Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 8
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«¥¤®¢ ⥫ì®, ρc (x, y) ≥ |x(k0 ) − y(k0 )| = 1 = ε0 . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¯® ã⢥ত¥¨î1.3.1 ´¯®«ãç ¥¬ ¥á¥¯ à ¡¥«ì®áâ쳬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠BC(R), ρc .x(k) = 0 â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 1.3.2. ãáâì ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ)ï¥âáï ᥯ à ¡¥«ìë¬. ãáâì ¡¥áª®¥ç®¥ ¬®¦¥á⢮ A ⊂ X . ®£¤ ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (A, ρ) ⮦¥ ï¥âáï ᥯ à ¡¥«ìë¬. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮ S = {zn }∞n=1 ¨§X ï¥âáï ¢áî¤ã ¯«®âë¬ ¢ ¯à®áâà á⢥ X . ¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨îà ááâ®ï¨ï ®â ¯à®¨§¢®«ì®£® í«¥¬¥â x ∈ X ¤® ¬®¦¥á⢠A ¢¨¤ ρ(x, A) = inf ρ(x, a). ®£¤ ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î â®ç®© ¨¦¥© £à ¨a∈Aç¨á«®¢®© äãªæ¨¨ ¤«ï «î¡ëå ®¬¥à®¢ n ¨ m áãé¥áâ¢ã¥â í«¥¬¥âan,m ∈ A, â ª®©, çâ® ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ρ(zn , an,m ) ≤ ρ(zn , A) +1.m áᬮâਬ ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⮥ ¬®¦¥á⢮ B = {an,m }∞n,m=1 ⊂⊂ A.
®ª ¦¥¬, çâ® ¬®¦¥á⢮ B ï¥âáï ¢áî¤ã ¯«®âë¬ ¢ A. ªª ª ¬®¦¥á⢮ S ¢áî¤ã ¯«®â® ¢ X , ¤«ï «î¡®£® í«¥¬¥â a ∈ A¨ ç¨á« ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à n, â ª®©, çâ® á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ ρ(a, zn ) ≤ ε. «¥¤®¢ ⥫ì®, ρ(zn , A) ≤ ρ(zn , a) ≤ ε. áᬮâਬ ®¬¥à m ¢¨¤ m1 ≤ ε. ®£¤ ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢠ρ(zn , an,m ) ≤1≤ 2ε. âáî¤ ¢ á¨«ã ¥à ¢¥á⢠âà¥ã£®«ì¨ª å®≤ ρ(zn , A) + m¤¨¬ρ(a, an,m ) ≤ ρ(a, zn ) + ρ(zn , an,m ) ≤ 3ε.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¬®¦¥á⢮ B ⊂ A ï¥âáï ¢áî¤ã ¯«®âë¬ ¢ A. ®ª ¦¥¬, çâ® ¬®¦¥á⢮ B ï¥âáï áçñâë¬.
ª ª ª B ¥ ¡®«¥¥ 祬áçñâ®, â® ¤®áâ â®ç® ¯®ª § âì ¡¥áª®¥ç®áâì ¬®¦¥á⢠B . ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ® ¯à®â¨¢®£®, çâ® ¬®¦¥á⢮ B ª®¥ç®. ®áª®«ìªã B ¢áî¤ã ¯«®â® ¢ A, â® ¤«ï «î¡®£® í«¥¬¥â a ∈ A ¨¬¥¥¬39à ¢¥á⢮ ρ(a, B) = inf ρ(a, b) = 0. ª ª ª ¯® ¯à¥¤¯®«®¦¥¨î ¬®b∈B¦¥á⢮ B ª®¥ç®, â® ¨¦ïï £à ì ¢ ®¯à¥¤¥«¥¨¨ ¢¥«¨ç¨ë ρ(a, B)¤®á⨣ ¥âáï, â. ¥. áãé¥áâ¢ã¥â í«¥¬¥â ba ∈ B , â ª®©, çâ® ρ(a, B) == ρ(a, ba ) = 0. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮ a = ba ∈ B . ª¨¬ ®¡à §®¬, á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ A ⊂ B . ¡à ⮥ ¢ª«î票¥B ⊂ A ¢ë¯®«¥® ¯® ¯®áâ஥¨î ¬®¦¥á⢠B . ®í⮬㠨¬¥¥â ¬¥áâ® à ¢¥á⢮ A = B .
® íâ® ¥¢®§¬®¦®, â ª ª ª ¬®¦¥á⢮ A ¯®ãá«®¢¨î ¡¥áª®¥ç®, B ¯® ¯à¥¤¯®«®¦¥¨î ª®¥ç®. ®«ã祮¥¯à®â¨¢®à¥ç¨¥ ¤®ª §ë¢ ¥â ¡¥áª®¥ç®áâì ¥ ¡®«¥¥ 祬 áçñ⮣® ¬®¦¥á⢠B . «¥¤®¢ ⥫ì®, B ï¥âáï áçñâë¬, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.1.4. ®«ë¥ ¬¥âà¨ç¥áª¨¥ ¯à®áâà á⢠¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.4.1. ®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 í«¥¬¥-⮢ ¬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠(X, ρ) §ë¢ ¥âáï ä㤠¬¥â «ì®©(¨«¨ ρ-ä㤠¬¥â «ì®©), ¥á«¨ ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥àN = N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡ëå n > N ¨ m > N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(xn , xm ) < ε. ¬¥â¨¬, çâ® á室ïé ïáï ¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ) ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ª í«¥¬¥âã x ∈ X ï¥âáï ä㤠¬¥â «ìτ®©.
¥©á⢨⥫ì®, ãá«®¢¨¥ xn → x ¯à¨ n → ∞ ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 1.2.3 ®§ ç ¥â, çâ® ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à M (ε),â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n > M (ε) ¢ë¯®«¥®¥à ¢¥á⢮ ρ(xn , x) <¡ ¢< ε. ¯à¥¤¥«¨¬ ®¬¥à N (ε) = M 2ε . ®£¤ ¤«ï «î¡ëå n > N (ε) ¨m > N (ε), ¯®«ì§ãïáì ¥à ¢¥á⢮¬ âà¥ã£®«ì¨ª , 室¨¬ρρ(xn , xm ) ≤ ρ(xn , x) + ρ(xm , x) <ε2+ε2= ε. ¬¥â¨¬ â ª¦¥, çâ® ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ¨§ ¬¥âà¨ç¥áª®£®¯à®áâà á⢠(X, ρ) ¬®¦¥â á室¨âìáï ⮫쪮 ª ®¤®¬ã ¯à¥¤¥«ã.
¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨ ¤«ï í«¥¬¥â®¢ y ∈ X ¨ z ∈ X ¢ë¯®«¥ë ãá«®¢¨ïττxn → y ¨ xn → z ¯à¨ n → ∞, â®, ¯®«ì§ãïáì ¥à ¢¥á⢮¬ âà¥ã£®«ì¨ª , ¯®«ãç ¥¬ 0 ≤ ρ(y, z) ≤ ρ(xn , y) + ρ(xn , z) → 0 ¯à¨ n → ∞.«¥¤®¢ ⥫ì®, ρ(y, z) = 0, ¨ ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 1.2.1 ¯®«ãç ¥¬ y = z .ρρ ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.4.2. ¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ) §ë¢ ¥âáï ¯®«ë¬, ¥á«¨ «î¡ ï ä㤠¬¥â «ì ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ쨧 (X, ρ) ï¥âáï á室ï饩áï.40 ¬ ¥ ç ¨ ¥ 1.4.1. ®«®â ¬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠ï¥âáï ᢮©á⢮¬ ¬¥âਪ¨, ® ¥ ¬¥âà¨ç¥áª®© ⮯®«®£¨¨.
ਢ¥¤ñ¬¯à¨¬¥à ¬®¦¥á⢠X ¨ ¤¢ãå ¬¥âਪ ρ ¨ d ¢ ñ¬, â ª¨å, çâ® ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬, ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮(X, d) ¥ ï¥âáï ¯®«ë¬, ®¤ ª® ¬¥âà¨ç¥áª¨¥ ⮯®«®£¨¨ τρ ¨ τd ᮢ¯ ¤ îâ, â. ¥. τρ = τd . ãáâì ¬®¦¥á⢮ X = R | ¢¥é¥á⢥ ï ®áì,ρ(x, y) = |x − y|, d(x, y) = |ex − ey |. ¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (R, ρ)ï¥âáï ¯®«ë¬ ¢ ᨫ㠪à¨â¥à¨ï ®è¨ á室¨¬®á⨠ç¨á«®¢®© ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ¨. ®ª ¦¥¬, çâ® ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (R, d) ¥ï¢«ï¥âáï ¯®«ë¬. ác¬®âਬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì xn = −n.
®ª ¦¥¬, çâ® ® ï¥âáï d-ä㤠¬¥â «ì®©. ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® ε > 0 ¨ «î¡ëå n > ln 1ε ¨ m > n ¨¬¥¥¬ d(xn , xm ) = |e−n −e−m | << e−n < ε, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. ¥¬ ¥ ¬¥¥¥ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì xn == −n ¥ ï¥âáï á室ï饩áï ¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (R, d), â ªª ª ¤«ï «î¡®£® x ∈ R ¨¬¥¥¬ n→∞lim ρ(xn , x) = lim |e−n − ex | = ex > 0.n→∞®ª ¦¥¬ ⥯¥àì, çâ® á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ ¬¥âà¨ç¥áª¨å ⮯®«®£¨© τρ = τd . ãáâì ¬®¦¥á⢮ G ⊂ R ï¥âáï ρ-®âªàëâë¬, â.
¥.G ∈ τρ . ¤® ¯®ª § âì, çâ® G ∈ τd , â. ¥. ¯® ã⢥ত¥¨î 1.2.2 ¤«ï«î¡®£® x ∈ G ¤«¥¦¨â 㪠§ âì ç¨á«® R = R(x) > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï«î¡®£® y ∈ R ¢¨¤ d(x, y) < R ¡ã¤¥â ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ y ∈ G. ª ª ª G ∈ τρ , â® ¤«ï x ∈ G áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® r = r(x) > 0, â ª®¥,çâ® ¤«ï «î¡®£® y ∈ R ¢¨¤ ρ(x, y) < r ¨¬¥¥¬ y ∈ G. ª ª ª äãªæ¨ï âãà «ì®£® «®£ à¨ä¬ ¥¯à¥àë¢ ¢ â®çª¥ ex > 0, â® áãé¥áâ¢ã¥âδ = δ(x) > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® z ∈ R ¢¨¤ |z − ex | < δ ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ | ln z − ln ex | < r. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® ç¨á« y¢¨¤ |ey − ex | < δ á¯à ¢¥¤«¨¢® ¥à ¢¥á⢮ | ln ey − ln ex | = |y − x| << r, â.
¥. y ∈ G. ª¨¬ ®¡à §®¬, ç¨á«® R(x) = δ(x) ï¥âáï ¨áª®¬ë¬.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¬®¦¥á⢮ G ï¥âáï d-®âªàëâë¬. ª¨¬ ®¡à §®¬,¤®ª § ® ¢ª«î票¥ τρ ⊂ τd .¡à â®, ¯ãáâì ¬®¦¥á⢮ G ∈ τd . ॡã¥âáï ¤«ï «î¡®£® x ∈ G ©â¨ ç¨á«® r = r(x) > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® y ∈ R ¢¨¤ ρ(x, y) << r ¡ã¤¥â ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ y ∈ G. ª ª ª ¬®¦¥á⢮ G ∈ τd , ⮤«ï x ∈ G áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® R = R(x) > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® y ∈R ¢¨¤ d(x, y) < R ¨¬¥¥¬ y ∈ G. ª ª ª íªá¯®¥æ¨ «ì ï äãªæ¨ï¥¯à¥àë¢ ¢ â®çª¥ x, â® áãé¥áâ¢ã¥â δ = δ(x) > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï«î¡®£® y ∈ R ¢¨¤ |y − x| < δ ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |ey − ex | < R, § ç¨â, y ∈ G.
ª¨¬ ®¡à §®¬, ç¨á«® r(x) = δ(x) ï¥âáï ¨áª®¬ë¬.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¬®¦¥á⢮ G ï¥âáï ρ-®âªàëâë¬. ª¨¬ ®¡à §®¬,¤®ª § ® ¢ª«î票¥ τd ⊂ τρ .41 â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 1.4.1. ãáâì (X, ρ) | ¯®«®¥ ¬¥âà¨ç¥áª®¥¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X . ®£¤ ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮(S, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ¬®¦¥á⢮ Sï¥âáï § ¬ªãâë¬ ¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ). ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (S, ρ)ï¥âáï ¯®«ë¬. áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî ᥪ¢¥æ¨ «ìãî â®çªã ¯à¨ª®á®¢¥¨ï z ∈ X ¬®¦¥á⢠S .
®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂ S , â ª ï, çâ® ρ(xn , z) → 0 ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }n=1 ï¥âáï ä㤠¬¥â «ì®©¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (S, ρ). ®£¤ ¢ ᨫ㠯®«®âë (S, ρ) áãé¥áâ¢ã¥â x ∈ S , â ª®©, çâ® ρ(xn , z) → 0 ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®,ρ(x, z) ≤ ρ(xn , x) + ρ(xn , z) → 0 ¯à¨ n → ∞, â. ¥. ρ(x, z) = 0. â®®§ ç ¥â à ¢¥á⢮ x = z ∈ S . â ª, ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï ᥪ¢¥æ¨ «ì® § ¬ªãâë¬ ¢ (X, ρ), ¯® á«¥¤á⢨î 1.2.1 ï¥âáï § ¬ªãâë¬. ¬¥â¨¬, çâ® ¯à¨ ¤®ª § ⥫ìá⢥ § ¬ªãâ®á⨠¬®¦¥á⢠S ¨á¯®«ì§®¢ « áì ¯®«®â (S, ρ), ¥ (X, ρ).ãáâì ⥯¥àì ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï § ¬ªãâë¬ ¢ ¯®«®¬ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ).
áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî ä㤠¬¥â «ìãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂ S . ®£¤ íâ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¡ã¤¥â ä㤠¬¥â «ì®© ¨ ¢ (X, ρ). ᨫ㠯®«®âë ¯à®áâà á⢠(X, ρ) áãé¥áâ¢ã¥â x ∈ X , â ª®©, çâ® ρ(xn , x) → 0 ¯à¨ n → ∞.«¥¤®¢ ⥫ì®, x ï¥âáï ᥪ¢¥æ¨ «ì®© â®çª®© ¯à¨ª®á®¢¥¨ï¬®¦¥á⢠S . ᨫ㠧 ¬ªãâ®á⨠S ¯®«ãç ¥¬, çâ® x ∈ S . «¥¤®¢ ⥫ì®, «î¡ ï ä㤠¬¥â «ì ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¨§ S á室¨âáïª í«¥¬¥âã S , â. ¥. (S, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬ ¬¥âà¨ç¥áª¨¬ ¯à®áâà á⢮¬. à ¨ ¬ ¥ à 1.4.1. ਢ¥¤ñ¬ ¯à¨¬¥à ¥¯®«®£® ¬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠¨ ¥£® § ¬ªã⮣® ¯®¤¬®¦¥á⢠, ¥ ïî饣®áï ¯®«ë¬¬¥âà¨ç¥áª¨¬ ¯à®áâà á⢮¬.
«ï í⮣® à áᬮâਬ ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (R, d), £¤¥ ¬¥âਪ d(x, y) = |ex − ey | (á¬. § ¬¥ç ¨¥ 1.4.1). ª ¯®ª § ® ¢ § ¬¥ç ¨¨ 1.4.1, ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (R, d) ¥ï¢«ï¥âáï ¯®«ë¬. £® ¯®¤¬®¦¥á⢮ S = (−∞, 0] á ¬¥âਪ®© d â ª¦¥ ¯à¥¤áâ ¢«ï¥â ᮡ®© ¥¯®«®¥ ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, â ª ª ªd-ä㤠¬¥â «ì ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì xn = −n ᮤ¥à¦¨âáï ¢ S¨ ¥ ï¥âáï á室ï饩áï (á¬. § ¬¥ç ¨¥ 1.4.1). ¥¬ ¥ ¬¥¥¥ ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï τd -§ ¬ªãâë¬. ¥©á⢨⥫ì®, å®à®è® ¨§¢¥áâ®,çâ® ¤«ï ®¡ë箩 ¬¥âਪ¨ ρ(x, y) = |x − y| ¢ R ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï τρ -§ ¬ªãâë¬, â ª ª ª ¥£® ¤®¯®«¥¨¥ S c = (0, +∞) ï¥âáï42τρ -®âªàëâë¬.
®, ª ª ¯®ª § ® ¢ § ¬¥ç ¨¨ 1.4.1, τd = τρ . «¥¤®¢ ⥫ì®, S c ï¥âáï ¨ τd -®âªàëâë¬, § ç¨â, á ¬® ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï τd -§ ¬ªãâë¬. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.4.3. ãáâì (X, ρ) | ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ¬ªãâë¬ è ஬ á æ¥â஬ ¢ â®çª¥ x ∈ X à ¤¨ãá R > 0 §ë¢ ¥âáï ¬®¦¥á⢮nBR (x) =¯o¯y ∈ X ¯ ρ(x, y) ≤ R . ¬ ¥ ç ¨ ¥ 1.4.2. ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ) ¤«ï«î¡®£® x ∈ X ¨ ç¨á« R > 0 ¬®¦¥á⢮ BR (x) ï¥âáï τρ -§ ¬ªãâë¬.