TO^KI x0 = (u0; v0) I NE-

j

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRERYWNO DIFFERENCIRUEMYE FUNKCII 'j (v) (1

 

j

 

 

m) TAKIE, ^TO

x = ' (v) (1 j m) UDOWLETWORQ@T SISTEME URAWNENIJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

f1(u; v) = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

: : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< f

 

(u; v) = 0;

 

 

 

 

 

TO ESTX f

j

('

1

(v); : : : ; '

m

:

 

 

 

 

j

m) W NEKOTOROJ OKRESTNOS-

 

 

 

(v); v) = 0 (1

TI TO^KI v0

= (x

m+1

 

 

n

 

 

 

 

j

 

 

 

j

W FUNKCI@ f ,

0

; : : : ; x ). pODSTAWIW

' (v) WMESTO x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POLU^IM FUNKCI@ (v)

f ('1 (v); : : : ; 'm (v); v). tEPERX SFORMULIRUEM

NEOBHODIMOE USLOWIE LOKALXNOGO OTNOSITELXNOGO \KSTREMUMA.

 

3. eSLI x0 = (u0; v0 ) | TO^KA OTNOSITELXNOGO \KSTREMUMA FUNK-

CII f, TO v0

= (xm+1; : : : ; xn ) | TO^KA ABSOL@TNOGO

(W SMYSLE 84:1)

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LOKALXNOGO \KSTREMUMA DLQ .

144

 

pUSTX DLQ OPREDELENNOSTI

x0

= (u0; v0 ) |

TO^KA OTNOSITELXNOGO LO

-

 

KALXNOGO MAKSIMUMA DLQ f. tOGDA DLQ TO^EK v, DOSTATO^NO BLIZKIH K

v0, WEKTOR ('1(v); : : : ; 'm(v); v)

2

, TAK KAK

fj ('1(v); : : : ; 'm (v); v) = 0

(1 j m). pO\TOMU

 

e

 

 

(v) = f ('1(v); : : : ; 'm(v); v) f ('1(v0); : : : ; 'm(v0); v0 ) = (v0): >

x91. mETOD lAGRANVA

1. iZLOVENNYJ WY[E METOD WYQWLENIQ \PODOZRITELXNYH" NA LOKALX- NYJ OTNOSITELXNYJ \KSTREMUM TO^EK NA PRAKTIKE ^ASTO MALO\FFEKTI- WEN, TAK KAK ON SWQZAN S NAHOVDENIEM FUNKCIJ W QWNOM WIDE. bOLEE UPO- TREBITELEN mETOD lAGRANVA, KOTORYJ SOSTOIT W SLEDU@]EM:

1) NAHODITSQ OBLASTX

= fx 2 j f1(x) = : : : = fm(x) = 0; Rg" @fi (x)# = mg; e @xk

m

2) WWODITSQ WSPOMOGATELXNAQ FUNKCIQ F (x) = f (x) , P j fj (x),

j=1

3) SISTEMY URAWNENIJ

 

@F

@f

m

@fj

 

 

 

 

X

 

(1)

@xk (x) =

@xk (x) ,

j @xk (x) = 0; 1 k n;

j=1

(2)

 

fj (x) = 0;

1 j m;

RE[A@TSQ SOWMESTNO OTNOSITELXNO n+m NEIZWESTNYH x1; : : : ; xn; 1; : : : ; m . tOGDA:

2. eSLI x0 | TO^KA OTNOSITELXNOGO LOKALXNOGO \KSTREMUMA, TO

~

~

 

 

1

n

~

~

NAJDUTSQ TAKIE 1; : : : m, ^TO DLQ TO^KI (x0; : : : ; x0

; 1

; : : : m ) UDOWLE-

TWORQ@TSQ SISTEMY

(1) | (2).

TAK KAK x0 2 . dLQ PROWERKI RAWENSTW

sISTEMA (2) UDOWLETWORQETSQ,

 

 

 

 

 

e

 

 

 

(1) POKAVEM SNA^ALA, ^TO ESLI x0 | TO^KA LOKALXNOGO OTNOSITELXNOGO

\KSTREMUMA, TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n @f

 

 

 

(3)

df(x0)(h) =

X

 

 

(x0)hk = 0

 

 

 

@x

k

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

145

DLQ L@BOGO WEKTORA h = (h1; : : : ; hn), KOORDINATY KOTOROGO UDOWLETWORQ- @T LINEJNYM SWQZQM

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

X

@f@xk (x0)hk

= 0;

 

1 j m:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w OBOZNA^ENIQH

90 v0 = (x0m+1; : : : ; x0n) | TO^KA ABSOL@TNOGO LOKALXNOGO

\KSTREMUMA DLQxFUNKCII (v), I W SILU 84.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

m

 

@f

 

 

 

 

j

 

 

 

 

@f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(v0 ) =

X

 

(x0 )@'@xs (v0 ) +

(x0 ) = 0; m + 1 s n:

 

 

 

 

 

@xs

@xj

@xs

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

j

 

 

 

 

 

 

 

w SILU RAWENSTW xj = 'j(v) (1

 

j

 

 

m) ZAWISIMYE KOORDINATY hj

(1

 

j

 

m)

WEKTORA

h

RAWNY

h

j

= dx

j

=

 

 

@'

s

(1

 

j

 

m),

^TO

 

 

@xs

 

 

 

 

 

 

 

 

s=m+1

(v0 )h

 

 

\KWIWALENTNO (4). sLEDOWATELXNO,

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

df (x0 )h

rAWENSTWA

 

n

 

 

 

 

m

 

 

 

n

j

 

(v0)hs!

 

 

 

=

k=1

@f

(x0)hk = j=1

@f

(x0)

 

@'

 

 

 

 

@xk

@xj

s=m+1

@xs

 

 

 

 

n

 

@f

 

 

 

n

 

@f

P

m

 

@f

 

@'

j

 

 

P

 

 

s P

 

 

 

 

 

 

s

+

s=m+1 @xs (x0)h

= s=m+1f@xs (x0) + j=1 @xj (x0)

@xs

(v0)gh

 

P

 

@

s

P

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

P

 

 

(v0)h = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@xs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s=m+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3){(4)

OZNA^A@T, ^TO ESLI WEKTOR h ORTOGONALEN WSEM WEK-

TORAM kj =

@fj

 

(x0); : : : ;

@fj

 

(x0 ) ; 1 j m, TO ON ORTOGONALEN I

@x1

 

@xn

 

WEKTORU k =

@f

(x0); : : : ;

@f

(x0 ) . sLEDOWATELXNO (SM. 62.9), WEKTOR k

@x1

@xn

ESTX LINEJNAQ KOMBINACIQ WEKTOROW kj , TO ESTX SU]ESTWU@T j TAKIE, ^TO

 

m

 

 

 

@f

 

 

 

m

~

@fj

(x0). uTWERVDENIE DOKAZANOf .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =

j kj , ILI

 

 

 

k

(x0) =

P

 

j

k

>

 

P f

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

@x

 

j=1

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

3. dALEE, \PODOZRITELXNYE" NA \KSTREMUM TO^KI NUVNO ISSLEDOWATX S POMO]X@ IZWESTNOJ KWADRATI^NOJ FORMY DLQ WSPOMOGATELXNOJ FUNK-

CII F . w SILU (1)

@F

(x0) = 0 (1 k n). pO\TOMU, POLAGAQ bjk =

@xk

 

@2F

(x0 ), IMEEM

 

 

 

 

j k

 

 

 

 

@x @x

 

 

 

1

n

bjk(xj , x0j )(xk , x0k ) + o(kx , x0k2) (x ! x0):

 

F (x) , F (x0) = 2

j;k=1

 

 

 

X

 

146

n

eSLI KWADRATI^NAQ FORMA b(h) = P bjkhj hk , NAPRIMER, STROGO POLOVI-

j;k=1

TELXNO OPREDELENA, TO x0 | TO^KA LOKALXNOGO MINIMUMA DLQ F , A ZNA^IT,

IDLQ f !

4.z A M E ^ A N I E. iSSLEDOWANIE b(h) NA OPREDELENNOSTXSLEDUET PROWODITX S U^ETOM (4); SME]ENIQ hj (1 j m) TEPERX ZAWISQT OT SME]ENIJ hs (m + 1 s n): FORMA b(h) MOVET NE BYTX OPREDELENNOJ• , ESLI S^ITATX WSE hj (1 j n) NEZAWISIMYMI, NO PRI U^ETESWQZEJ (4) ONA MOVET OKAZATXSQ OPREDELENNOJ• .

147

|lementy ob}ej topologii

x92. mETRI^ESKOE PROSTRANSTWO

1. pUSTX M | MNOVESTWO. fUNKCIQ d : M M ! R NAZYWAETSQ METRIKOJ W M , ESLI ONA OBLADAET SWOJSTWAMI:

(I)d(x; y) 0; d(x; y) = 0 , x = y,

(II)d(x; y) = d(y; x),

(III)d(x; y) d(x; z) + d(z; y),

GDE x; y; z 2 M PROIZWOLXNY. mNOVESTWO M S FIKSIROWANNOJ W NEMMET-

RIKOJ d NAZYWAETSQ METRI^ESKIM PROSTRANSTWOM.

2. pUSTX (M; d) | METRI^ESKOE PROSTRANSTWO. mNOVESTWO B"(x) fy 2 Mj d(y; x) < "g NAZYWAETSQ OTKRYTYM [AROM RADIUSA " > 0 S CENTROM W TO^KE x. mNOVESTWO X ( M) NAZYWAETSQ OTKRYTYM, ESLI 8x 2 X 9" > 0 (B"(x) X). ~EREZ B" [x] BUDEM OBOZNA^ATX MNOVESTWO fy 2 Mj d(y; x) "g. oSNOWNYE SWOJSTWA OTKRYTYH MNOVESTW:

3. ;; M | OTKRYTYE MNOVESTWA.

n

4. eSLI X1; : : : ; Xn OTKRYTY, TO T Xi OTKRYTO.

i=1

5. eSLI (Xi )i2I | PROIZWOLXNOE SEMEJSTWO OTKRYTYH MNOVESTW,

TO S Xi OTKRYTO.

i2I

6. z A M E ^ A N I E. dLQ L@BYH DWUH RAZLI^NYH TO^EK x; y W METRI- ^ESKOM PROSTRANSTWE SU]ESTWUET " > 0 TAKOE, ^TO B" (x) \ B" (y) = ;.

p R I M E R Y. 7. pUSTX E | EWKLIDOWO PROSTRANSTWO. fUNKCIQ d(x; y) = kx , yk (x; y 2 E) QWLQETSQ METRIKOJ W E. sOOTWETSTWU@]EE PONQTIE OTKRYTOGO MNOVESTWA SOWPADAET S WWEDENNYMW 63.1 PONQTIEM OTKRYTOGO MNOVESTWA W EWKLIDOWOM PROSTRANSTWE.

8. gILXBERTOWO PROSTRANSTWO `2. tO^KAMI \TOGO PROSTRANSTWA QW- LQ@TSQ KOMPLEKSNYE POSLEDOWATELXNOSTI x = (x1; x2; : : :), DLQ KOTORYH

148

1 n

2

< +1. iZ NERAWENSTWA {WARCA 41.4 SLEDUET, ^TO FUNKCIQ

n=1 jx j

 

P

 

 

 

 

d(x; y) [ 1 jxn , ynj2

]1=2

(x = (x1; x2; : : :); y = (y1; y2; : : :) 2 `2 )

 

 

X

 

 

 

 

n=1

 

 

QWLQETSQ METRIKOJ W `2.

9. dISKRETNAQ METRIKA W MNOVESTWE M ZADAETSQ RAWENSTWOM

d(x; y) =

1;

ESLI x = y,

0;

6

 

ESLI x = y.

w \TOM SLU^AE M NAZYWAETSQ DISKRETNYM METRI^ESKIM PROSTRANSTWOM. w TAKOM PROSTRANSTWE

M;

ESLI " > 1,

B" (x) = fxg;

ESLI " 1.

10. w METRI^ESKOM PROSTRANSTWE ESTESTWENNO OPREDELQETSQ PONQTIE SHODIMOSTI. pOSLEDOWATELXNOSTX (xn) \LEMENTOW METRI^ESKOGO PROSTRAN-

STWA NAZYWAETSQ SHODQ]EJSQ K \LEMENTU x (xn ! x), ESLI limn d(xn; x) = 0: pOSLEDOWATELXNOSTX (xn ) NAZYWAETSQ FUNDAMENTALXNOJ, ESLI

8" > 0 9N 8n; m > N (d(xn; xm) < "):

wSQKAQ SHODQ]AQSQ POSLEDOWATELXNOSTX FUNDAMENTALXNA (!!). oDNAKO OB- RATNOE UVE NE WSEGDA WERNO. mETRI^ESKOE PROSTRANSTWO, W KOTOROM WSQKAQ FUNDAMENTALXNAQ POSLEDOWATELXNOSTX SHODITSQ, NAZYWAETSQ POLNYM .

u P R A V N E N I Q. 11. oTKRYTYJ [AR B"(x) W METRI^ESKOM PRO- STRANSTWE | OTKRYTOE MNOVESTWO.

12.pUSTX M | ^ASTX PROSTRANSTWA `2 , SOSTOQ]AQ IZ WSEH POSLEDOWA- TELXNOSTEJ x = (x1; x2; : : :), U KOTORYH xi 6= 0 LI[X DLQ KONE^NOGO ^ISLA INDEKSOW i. pRIWEDITE PRIMER FUNDAMENTALXNOJ POSLEDOWATELXNOSTI W M, KOTORAQ W M NE SHODITSQ (METRIKA W M ZAIMSTWOWANA IZ `2).

13.dISKRETNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO POLNO.

14.mOVET LI W METRI^ESKOM PROSTRANSTWE [AR BOLX[EGO RADIUSA LEVATX STROGO WNUTRI [ARA MENX[EGO RADIUSA?

149

iS2I

x93. tOPOLOGI^ESKOE PROSTRANSTWO

1.kAK MY UVE WIDELI, OSNOWNYE PONQTIQ MATEMATI^ESKOGO ANALIZA (PREDEL FUNKCII, NEPRERYWNOSTX) MOGUT BYTX SFORMULIROWANY W TERMI- NAH OKRESTNOSTEJ. oPREDELENIE OKRESTNOSTI TO^KI DO SIH POR SWQZYWA- LOSX S PONQTIEM RASSTOQNIQ. dALXNEJ[EE RAZWITIE ANALIZA W BESKONE^- NOMERNYH PROSTRANSTWAH ESTESTWENNO POSTAWILO NA POWESTKU DNQ SOZDA- NIE KONCEPCII PROSTRANSTWA, W KOTOROM S KAVDOJ TO^KOJ SWQZYWALASX BY SISTEMA OKRESTNOSTEJ, NE OBQZATELXNO SWQZANNAQ S KAKIM-LIBO RASSTOQ- NIEM. |TO PRIWELO K PONQTI@ TOPOLOGI^ESKOGO PROSTRANSTWA. nE IMEQ ZDESX WOZMOVNOSTI UGLUBLQTXSQ W ISTORI@ WOPROSA, OTMETIM, ^TO WYBOR AKSIOM TOPOLOGI^ESKOGO PROSTRANSTWA, BYL REZULXTATOM DLITELXNYH PO- ISKOW.

pRI OPREDELENII TOPOLOGI^ESKOGO PROSTRANSTWA UDOBNO ZA PERWI^NOE BRATX PONQTIE OTKRYTOGO MNOVESTWA. oDNAKO W PRILOVENIQH ^ASTO UDOB- NEE ZADAWATX TOPOLOGI@, ISHODQ IZ PONQTIQ OKRESTNOSTI TO^KI. nIVE MY IZLOVIM OBA PODHODA.

2.pUSTX E | MNOVESTWO I UKAZANA SISTEMA T ^ASTEJ MNOVESTWA E, OBLADA@]AQ SWOJSTWAMI:

(I);; E 2 T ,

n

(II) ESLI X1; : : : ; Xn 2 T , TO T Xi 2 T ,

i=1

(III) ESLI (Xi)i2I | PROIZWOLXNOE SEMEJSTWO IZ T , TO Xi 2 T .

w \TOM SLU^AE SISTEMA T NAZYWAETSQ TOPOLOGIEJ W E, A \LEMENTY SISTE- MY T NAZYWA@TSQ OTKRYTYMI MNOVESTWAMI. mNOVESTWO E S FIKSIRO- WANNOJ W NEMTOPOLOGIEJ T NAZYWAETSQ TOPOLOGI^ESKIM PROSTRANSTWOM I OBOZNA^AETSQ (E; T ).

~ITATELX, PO-WIDIMOMU, UVE OBRATIL WNIMANIE NA TO, ^TO ZA AKSI- OMY TOPOLOGI^ESKOGO PROSTRANSTWA WZQTY OSNOWNYE SWOJSTWA OTKRYTYH MNOVESTW W METRI^ESKOM PROSTRANSTWE (SM. 92.2).

p R I M E R Y. 3. sISTEMA WSEH OTKRYTYH PODMNOVESTW METRI^ESKOGO PROSTRANSTWA QWLQETSQ TOPOLOGIEJ. w \TOM SLU^AE GOWORQT, ^TO TOPOLO- GIQ OPREDELQETSQ METRIKOJ.

150