А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdfpO\TOMU SU]ESTWUET 2 M TAKOE, ^TO (xn) 2 . pRI \TOM (n) ! PO |
||||||||
METRIKE : |
|
|
|
|
|
|
|
|
( ; (n)) |
|
( ; j(xn)) + (j(xn); (n)) < lim d(xk; xn ) + |
1 |
0 (n |
|
): |
|
> |
|
|
|
||||||
|
n ! |
! 1 |
|
|||||
|
k |
|
|
|
|
4. p R I M E R. pOPOLNENIE INTERWALA (a; b) R MOVNO OTOVDESTWITX S OTREZKOM [a; b].
x217. sWOJSTWA POLNYH METRI^ESKIH PROSTRANSTW
1. t E O R E M A [O WLOVENNYH [ARAH]. w POLNOM METRI^ESKOM PRO-
STRANSTWE WSQKAQ POSLEDOWATELXNOSTX WLOVENNYH DRUG W DRUGA ZAMK- NUTYH [AROW, RADIUSY KOTORYH STREMQTSQ K NUL@, OBLADAET OB]EJ TO^KOJ.
dANO (SM. 92.2): Br1 [x1] Br2 [x2 ] : : : |
; |
rn ! 0. tREBUETSQ DOKAZATX: |
|
1 |
|
|
|
9x 2 k=1 Brk [xk]. |
|
|
|
T |
|
|
|
pOSLEDOWATELXNOSTX (xn) | FUNDAMENTALXNA fTAK KAK xn+p 2 Brn [xn]; |
|||
d(xn; xn+p) rn |
! 0 g. pUSTX x = lim xn; |
|
x | ISKOMAQ TO^KA: DEJSTWI- |
TELXNO, |
|
|
|
d(x; xn ) d(x; xn+p ) + d(xn; xn+p) d(x; xn+p) + rn;
PEREHODQ K PREDELU PO p, POLU^IM d(x; xn ) rn, OTKUDA x 2 Brn [xn] DLQ L@BOGO n 2 N: >
2. mNOVESTWO S W METRI^ESKOM PROSTRANSTWE NAZYWAETSQ NIGDE NE PLOTNYM (SR. 95.5), ESLI S, = ; (TO ESTX S, NE IMEET WNUTRENNIH TO^EK).
3. p R I M E R Y: f1; 12; 13 ; : : :g NIGDE NE PLOTNO W R; Q NE NIGDE NE PLOTNO W R (ONO PLOTNO W R).
4. t E O R E M A [r. b\R]. pOLNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO NE
QWLQETSQ OB_EDINENIEM S^•ETNOGO ^ISLA NIGDE NE PLOTNYH MNOVESTW. |
||||
|
pUSTX, NAPROTIW, POLNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO M = 1 |
An; A, = |
||
|
|
n=1 |
n |
|
; |
(n 2 |
N |
S |
|
). pOSTROIM POSLEDOWATELXNOSTX [AROW Br1 [x1] Br2 [x2] : : : |
||||
SO SWOJSTWAMI: rn ! 0; Brn [xn] \ An = ; (n 2 N). tOGDA TO^KA x, PRI- |
||||
NADLEVA]AQ WSEM \TIM [ARAM (SU]ESTWU@]AQ PO TEOREME O WLOVENNYH |
||||
[ARAH), NE PRINADLEVIT |
1 An, ^TO PROTIWORE^IT PREDPOLOVENI@. |
|||
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
S |
|
371
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pOSTROENIE PROWEDEM• PO INDUKCII. tAK KAK A, |
|
|
= |
|
, SU]ESTWUET |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
6 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
x |
|
A, |
|
(INA^E A, = M I A, = M = |
|
). tAK KAK A, |
|
OTKRYTO I MET- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RI^ESKOE PROSTRANSTWO REGULQRNO |
|
SM |
. 104.3), |
NAJDETSQ |
r1 (0 < r1 < 1) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
||||||||||||||||||||
TAKOE, ^TO B |
r1 |
[x |
] |
|
A,c . pRI \TOM B |
|
[x |
] |
\ |
A |
1 |
= |
; |
. pUSTX UVE POSTROENY |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[ARY |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
r1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Br1 [x1] : : : Brk [xk]; 0 < rn < |
|
; Brn [xn] |
\ An = ; (1 n k): |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
n |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
dLQ POSTROENIQ |
|
(k + 1)-GO [ARA ZAMETIM, ^TO Br (xk ) |
|
|
|
|
A, |
(INA^E |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
; 6 |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k+1 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
2 |
6 |
k+1 |
\ |
|
|
|
c |
|
||||||||||||
(xk ) |
|
|
|
|
= |
). pO\TOMU NAJDETSQ• |
xk+1 |
Br |
k |
(xk ) |
|
|
k+1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
= Br |
|
|
|
|
A, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A, |
|
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
PRI \TOM MNOVESTWO W PRAWOJ ^ASTI OTKRYTO. |
w SILU REGULQRNOSTI MET- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RI^ESKOGO PROSTRANSTWA NAJDETSQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
TAKOE |
|
^TO |
|||||||||||||||||||||||||||
rk+1 (0 < rk+1 < k + 1) |
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A,c |
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Br |
k+1 |
[xk+1] |
|
Br |
k |
(xk ) |
\ |
|
|
. pRI \TOM Br |
k+1 |
[xk+1 |
] |
\ |
Ak+1 = |
; |
. pOSTROENIE |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
ZAWER[ENO. |
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
5. u P R A V N E N I E. w MNOVESTWE N NATURALXNYH ^ISEL POLOVIM |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d(x; y) = |
|
0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
ESLI x = y, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + (x |
+ y),1; |
|
ESLI x = y. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
A) dOKAZATX, ^TO d | METRIKA; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
B) (N; d) | POLNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
W) POSTROITX W N POSLEDOWATELXNOSTX NEPUSTYH ZAMKNUTYH WLOVEN- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NYH [AROW, RADIUSY KOTORYH NE STREMQTSQ K NUL@, I NE SU]ESTWUET |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TO^KI, PRINADLEVA]EJ WSEM [ARAM ODNOWREMENNO (SR. S FORMULIROWKOJ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TEOREMY O WLOVENNYH [ARAH). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
x218. pRINCIP SVIMA@]IH OTOBRAVENIJ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1. oTOBRAVENIE f : M |
|
|
! M METRI^ESKOGO PROSTRANSTWA M W SEBQ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NAZYWAETSQ SVIMA@]IM (ILI SVATIEM ), ESLI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 < 1 8x; y 2 M (d(f (x); f (y)) d(x; y)): o^EWIDNO, SVIMA@]EE OTOBRAVENIE NEPRERYWNO:
xn ! x ) d(f (xn); f(x)) d(xn; x) ! 0:
372
|
2. eSLI M | POLNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO I f : M ! M | |
SVIMA@]EE OTOBRAVENIE, TO URAWNENIE |
|
(1) |
f(x) = x |
IMEET EDINSTWENNOE RE[ENIE.
sU]ESTWOWANIE. dLQ PROIZWOLXNOGO x0 2 M POLOVIM x1 = f (x0); x2 = |
||||
f (x1); : : : tOGDA POSLEDOWATELXNOSTX (xn ) FUNDAMENTALXNA: |
||||
(2) d(xn+p; xn ) d(xn+p,1; xn,1 ) : : : nd(xp; x0) |
||||
|
n[d(x0; x1) + d(x0; x1) + : : : + p,1d(x0; x1)] |
|||
|
n |
|
|
|
|
|
1 , d(x0; x1) ! 0 (n ! 1). |
||
pOLOVIM x = lim xn. iZ NEPRERYWNOSTI f IMEEM: |
||||
n |
|
|
|
|
|
|
f (x) = lim f (xn ) = lim xn+1 = x: |
||
|
|
|
n |
n |
eDINSTWENNOSTX. pUSTX y | E]•E ODIN \LEMENT TAKOJ, ^TO f (y) = y. tOGDA
d(x; y) = d(f(x); f(y)) d(x; y) ) d(x; y) = 0 ) x = y: >
3. z A M E ^ A N I E. ~ASTO BYWAET NEOBHODIMO OCENITX POGRE[NOSTX, S KOTOROJ APPROKSIMIRU@]AQ RE[ENIE POSLEDOWATELXNOSTX PRIBLIVAET-
SQ K RE[ENI@ x URAWNENIQ (1). dLQ \TOGO MOVNO, NAPRIMER, PEREJTI K |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
PREDELU PO |
p |
W OCENKE |
(2). |
iMEEM TOGDA |
d(xn; x) 1 , d(x0; x1). |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
4. [oBOB]ENNYJ• |
PRINCIP]. pUSTX f : M |
! |
M | OTOBRAVENIE POL- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[n] |
f : : : f |
|
NOGO METRI^ESKOGO PROSTRANSTWA M W SEBQ, PRI^•EM g = f |
|
(n-AQ SUPERPOZICIQ) | SVATIE. tOGDA URAWNENIE (1) IMEET EDINSTWEN- NOE RE[ENIE.
pUSTX x | (NEOBHODIMO EDINSTWENNOE) RE[ENIE URAWNENIQ g(x) = x. tOGDA f (x) | TAKVE RE[ENIE \TOGO URAWNENIQ. sLEDOWATELXNO, f (x) = x. |TO RE[ENIE EDINSTWENNO:
y = f(y) ) y = f[2](y) ) : : : ) y = f[n](y) = g(y) ) y = x: >
pRINCIP SVIMA@]IH OTOBRAVENIJ IMEET MNOGO^ISLENNYE PRIMENE- NIQ W RAZLI^NYH ZADA^AH ANALIZA, DIFFERENCIALXNYH I INTEGRALXNYH URAWNENIJ. pRIWED•EM DWE ILL@STRACII.
373
5. [iNTEGRALXNOE URAWNENIE fREDGOLXMA 2-GO RODA]. rASSMOTRIM IN- TEGRALXNOE URAWNENIE W PROSTRANSTWE C[a; b] S METRIKOJ, OPREDELQEMOJ
NORMOJ: kfk = max jf (t)j:
t2[a;b]
|
b |
(3) |
f (t) = Za K (t; s)f (s)ds + '(t); |
GDE FUNKCII '(t); K(t; s) NEPRERYWNY (W ^ASTNOSTI, K OGRANI^ENA: jK(t; s)j
M; (t; s 2 [a; b]). rASSMOTRIM OTOBRAVENIE
(Af )(t) Z bK (t; s)f (s)ds + '(t):
a
tOGDA d(Af; Ag) = max j(Af )(t) , (Ag)(t)j
t2[a;b]
TELXNO, PRI M(b , a) < 1 URAWNENIE (3) IMEET EDINSTWENNOE RE[ENIE. oTMETIM, ^TO SOOTWETSTWU@]AQ POSLEDOWATELXNOSTX PRIBLIVENIJ IME- ET WID (PRI f0 = 0):
f1(t) |
(Af0)(t) = '(t); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
f2(t) |
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(Af1)(t) = |
a K (t; s)'(s)ds + '(t); |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
. . . . . . . . . . . . . .Z. . . . . . . . . . . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fn (t) |
(Afn,1 )(t) = Za K(t; s)fn,1 (s)ds + '(t); : : : |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
6. [iNTEGRALXNOE URAWNENIE wOLXTERRA]. sNOWA W C[a; b] RASSMOTRIM |
|||||||||||||||||||||||
URAWNENIE (W PREVNIH PREDPOLOVENIQH) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
|
f (t) = Za K(t; s)f (s)ds + '(t) ( (Af )(t)): |
|
|
|
|||||||||||||||
pOSLEDOWATELXNO IMEEM OCENKI: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
j(Af)(t) , (Ag)(t)j |
M(t , a)kf , gk; |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
j(A |
[2] |
|
|
|
|
[2] |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
2 |
kf , gk; : : : ; |
|
|
|
|
||||
|
f )(t) , (A g)(t)j |
2M |
|
(t , a) |
|
|
|
|
|||||||||||||||
[n] |
|
|
|
|
[n] |
|
|
1 |
|
|
n |
|
n |
|
1 |
|
n |
|
|
n |
|||
j(A |
f )(t) , (A |
|
|
g)(t)j |
n!M |
|
(t , a) kf |
, gk n!M |
|
(b , a) kf , gk: |
|||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[n] |
|
pOSKOLXKU |
|
n!M |
|
(b , a) < 1 DLQ DOSTATO^NO BOLX[IH n; A |
|
| SVATIE, |
|||||||||||||||||
I W SILU P. 4 URAWNENIE (4) IMEET EDINSTWENNOE RE[ENIE. |
|
|
|
374
x219. kOMPAKTNYE MNOVESTWA W METRI^ESKOM
PROSTRANSTWE
1. pUSTX M | METRI^ESKOE PROSTRANSTWO; MNOVESTWO X M NAZYWA- ETSQ PREDKOMPAKTNYM, ESLI X, KOMPAKTNO. w METRI^ESKOM PROSTRANSTWE S PONQTIEM KOMPAKTNOSTI TESNO SWQZANO PONQTIE POLNOJ OGRANI^ENNOSTI.
2. pUSTX M | METRI^ESKOE PROSTRANSTWO I X M; MNOVESTWO A M NAZYWAETSQ "-SETX@ DLQ X (" > 0), ESLI 8x 2 X 9a 2 A (d(a; x) ").
oTMETIM, ^TO ESLI A | "-SETX DLQ X , TO X S B"[a].
a2A
3. mNOVESTWO W METRI^ESKOM PROSTRANSTWE NAZYWAETSQ OGRANI^EN- NYM, ESLI ONO SODERVITSQ W NEKOTOROM [ARE; MNOVESTWO NAZYWAETSQ WPOL- NE OGRANI^ENNYM, ESLI DLQ NEGO PRI L@BOM " > 0 SU]ESTWUET KONE^NAQ "-SETX.
4. wPOLNE OGRANI^ENNOE MNOVESTWO OGRANI^ENO.
5. eSLI MNOVESTWO WPOLNE OGRANI^ENO, TO WPOLNE OGRANI^ENO EGO ZAMYKANIE.
6. eSLI METRI^ESKOE PROSTRANSTWO WPOLNE OGRANI^ENO, TO ONO SE- PARABELXNO.
dOKAVEM, NAPRIMER, P. 4. pUSTX X M WPOLNE OGRANI^ENO I x1; : : : xn |
|||||||||||
| |
NEKOTORAQ |
SETX DLQ |
X; a |
2 |
M |
| |
PROIZWOLXNO I |
C = max d(xk; a). |
|||
|
1- |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
k |
|
n |
|
tOGDA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
X B1+C [a]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 2 X ) 9k (d(x; xk) 1) ) d(x; a) d(x; xk) + d(xk; a) 1 + C: >
7. mETRI^ESKOE PROSTRANSTWO M KOMPAKTNO TTOGDA ONO POLNO I WPOLNE OGRANI^ENO.
nEOBHODIMOSTX. pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO; fB"(x)gx2M | OTKRYTOE POKRYTIE M. sLEDOWATELXNO, ONO OBLADAET KONE^NYM POKRYTIEM
fB"(x1); : : : ; B"(xk )g. tOGDA A = fx1; : : : ; xkg | ISKOMAQ "-SETX (!!). pUSTX, NAPROTIW, M NE POLNO. tOGDA SU]ESTWUET FUNDAMENTALXNAQ POSLEDOWA-
TELXNOSTX (xn) M, KOTORAQ NE SHODITSQ, TO ESTX 8a 2 M 9"a > 0 9n1 < n2 < : : : 8k (d(a; xnk ) 2"a). oTS@DA
( ) 8a 2 M 9"a > 0 9Na 8n > Na (d(a; xn) "a):
375
feSLI, NAPROTIW, 8Na 9n > Na (d(a; xn ) < "a), TO
2"a d(a; xnk ) d(a; xn ) + d(xn ; xnk ) ) "a < d(xn; xnk )
W PROTIWORE^IE S FUNDAMENTALXNOSTX@ (xn).g iZ OTKRYTOGO POKRYTIQ
fB"a (a)ga2M PROSTRANSTWA M WYDELIM KONE^NOE POKRYTIE fB"1 (a1 ); : : : ;
B"k (ak)g. iZ ( ) PRI N > max Nas SLEDUET, ^TO POSLEDOWATELXNOSTX (xn)n N
s
k
sS=1
dOSTATO^NOSTX. pUSTX M POLNO, WPOLNE OGRANI^ENO, NO NE KOM- PAKTNO. pUSTX (U ) | OTKRYTOE POKRYTIE M , NE SODERVA]EE KONE^-
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
f |
1 |
|
|
|
n1 g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
NOGO POKRYTIQ. rASSMOTRIM 1-SETX |
|
|
x1; : : : ; x1 |
|
|
|
M. hOTQ BY ODIN |
|||||||||||||||||||||||||||||||
[AR |
B1 |
|
NAPRIMER |
, B1[x1 |
]) |
NE POKRYWAETSQ KONE^NYM ^ISLOM \LE |
- |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
[xj ] ( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
MENTOW POKRYTIQ U . {AR B1[x1] | TAKVE WPOLNE OGRANI^ENNOE MET- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
RI^ESKOE PROSTRANSTWO |
. |
rASSMOTRIM |
|
|
|
SETX |
; : : : ; x |
|
|
|
|
|
]. |
tOG |
- |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
x |
|
n2 g |
B1 [x |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
1 |
f 21 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
DA HOTQ BY ODIN [AR B |
[x ] |
(NAPRIMER, B |
[x |
]) NE POKRYWAETSQ KONE^- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2, |
k+1 |
|
|
||||||
NYM ^ISLOM |
|
|
aNALOGI^NO DLQ L@BOGO |
|
|
2 |
N SU]ESTWUET |
SETX |
||||||||||||||||||||||||||||||
x |
k |
|
|
k |
U . |
|
|
|
k |
1 |
] TAKAQ, ^TO B |
k |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|||||||||||||||
|
; : : : ; x |
|
B |
,k+2 [x |
, |
,k+1 [x |
|
|
] NE POKRYWAETSQ KONE^- |
|||||||||||||||||||||||||||||
f 1 |
|
|
nk g |
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
NYM ^ISLOM U . pOSLEDOWATELXNOSTX (x1) FUNDAMENTALXNA (!!) I, SLEDO- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
WATELXNO, SU]ESTWUET x0 |
|
= lim xk. pUSTX |
0 |
TAKOWO, ^TO x0 |
|
|
U |
0 |
. tOGDA |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9" > 0 (B" [x0] U 0 ). nO B2,k+1 [x1k] |
|
B" |
[x0 ] PRI DOSTATO^NO BOLX[IH k, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
^TO PROTIWORE^IT KONSTRUKCII (x1 ): |
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. pUSTX M | POLNOE METRI^ESKOE PROSTRANSTWO; X ( M ) PRED- KOMPAKTNO TTOGDA X WPOLNE OGRANI^ENO.
pUSTX X PREDKOMPAKTNO. tOGDA X, KOMPAKTNO I W SILU P. 7 X WPOLNE OGRANI^ENO. oBRATNO, ESLI X WPOLNE OGRANI^ENO, TO X, WPOLNE OGRANI- ^ENO I POLNO (BUDU^I ZAMKNUTYM)) (P. 7) X, KOMPAKTNO. >
rASSMOTRIM WAVNYJ PRIMER: PROSTRANSTWO C [a; b].
9. sEMEJSTWO ( C [a; b]) NAZYWAETSQ RAWNOSTEPENNO NEPRERYWNYM,
ESLI
8" > 0 9 > 0 8' 2 8x; y 2 [a; b] (jx , yj < ) j'(x) , '(y)j < "):
10. [kRITERIJ KOMPAKTNOSTI W PROSTRANSTWE C [a; b]].mNOVESTWO (
C[a; b]) PREDKOMPAKTNO TTOGDA OGRANI^ENO I RAWNOSTEPENNO NEPRE- RYWNO.
376
|
nEOBHODIMOSTX. w SILU P. 8 WPOLNE OGRANI^ENO, A ZNA^IT, OGRANI- |
||||||||||||||||||||||||||||||||
^ENO |
. |
pUSTX |
" > 0. |
rASSMOTRIM |
" |
SETX |
'1; : : : ; 's |
DLQ |
. |
kAVDAQ FUNKCIQ |
|||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
- |
|
|
|
|
|
||||||||||
'j RAWNOMERNO NEPRERYWNA, TO ESTX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
8j 9 |
|
j > 0 8x; y 2 |
[a; b] (jx , yj < j ) j'j(x) , |
'j (y)j < |
" |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 ): |
|||||||||||||||||||||||||||
pOLOVIM = min j (> 0). tOGDA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
8' |
2 |
|
9'j (k' , 'jk |
|
" |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
3) |
'(y)j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
8x; y |
2 |
[a; b]; jx |
, yj < |
) j'(x) , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
j'(x) , 'j(x)j + j'j(x) , |
'j (y)j + j'j (y) , '(y)j |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
k' , 'j k + j'j (x) , '(y)j + k' , 'j k |
": |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
nEOBHODIMOSTX USTANOWLENA (SM. POD^ERKNUTYJ• |
TEKST). |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
dOSTATO^NOSTX. pUSTX OGRANI^ENO I RAWNOSTEPENNO NEPRERYWNO. |
|||||||||||||||||||||||||||||||
tREBUETSQ DOKAZATX (SM. P. 8), ^TO DLQ L@BOGO " > 0 SU]ESTWUET KONE^NAQ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
"- |
SETX |
. |
pUSTX |
(a = x0 |
< x1 < : : : < xn = b) | |
RAZLOVENIE OTREZKA |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j'(xj) , |
|||
[a; b]; d( ) < . w OBOZNA^ENIQH P. 9 (S ZAMENOJ " NA |
|
5) TOGDA |
|||||||||||||||||||||||||||||||
'(xj,1)j |
< |
|
" |
(' 2 ; 1 j n). pUSTX K > 0 TAKOWO, ^TO k'k K (' 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
5 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
). |
rASSMOTRIM RAZLOVENIE |
(,K = y0 < y1 < : : : < ym = K) |
OTREZKA |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
[,K; K] DIAMETRA < |
5. kAVDOJ ' 2 |
SOPOSTAWIM POLIGON |
S UZLAMI |
||||||||||||||||||||||||||||||
W (xk; yj ), GDE DLQ DANNOGO k NOMER j OPREDELQETSQ, NAPRIMER, USLOWIEM |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
yj '(xk ) < yj+1. tOGDA |
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
j'(xk ) , |
(xk )j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
< |
|
5 (k = 1; : : :; n); |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
j (xk) , |
(xk+1 )j |
< j (xk) , '(xk)j + j'(xk ) , '(xk+1 )j |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ j'(xk+1 ) , (xk+1)j < |
3" |
: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|||||||||||||
dLQ PROIZWOLXNOGO x 2 [a; b] (xk | BLIVAJ[IJ UZEL K x SLEWA): |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
j'(x) , |
|
|
(x)j j'(x) , |
'(xk )j + j'(xk ) , (xk)j + j (xk) , (x)j |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2" |
+ j |
|
|
(xk) , (xk+1)j < ": |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nAKONEC, ^ISLO POLIGONOW OPISANNOGO WIDA, O^EWIDNO, KONE^NO. > 11. u P R A V N E N I E. pOKAZATX, ^TO MNOVESTWO
= f' 2 C [0; 1]j 0 '(x) 1 (0 x 1)g
NE RAWNOSTEPENNO NEPRERYWNO W C[0; 1].
377
osnownye principy linejnogo analiza
mY PEREHODIM K SISTEMATI^ESKOMU IZU^ENI@ NEPRERYWNYH LINEJ- NYH OTOBRAVENIJ W NORMIROWANNYH PROSTRANSTWAH. w OSNOWE \TOJ TE- ORII LEVAT TRI FUNDAMENTALXNYH REZULXTATA, POSTOQNNO ISPOLXZUEMYE W LINEJNOM FUNKCIONALXNOM ANALIZE I EGO PRIMENENIQH: TEOREMA hANA- bANAHA (PRINCIP PRODOLVENIQ LINEJNYH FUNKCIONALOW), TEOREMA bANAHA- {TEJNGAUZA (PRINCIP RAWNOMERNOJ OGRANI^ENNOSTI) I TEOREMA bANAHA (PRINCIP OTKRYTOSTI OTOBRAVENIQ).
x220. kONE^NOMERNYE NORMIROWANNYE PROSTRANSTWA
1. pUSTX k k1 I k k2 | DWE NORMY W KONE^NOMERNOM WEKTORNOM PROSTRANSTWE E. tOGDA SU]ESTWU@T KONSTANTY m; M > 0 TAKIE, ^TO
( ) |
|
mkfk1 kfk2 Mkfk1 (f 2 E): |
|
|||||
|
pUSTX fe1; : : : ; eng | BAZIS W WEKTORNOM PROSTRANSTWE E; |
k ke | |
||||||
EWKLIDOWA NORMA, A |
k k | PROIZWOLXNAQ NORMA W E. pOKAVEM, ^TO SU- |
|||||||
]ESTWU@T KONSTANTY d; D > 0 TAKIE, ^TO |
|
|
|
|||||
|
|
|
dk ke k k Dk ke |
|
||||
(OTS@DA, O^EWIDNO, SLEDUET ( |
)). dLQ PROIZWOLXNOGO WEKTORA f = f1e1 + |
|||||||
: : : + fnen IMEEM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kfk |
X |
jfijkeik |
[ |
keik2]1=2 |
[ |
jfij]1=2 = Dk ke; |
|
|
|
|
X |
|
X |
|
|
|
|
|
i |
|
i |
|
i |
|
|
GDE D = [P keik2]1=2.
i
pUSTX S( E) | EDINI^NAQ SFERA W EWKLIDOWOJ NORME, TO ESTX S =
ff 2 E j kfke = 1g I '(f ) kfk (f 2 S). fUNKCIQ ' : S ! R |
NEPRERYWNAQ FUNKCIQ, ZADANNAQ NA KOMPAKTNOM MNOVESTWE W EWKLIDOWOM PROSTRANSTWE (E; k ke) fNEPRERYWNOSTX EE• SLEDUET IZ OCENKI:
j'(f) , '(g)j = j kfk , kgk j kf , gk Dkf , gkeg:
378
sLEDOWATELXNO, SU]ESTWUET f0 2 S, ^TO '(f0 ) = min'(f) (> 0). pOLOVIM
d = '(f0). tOGDA f 6= WLE^ET•
f2S
f
dkfke = '(f0)kfke '(kfke )kfke = kfk: >
2.s L E D S T W I E. wSQKOE KONE^NOMERNOE NORMIROWANNOE PROSTRANSTWO POLNO.
3.s L E D S T W I E. wSE NORMY W KONE^NOMERNOM PROSTRANSTWE OPREDELQ@T ODNU I TU VE TOPOLOGI@.
4.z A M E ^ A N I E. w BESKONE^NOMERNYH PROSTRANSTWAH \TO UVE NE TAK (SM., NAPRIMER, 149.6).
5.pUSTX E | NORMIROWANNOE PROSTRANSTWO, X | EGO ZAMKNUTOE POD-
PROSTRANSTWO, f 2 EnX; \LEMENT f0 2 X NAZYWAETSQ \LEMENTOM NAILU^-
[EGO PRIBLIVENIQ K f (OTNOSITELXNO X ), ESLI
k |
|
, |
|
k |
g2X k |
|
, |
|
k |
g2X k |
|
k |
|
|
f |
|
f0 |
|
= inf |
f |
|
g |
|
(= inf |
f + g |
|
): |
6. eSLI X | KONE^NOMERNOE PODPROSTRANSTWO E, TO \LEMENT NAILU^[EGO PRIBLIVENIQ OTNOSITELXNO X WSEGDA SU]ESTWUET.
pUSTX dim X = n I = inf kf ,gk. pUSTX POSLEDOWATELXNOSTX (gk ) X
g2X
TAKOWA, ^TO kf , gkk ! (k ! +1); (gk ) OGRANI^ENA PO NORME k k, TAK KAK kgkk kgk , fk + kfk (k = 1; 2; : : :). w SILU 65.4 I P. 3 (gk ) OBLADAET SHODQ]EJSQ PODPOSLEDOWATELXNOSTX@: gnk ! f0. |LEMENT f0 2 X. pRI \TOM
kf , f0k = limkf , gnk k = : >
k
u P R A V N E N I Q. 7. wWEDEM• W C n SEMEJSTWO NORM
k |
f |
k |
p |
|
[ |
n |
|
fk p]1=p |
|||||
|
|
|
kP=1 j |
|
jk |
j |
|
||||||
k |
f |
k1 |
|
1 |
k |
n j |
f |
(f |
|||||
|
|
|
|
|
max |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1 p < +1);
= (f1; : : : ; fn ) 2 C n):
nAJDITE KONSTANTY mp; Mp (1 p 1), UDOWLETWORQ@]IE NERAWENSTWAM
mpk kp k k1 Mpk kp.
379
8. w PROSTRANSTWE C 2 S NORMOJ k k1 (SM. UPR. 7) NAJDITE WSE \LEMEN- TY NAILU^[EGO PRIBLIVENIQ K WEKTORU f = (1; 0) OTNOSITELXNO PODPRO- STRANSTWA X = f(u; v) j u = vg.
x221. {KALA PROSTRANSTW Lp( ) (1 p 1)
sOGLA[ENIQ: (E;A; ) | PROSTRANSTWO S POLNOJ -KONE^NOJ MEROJ, M = M(E; A; ) | WEKTORNOE PROSTRANSTWO WSEH IZMERIMYH FUNKCIJ f : E ! C (ILI R), FAKTORIZOWANNOE PO OTNO[ENI@ \KWIWALENTNOSTI (f g, ESLI f (x) = g(x) P. W.). dOPUSKAQ WOLXNOSTX, \LEMENTY PROSTRAN- STWA M MY NAZYWAEM FUNKCIQMI.
1. wWEDEM• SLEDU@]IE KLASSY FUNKCIJ I ^ISLOWYE FUNKCII NA \TIH KLASSAH:
Lp( ) |
ff 2 M j Z jfjp d < +1g; |
|
kfkp |
[Z jfjp d ]1=p (f 2 Lp( )); 1 p < +1; |
|
L1( ) |
|
ff 2 M j 9k > 0 (jf(x)j k P. W.)g; |
kfk1 |
|
inffk : jf(x)j k P. W. (f 2 L1( )): |
nA^N•EM ANALIZ S KLASSA L1 ( ). pREVDE WSEGO, L1( ) | WEKTORNOE PROSTRANSTWO NAD POLEM C (!!). dALEE,
2.jf (x)j kfk1 P. W. NA E .
3.fUNKCIQ kfk1 | NORMA NA L1( ).
iZ P. 2 SLEDUET NEMEDLENNO, ^TO kfk1 = 0 ) f (x) = 0 P. W., A ZNA^IT, f = . sNOWA S U^ETOM• P. 2 IMEEM DLQ f; g 2 L1 ( ):
jf (x) + g(x)j jf (x)j + jg(x)j kfk1 + kgk1 P. W.;
OTKUDA kf + gk1 kfk1 + kgk1: >
4. pROSTRANSTWO L1 ( ) S NORMOJ kfk1 STRANSTWOM.
pUSTX POSLEDOWATELXNOSTX (fn ) FUNDAMENTALXNA W L1( ). tOGDA IZ OCENKI (SM. P. 2)
jfn+p (x) , fn(x)j kfn+p , fnk1 P. W.
380