Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 9
Текст из файла (страница 9)
¥©á⢨⥫ì®, à áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî â®çªã z ¨§ ¥£® ¤®¯®«¥¨ï, â. ¥. ρ(x, z) > R. ¯à¥¤¥«¨¬ ç¨á«® r = ρ(x, z) − R > 0.®ª ¦¥¬, çâ® á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ Or (z) ⊂ X\BR (x). «ï «î¡®£® y ∈ Or (z) ¯® ¥à ¢¥áâ¢ã âà¥ã£®«ì¨ª ¨¬¥¥¬ ρ(x, y) ≥ ρ(x, z) −− ρ(y, z) > ρ(x, z) − r = R, â. ¥. y ∈ X\BR (x), çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® ã⢥ত¥¨î 1.2.2 ¤®¯®«¥¨¥ ¬®¦¥á⢠BR (x)ï¥âáï τρ -®âªàëâë¬, â. ¥.
¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î 1.1.6 á ¬® ¬®¦¥á⢮BR (x) ï¥âáï τρ -§ ¬ªãâë¬. ¥ ® à ¥ ¬ 1.4.1 (¯à¨æ¨¯ ¢«®¦¥ëå è ஢). ¥âà¨ç¥áª®¥¯à®áâà á⢮ (X, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ «î¡ ï ã¡ë¢ îé ï ¯® ¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì § ¬ªãâëå è ஢, à ¤¨ãáë ª®â®àëå áâ६ïâáï ª ã«î, ¨¬¥¥â ¥¯ãá⮥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ)ï¥âáﯮ«ë¬.no∞ áᬮâਬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì § ¬ªãâëå è , ã¡ë¢ îéãî ¯® ¢«®¦¥¨î, â. ¥.஢ BR (xn )nn=1BRn+1 (xn+1 ) ⊂ BRn (xn )¤«ï «î¡®£®n ∈ N,∞T¯à¨çñ¬ Rn → 0 ¯à¨ n → ∞. ॡã¥âáï ¤®ª § âì, çâ®BR (xn ) 6=n=16= 0. áᬮâਬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 æ¥â஢ è ஢. ®ª ¦¥¬, çâ® ® ï¥âáï ä㤠¬¥â «ì®©. ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n > N (ε)¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ Rn < ε. ª ª ª ¤«ï «î¡®£® m > n á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ xm ∈ BR (xm ) ⊂ BR (xn ), â® ρ(xm , xn ) ≤ Rn .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡ëå m, n > N (ε) ¯®«ãç ¥¬ ρ(xm , xn ) < ε. ®£¤ ¢nmn43ᨫ㠯®«®âë ¬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠(X, ρ) áãé¥áâ¢ã¥â x ∈ X ,∞Tâ ª®©, çâ® ρ(xn , x) → 0 ¯à¨ n → ∞. ®ª ¦¥¬, çâ® x ∈BR (xn ).n=1¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¨ m > n ¯®«ãç ¥¬ρ(xn , x) ≤ ρ(xn , xm ) + ρ(xm , x) ≤ Rn + ρ(xm , x) → Rn ¯à¨ m → ∞. ª¨¬ ®¡à §®¬, ρ(xn , x) ≤ Rn ¤«ï «î¡®£® n ∈ N, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.।¯®«®¦¨¬ ⥯¥àì, çâ® ¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ) «î¡ ï ã¡ë¢ îé ï ¯® ¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì § ¬ªãâëå è ஢,à ¤¨ãáë ª®â®àëå áâ६ïâáï ª ã«î, ¨¬¥¥â ¥¯ãá⮥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥. áᬮâਬ ¢ X ¯à®¨§¢®«ìãî ä㤠¬¥â «ìãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 .
®£¤ ¤«ï «î¡®£® k ∈ N áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à mk , â ª®©,çâ® ¤«ï «î¡ëå n, m ≥ mk ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(xn , xm ) ≤ 2−k−1 .¯à¥¤¥«¨¬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì âãà «ìëå ç¨á¥« {nk }∞k=1 á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬: n1 = m1 , nk+1 = max{mk+1 , nk + 1}. ®£¤ nk+1 >> nk ≥ mk ¤«ï «î¡®£® k ∈ N ¨ ρ(xn , xn ) ≤ 2−k−1 . áᬮâਬ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì § ¬ªãâëå è ஢ á æ¥âà ¬¨ ¢ â®çª å xn ¨à ¤¨ãá ¬¨ Rk = 2−k → 0 ¯à¨ k → ∞. ®ª ¦¥¬, çâ® íâ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì è ஢ ï¥âáï ã¡ë¢ î饩 ¯® ¢«®¦¥¨î. ¥©á⢨⥫ì®,¤«ï «î¡®£® y ∈ BR (xn ) ¨¬¥¥¬nkk+1kk+1k+1ρ(xnk , y) ≤ ρ(xnk , xnk+1 ) + ρ(xnk+1 , y) ≤ 2−k−1 + 2−k−1 = 2−k = Rk . ª¨¬ ®¡à §®¬, BR (xn ) ⊂ BR (xn ) ¤«ï «î¡®£® k ∈ N.
à¨∞TBR (xn ),í⮬ Rk → 0 ¯à¨ k → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â x ∈k=1â. ¥. ρ(xn , x) ≤ Rk ¤«ï «î¡®£® k ∈ N. ®£¤ ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à k = k(ε) > log2 2ε , â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n ≥ nk(ε)¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮k+1k+1kkkkkρ(xn , x) ≤ ρ(xn , xnk ) + ρ(x, xnk ) ≤ 2−k−1 + 2−k < 2−k+1 < ε.τρâ® ®§ ç ¥â, çâ® xn → x ¯à¨ n → ∞, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. à ¨ ¬ ¥ à 1.4.2.
®ª ¦¥¬, çâ® ¢ ¯®«®¬ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥ § ¬ªãâëå è ஢, ®¡à §ãîé¨å ã¡ë¢ îéãî ¯®¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì, ¬®¦¥â ¡ëâì ¯ãáâë¬, ¥á«¨ à ¤¨ãáëè ஢ ¥ áâ६ïâáï ª ã«î (á¬. [5, £«. 12, á. 201]). áᬮâਬ ¬®¦¥á⢮ X = N, ¢ ª®â®à®¬ ¬¥âਪ § ¤ ä®à¬ã«®©½ρ(m, n) =1+0,1m+n ,44m 6= n,m = n.®ª ¦¥¬, çâ® ¤«ï äãªæ¨¨ ρ ¢ë¯®«¥ë ªá¨®¬ë ¬¥âਪ¨ ¨§ ®¯à¥¤¥«¥¨ï 1.2.1. á«®¢¨ï 1 ¨ 2 ®ç¥¢¨¤ë. ®ª ¦¥¬, çâ® ¢ë¯®«¥®ãá«®¢¨¥ 3, â. ¥. ¥à ¢¥á⢮ âà¥ã£®«ì¨ª . ¥©á⢨⥫ì®, ¤«ï «î¡ëå à §«¨çëå âãà «ìëå ç¨á¥« m, n, k ¯®«ãç ¥¬ρ(m, n) = 1 +1m+n≤2≤1+1m+k+1+1n+k= ρ(m, k) + ρ(n, k).®ª ¦¥¬, çâ® ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (N, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬.
᫨ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {nk }∞k=1 ï¥âáï ρ-ä㤠¬¥â «ì®©, â® áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N , â ª®©, çâ® ¤«ï ¢á¥å k, s ≥ N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(nk , ns ) < 1. ᫨ nk 6= ns , â® ρ(nk , ns ) > 1. «¥¤®¢ ⥫ì®,nk = ns = m. ª¨¬ ®¡à §®¬, ¢áïª ï ä㤠¬¥â «ì ï ¢ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (N, ρ) ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ï¥âáï áâ æ¨® à®©á ¥ª®â®à®£® ®¬¥à , § ç¨â, á室ï饩áï. «¥¥ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N1à áᬮâਬ § ¬ªãâë© è à á æ¥â஬ ¢ n ¨ à ¤¨ãá rn = 1 + 2n,â. ¥.¯noBrn (n) =¯m ∈ N ¯ ρ(m, n) ≤ rn.®£¤ ç¨á«® m ∈ N, ¥ à ¢®¥ n, ¯à¨ ¤«¥¦¨â Br (n) ⮣¤ ¨ ⮫쪮⮣¤ , ª®£¤ 111 + m+n≤ 1 + 2n, â.
¥. m ≥ n. ª¨¬ ®¡à §®¬, á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ Br (n) = {m}∞m=n . «¥¤®¢ ⥫ì®, Br (n) ⊃ Br (n + 1) ¤«ï ¢á¥å n ∈ N, â. ¥. ¯®áâ஥ë¥è àë ®¡à §ãîâ ã¡ë¢ îéãî ¯® ¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì, ¯à¨∞Tí⮬Br (n) = ∅.nnnn=1n+1n ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.4.4. ãáâì (X, ρ) | ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ¨ ¬¥â஬ ¥¯ãá⮣® ¬®¦¥á⢠S ⊂ X §ë¢ ¥âáï ¢¥«¨ç¨ diam S = sup ρ(x, y).x,y∈S â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 1.4.2. ¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ «î¡ ï ã¡ë¢ îé ï ¯®¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ¥¯ãáâëå § ¬ªãâëå ¬®¦¥á⢠¨§ X ,¤¨ ¬¥âà ª®â®àëå áâ६¨âáï ª ã«î, ¨¬¥¥â ¥¯ãá⮥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
ãáâì ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ)ï¥âáï ¯®«ë¬. áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì45{Fn }∞n=1 ¥¯ãáâëå § ¬ªãâëå ¯®¤¬®¦¥á⢠X , â ª¨å, çâ® Fn+1 ⊂⊂ Fn ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¨ dn = diam Fn → 0 ¯à¨ n → ∞. «ï «î¡®£®®¬¥à n áãé¥áâ¢ã¥â â®çª xn ∈ Fn . ®ª ¦¥¬, çâ® ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ï¥âáï ρ-ä㤠¬¥â «ì®©. ª ª ª lim dn = 0,n→∞â® ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£®n > N (ε) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ dn < ε.
ª ª ª ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à m > n á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ xm ∈ Fm ⊂ Fn , â® ¯®«ãç ¥¬ρ(xm , xn ) ≤ dn < ε. ª¨¬ ®¡à §®¬, ¤«ï «î¡ëå n, m > N (ε) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(xn , xm ) < ε. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫ㠯®«®â묥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠(X, ρ) ¯®«ãç ¥¬, çâ® áãé¥áâ¢ã¥â í«¥¬¥âx ∈ X , â ª®©, çâ® ρ(xn , x) → 0 ¯à¨ n → ∞. ®ª ¦¥¬, çâ® ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à n á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥ x ∈ Fn . ª ª ª ¤«ï «î¡®£®τm > n ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ xm ∈ Fn ¨ xm → x ¯à¨ m → ∞, â® xï¥âáï ᥪ¢¥æ¨ «ì®© â®çª®© ¯à¨ª®á®¢¥¨ï ¬®¦¥á⢠Fn . ®£¤ ¢ ᨫ㠧 ¬ªãâ®á⨠Fn ¨ ã⢥ত¥¨ï 1.1.3 ¯®«ãç ¥¬, çâ® x ∈ Fn .∞T«¥¤®¢ ⥫ì®, x ∈Fn , çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.n=1ãáâì ⥯¥àì «î¡ ï ã¡ë¢ îé ï ¯® ¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ쥯ãáâëå § ¬ªãâëå ¬®¦¥á⢠¨§ X , ¤¨ ¬¥âà ª®â®àëå áâ६¨âáï ªã«î, ¨¬¥¥â ¥¯ãá⮥ ¯¥à¥á¥ç¥¨¥. áᬮâਬ ¢ X ¯à®¨§¢®«ìã᫥¤®¢ ⥫ì®áâì § ¬ªãâëå è ஢ Fn = BR (xn ), â ªãî, çâ®Fn+1 ⊂ Fn ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à n ¨ Rn → 0 ¯à¨ n → ∞.
®£¤ ¤«ï¤¨ ¬¥âà dn = diam Fn è à Fn ¯®«ãç ¥¬ρn³dn = sup ρ(y, z) ≤ supy,z∈Fny,z∈Fn´ρ(y, xn ) + ρ(z, xn ) ≤≤ Rn + Rn = 2Rn → 0¯à¨n → ∞.∞T«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® ãá«®¢¨îFn 6= ∅. ®£¤ ¯® ⥮६¥ 1.4.1 ¬¥ân=1à¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (X, ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬. à ¨ ¬ ¥ à 1.4.3. áᬮâਬ «¨¥©®¥ ¯à®áâà á⢮ `∞ , á®áâ®ï饥 ¨§ ®£à ¨ç¥ëå ç¨á«®¢ëå ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⥩, ¬¥âਪ ¢ ª®â®à®¬ § ¤ ñâáï ä®à¬ã«®©ρ(x, y) = sup |x(k) − y(k)| ∀ x, y ∈ `∞ .k∈N®ª ¦¥¬, çâ® ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ `∞ ï¥âáï ¯®«ë¬.
«ïí⮣® à áᬮâਬ ¯à®¨§¢®«ìãî ρ-ä㤠¬¥â «ìãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ⊂ `∞ . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â46®¬¥à N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡ëå n, m > N (ε) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(xn , xm ) < ε. ª ª ª ¤«ï «î¡®£® k ∈ N á¯à ¢¥¤«¨¢ ®æ¥ª |xn (k) − xm (k)| ≤ ρ(xn , xm ) < ε, â® ç¨á«®¢ ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì{xn (k)}∞n=1 ï¥âáï ä㤠¬¥â «ì®© ¢ R. ®£¤ ¯® ªà¨â¥à¨î ®è¨ á室¨¬®á⨠ç¨á«®¢®© ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⨠¤«ï «î¡®£® k ∈ N áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«®¢®© ¯à¥¤¥« lim xn (k) = z(k) ∈ R.
®«ã稫¨ ç¨á«®¢ãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì z ,n→∞ª®â®à ï ¯® ¯®áâ஥¨î ï¥âáï ¯®â®ç¥çë¬ ¯à¥¤¥«®¬¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ¨xn . «¥¥ ¤«ï «î¡ëå k ∈ N¡ ¢¨ n, m > N 2ε ¯¥à¥©¤ñ¬ ¢ ¥à ¢¥á⢥ |xn (k) − xm (k)| < 2ε ª ¯à¥ε¤¥«ã ¯®¡ m¢ → ∞. ®«ã稬 |xn (k) − z(k)| ≤ 2 ¤«ï «î¡®£®ε k ∈ N ¨εn > N 2 . «¥¤®¢ ⥫ì®, sup |xn (k) − z(k)| = ρ(xn , z) ≤ 2 < ε ¤«ï¡ ¢k∈N«î¡®£® n > N 2ε . ª¨¬ ®¡à §®¬, ρ(xn , z) → 0 ¯à¨ n → ∞. áâ «®áì ¯®ª § âì, çâ® z ∈ `∞ , â. ¥. z ï¥âáï ®£à ¨ç¥®© ç¨á«®¢®©¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâìî. ª ª ª xn ∈ `∞ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N, â® ¤«ïn = N (1) + 1 áãé¥áâ¢ã¥â R > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®£® k ∈ N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |xn (k)| ≤ R.
®£¤ ¤«ï «î¡®£® k ∈ N 室¨¬|z(k)| ≤ |z(k) − xn (k)| + |xn (k)| ≤ ρ(z, xn ) + R ≤ 1 + R. «¥¤®¢ ⥫ì®,z | ®£à ¨ç¥ ï ç¨á«®¢ ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì.।ê¬ ¢ `∞ ã¡ë¢ îéãî ¯® ¢«®¦¥¨î ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì§ ¬ªãâëå ¬®¦¥áâ¢, ¯¥à¥á¥ç¥¨¥ ª®â®àëå ¯ãáâ®, ¤¨ ¬¥âàë ª®¥çë ¨ ¥ áâ६ïâáï ª ã«î. áᬮâਬ ¤«ï «î¡®£® n ∈ N ¬®¦¥á⢮½Fn =x ∈ `∞¯¾¯¯ x(1) = . . . = x(n) = 0, sup |x(k)| = 1 .¯k∈N祢¨¤®, ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à n ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ Fn+1 ⊂ Fn . ᫨ z | â®çª ¯à¨ª®á®¢¥¨ï Fn , â® ¤«ï «î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â xε ∈ Fn , â ª®©, çâ® ρ(z, xε ) < ε.
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£®®¬¥à k ∈ 1, n ¨¬¥¥¬ |z(k)| = |z(k) − xε (k)| ≤ ρ(z, xε ) < ε, â. ¥. ¢á¨«ã ¯à®¨§¢®«ì®á⨠ç¨á« ε > 0 ¯®«ãç ¥¬ z(k) = 0. ¯à ¢¥¤«¨¢ë¥à ¢¥á⢠:³´sup |z(k)| ≤ sup |z(k) − xε (k)| + |xε (k)| ≤ ρ(z, xε ) + 1 < ε + 1,k∈Nk∈N³´sup |z(k)| ≥ sup |xε (k)| − |z(k) − xε (k)| ≥ 1 − ρ(z, xε ) > 1 − ε.k∈Nk∈N«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫ㠯ந§¢®«ì®á⨠ç¨á« ε > 0 ¯®«ãç ¥¬ à ¢¥á⢮ sup |z(k)| = 1.
ª¨¬ ®¡à §®¬, z ∈ Fn . â ª, ¤®ª § § k∈N47¬ªãâ®áâì ¬®¦¥á⢠Fn . ®ª ¦¥¬, çâ® ¤¨ ¬¥âà ¬®¦¥á⢠Fn à ¢¥ ¤¢ã¬. ¥©á⢨⥫ì®, ³¤«ï «î¡ëå í«¥¬¥â®¢x, y ∈ Fn á¯à ¢¥¤´«¨¢ ®æ¥ª ρ(x, y) ≤ sup |x(k)| + |y(k)| ≤ 2, â. ¥. diam Fn ≤ 2. k∈N¤à㣮© áâ®à®ë, ç¨á«®¢ë¥ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⨠x̃ ¨ ỹ ¢¨¤ x̃(k) == ỹ(k) = 0 ¤«ï «î¡®£® k 6= n + 1, x̃(n + 1) = 1 ¨ ỹ(n + 1) = −1,¯à¨ ¤«¥¦ â ¬®¦¥áâ¢ã Fn .