Доказательства утверждений
УТВ О - 2 Свойства обратного отображения
2.1 Обратимость отображения эквивалентна его биективности: (A:XY обратимо, т.е. обратное о. A-1:YX) (A:XY биективно, т.е. одновременно сюръективно и инъективно).
Д-во. ? обратное о. A-1:YX A:XY биективно ?
1) Ax1 = Ax2 =(действуем на равенство отображением A-1, существующим в силу условия теоремы) A-1(Ax1) = A-1(Ax2) =(определение композиции А-1А) A-1Ax1 = A-1Ax2 =(А-1А=1X) x1=x2 =[эквивалентное определение инъективности: (Ax1 = Ax2 x1=x2) x1x2 Ax1 Ax2)] А инъективное о.!
2) yY =(A-1:YX) x = A-1yX =(действуем на равенство отображением А) Аx = А(A-1y) =(определение композиции АA-1) Аx = АA-1y =(АA-1 = 1Y) Аx = y (определение м. всех значений, imA) imA = A(X) = Y(определение сюръективного о.) А сюръективное о.!
Таким образом, из 1) и 2) вытекает биективность А!
? A:XY биективно обратное о. A-1:YX ?
Задаем претендента из объема понятия отношение в YX:
A-1 = {<y,x>YX <x,y>A}YX,
т.е. x = A-1y y = Ax, и проверяем видовые признаки более узкого понятия обратное о. A-1:YX:
1 A-1 – отображение из Y в X ? (A-1:D(A-1)YX ?)
2 D(A-1) = Y ? (A-1:YX ?)
3 А-1А=1X & АA-1 = 1Y ? (т.е.А-1 действительно обратное отображение для А ?).
1 (определение отображения из) x = A-1y & x = A-1y =(?) x=x.
x = A-1y & x = A-1y (определение отношения А-1) y = Ax & y = Ax =(симметричность и транзитивность отношения =Y) Ax=Ax =(A инъективен) x=x!
2 (определение равенства множеств) D(A-1)Y & Y D(A-1) ? (определение D(A-1) = {yY xX : x=A-1y}Y) Y D(A-1) ? (определение подмножества) yY y D(A-1) ?
yY =(А сюръективно) xX y = Ax (определение отношения А-1) xX x = A-1y =(определение D(A-1)) y D(A-1)!
3 (определения равенства отображений и тождественного отображения)
3.1. xX =(?) x = A-1Ax
3.2. yY =(?) y = AA-1y
xX =( A:XY) y =AxY (определение А-1) y =Ax & x = A-1y =(подставляем y = Ax во второе равенство) x = A-1Ax !
yY =( A-1:YX) x = A-1yX (определение А-1) y =Ax & x = A-1y =(подставляем x = A-1y в первое равенство) y = AA-1y !
1,2,3 доказаны
Задачи для самостоятельной работы
Пусть A, B, C – отображения. Доказать утверждение.
Варианты
Композиция ассоциативна: (АВ)С = А(ВС).
Композиция сюръективных отображений сюръективна.
Композиция инъективных отображений инъективна.
Композиция биективных отображений биективна.
Отображение, обратное к данному, единственно.
Композиция обратимых отображений обратима и (ВА)-1 = А-1 В –1.
S[a, b] B[a, b] C[a,b] Ck[a,b] С∞ [a,b] (доказать одно, любое, включение).
1 < p < q l1 lp lq l∞ l (доказать одно, любое, включение).
А инъективен Уравнение Ax = y не может иметь более одного решенияyY.
А сюръективен Уравнение Ax = y имеет решение при yY.
А биективен Уравнение Ax = y при yY имеет единственное решение, которое может быть найдено по формуле x = A-1y , где A-1 - обратный оператор.
Композиция отображений является отображением.
Образец решения (1 задача). Композиция ассоциативна: (АВ)С = А(ВС).
Д-во. x (AB)Cx =(определение композиции С и АВ)= АВ[С(х)] =( определение композиции В и А)= A(B[C(x)]) =(определение композиции С и В)= A(BC(x)) =(определение композиции BС и А)= A(BC)x =(по определению поточечного равенства отображений) (АВ)С = А(ВС)
2. Даны два (несколько) отображения. Найти значение композиции отображений на данном аргументе.
Варианты.
X=l2; Ax = {x3,x4,…}:XX; Bx = Fx = x1 + x2 :XR; x0 = . FABx0 = ? (Ответ: )
X=C[0,1]; (Ax)(t) = t2x(t):XX; (Bx)(t) = Fx = x0(t) = t; FABx0 = ? (Ответ: )
X=C[0,1]; (Ax)(t) = x(t2):XX; (Bx)(t) = x2(t):XX; Fx = x0(t) = FABx0 = ? (Ответ: )
X=([0,2]); Ax = x[0,1]:XX; Bx = [0,2]\x:XX; Fx = sup x :XR; x0 = {0,1,2}; FABx0 = ? (Ответ: 1)
3. Решите "свой" вариант теста (не забудьте указать вариант, например, ТЕСТ О - 1). Тестовое задание (ТЗ) с номером № студента (mod12) представьте с решением, на остальные ТЗ пришлите только ответы.
Варианты
1. ТЕСТ О - 1.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
1 |
Отображение I(x) = x |
Отображение Аx1 x2 Ax1Ax2 |
Понятия |
2 |
Биективное о. |
Обратимое о. |
Понятия |
3 |
Функц-ал Fx = |
Функционал Fx = x(0) |
Понятия |
4 |
Ф. п. S[a,b], состоящее из непрерывных функций |
Ф.п. бесконечно дифф-мых функций, С[a,b] |
Понятия |
5 |
Правая часть уравнения |
Элемент xX , при котором высказывание Ах = у истинно |
Понятия |
6 |
Lp[a,b] |
L1[a,b] |
Множества, p>1 |
7 |
C3[a,b] |
C2[a,b] |
Множества, a<b |
8 |
a(t) < 0 t |
A-1a = A1/a |
Пар. выс-я, aS(T,R) |
9 |
А биективен |
Уравнение Ax = y имеет единственное решение |
Пар-е выск-я, Ax = y |
10 |
AB сюръективен |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
11 |
B сюръективен |
BA сюръективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
12 |
A - биекция |
A сюръективен |
Пар-е выск-я, AS(X) |
2. ТЕСТ О - 2.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
1 |
Отношение R |
Отображение А: A(X) = Y |
Понятия |
2 |
Сужение о. А на подмножество U, AU |
Отображение AU S(U,Y): AU (x) = A(x) x X |
Понятия, AS(X,Y) U X |
3 |
Оператор Ax = dx/dt |
Множество (м.) |
Понятия |
4 |
Ф. п. S[a,b], состоящее из k раз непрерывно дифференцируемых функций |
Ф. п. S[a,b], состоящее из непрерывных функций |
Понятия |
5 |
Ф. п. S[a,b], состоящее из суммируемых функций (т.е. < ) |
Подмножество в S(X,Y) |
Понятия |
6 |
Элемент S(P, PR) |
Уравнение, Ax = y |
Понятия |
7 |
B[a,b] |
C[a,b] |
Множества, a<b |
8 |
A-1a = A1/a |
a(t) > 0 t |
Пар-е выск-я, aS(T,R) |
9 |
xC[-1, 1] |
xC1[-1, 1] |
Выс-я, x(t)=t |
10 |
Уравнение Ax = y имеет решение |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, Ax = y |
11 |
A инъективен |
BA инъективно |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
12 |
A - биекция |
A инъективен |
Пар-е выск-я, AS(X) |
3. ТЕСТ О - 3.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
1 |
Инъективное о. |
О. А Ax1 Ax2 x1 x2 |
Понятия |
2 |
Биективное о. |
Отображение A, которое одновременно инъективно и сюръективно |
Понятия |
3 |
График о. |
Дифференциальный о. |
Понятия |
4 |
Ф. п. S[a,b], состоящее из непрерывных функций |
Ф.п. ограниченных на отрезке функций, B[a,b] |
Понятия |
5 |
Ф.п. суммируемых на отрезке функций, L1[a,b] |
Ф. п. S[a,b], состоящее из суммируемых в p-й степени функций (т.е. таких x, что p<) |
Понятия |
6 |
lq |
lp |
Множества, p<q |
7 |
FABx, x(t) 1 |
FBAy, y(t) 1 |
Числа, Bx(t)=tx(t), Ax(t)=[0,1]tsx(s)ds, Fx = x(1) |
8 |
A инъективен |
Ур-е Ах=y не может иметь более 1 решения |
Пар-е выск-я, Ax = y |
9 |
Уравнение Ax = y имеет решение |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, Ax = y |
10 |
AB инъективно |
В инъективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
11 |
AB сюръективен |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
12 |
A инъективен и сюръективен |
A - биекция |
Пар-е выск-я, AS(X) |
4. ТЕСТ О - 4.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
|||
1 |
Обратимое о. |
Обратное о., А-1 |
Понятия |
|||
2 |
Биективное о. |
О. А x1 x2 Ax1 Ax2 |
Понятия |
|||
3 |
О. А, для которого X и Y - ф.п. |
Отображение А, для которого X - функциональное пространство, а Р - числовое поле |
Понятия |
|||
4 |
Оператор (Ax)(t) = =[a,b]k(t,s)x(s)ds, t c,d |
Интегральный оператор |
Понятия |
|||
5 |
Подмножество в S(X,Y) |
Ф. п. S[a,b], состоящее из ограниченных функций |
Понятия |
|||
6 |
Ф. п. S[a,b], состоящее из суммируемых функций (т.е. < ) |
Подмножество в S(X,Y) |
Понятия |
|||
7 |
lp |
l1 |
Множества, p>1 |
|||
8 |
FABx, x(t) = t |
FBAy, y(t) = t2 |
Числа, Bx(t)=tx(t),Ax(t)=[0,1]tsx(s)ds, Fx = x(1) |
|||
9 |
a(t) < 0 t |
A-1a = A1/a |
Пар. выс-я, aS(T,R) |
|||
10 |
xC2[0, 2] |
xB[0, +) |
Выс-я, x(t)=t |
|||
11 |
x = A-1y |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, Ax = y |
|||
12 |
AB сюръективен |
A и B сюръективны |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
5. ТЕСТ О - 5.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
1 |
Отображение А, для которого существует обратное о. |
О. из A:DA XY DA = X |
Понятия |
2 |
Отображение AU S(U,Y): AU (x) = A(x) x U |
Сужение о. А на подмножество U, AU |
Понятия |
3 |
Оператор A аS(X): (Ааx) (t) = a(t) x(t) |
О. А, для которого X и Y - ф.п. |
Понятия |
4 |
Функциональное пространство |
Подмножество в S(X,Y) |
Понятия |
5 |
Ф. п. l, состоящее из ограниченных последовательностей (т.е. таких x = {xk }l, что sup{xk < ) |
Ф.п. ограниченных последовательностей, l |
Понятия |
6 |
Элемент yY |
Подсистема |
Понятия |
7 |
C[a,b] |
S[a,b] |
Множества, a<b |
8 |
FABx, x(t) = t |
FBAy, y(t) = t2 |
Числа, Bx(t)=tx(t), Ax(t)=[0,1]tsx(s)ds, Fx = x(1) |
9 |
a(t) < 0 t |
A-1a = A1/a |
Пар. выс-я, aS(T,R) |
10 |
xC[-1, 1] |
xC1[-1, 1] |
Выс-я, x(t)=t |
11 |
x = A-1y |
А биективен |
Пар-е выск-я, Ax = y |
12 |
A и B инъективны |
AB инъективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
6. ТЕСТ О - 6.
№ |
А |
В |
Дополнительная информация |
1 |
Композиция отображений А и В, ВА |
Отображение ВА(х) = В(А(х)) |
Понятия, AS(X,Y), BS(Y,Z) |
2 |
Отображение A, которое одновременно инъективно и сюръективно |
Обратимое о. |
Понятия |
3 |
Функция |
Отображение AS(X,R) |
Понятия |
4 |
- функция Дирака |
Интегральный функционал |
Понятия |
5 |
Ф. п. l, состоящее из суммируемых последовательностей x = ={xk}l 1,xk< |
Ф. п. l, состоящее из последовательностей с суммируемой p-й степенью (т.е. таких x = {xk}l, что 1,xkp < ) |
Понятия |
6 |
Ф.п. суммируемых на отрезке функций, L1[a,b] |
Ф. п. S[a,b], состоящее из суммируемых в p-й степени функций (т.е. таких x, что p<) |
Понятия |
7 |
Элемент yY |
Элемент xX , при котором высказывание Ах = у истинно |
Понятия |
8 |
S[a,b] |
C[a,b] |
Множества, a<b |
9 |
xl2 |
xl |
Выс-я, x={xk=1} |
10 |
А биективен |
Уравнение Ax = y имеет единственное решение |
Пар-е выск-я, Ax = y |
11 |
x = A-1y |
А сюръективен |
Пар-е выск-я, Ax = y |
12 |
B сюръективен |
BA сюръективен |
Пар-е выск-я, A,BS(X) |
Калмыков А.А. 2005. m_o.doc