Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Функціональний аналіз / Функціональний аналіз.doc
Скачиваний:
53
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
1.26 Mб
Скачать

8.Принцип стискаючих відображень

Нехай Х – метричний простір. А: Х ―› Х. Відображення А називають стискаючим (оператором списку), якщо .

Твердження. Відображення списку є неперервним.

Доведення. Візьмемо довільні х,уєХ. Доведемо, що .

Означення. Точка х*єХ називається нерухомою точкою оператора А, якщо Ах*=х*.

Теорема Банаха(принцип стискаючих відображень).

Нехай метричний простір Х – повний, А: Х ―› Х – оператор списку, тоді існує єдина нерухома точка х*єХ: Ах*=х*.

Доведення.

Візьмемо довільну точку х0єХ. Якщо Ах00, то нерухома точка знайдена. Інакше Ах01 . Якщо Ах11 , то нерухома точка знайдена. Інакше Ах12 і т.д.

Отже, або на деякому кроці ми знайдемо нерухому точку, або буде побудована послідовність точок {xn}єХ.

ρ(xn+p, xn) = ρ(Axn+p-1, Axn-1) ≤ ρ(xn+p-1, xn-1) = ρ(Axn+p-2,Axn-2) ≤ 2ρ(xn+p-2, xn-2) ≤ … ≤ ρ(xp, x0) ≤ n(ρ(xp, x1) + ρ(x1, x0)) = n(ρ(Axp-1, Ax0) + ρ(x1, x0)) ≤ n(ρ(xp-1, x0) + ρ(x1, x0)) ≤ n(ρ(xp-1, x1) + ρ(x1, x0) + ρ(x1, x0)) ≤ … ≤ n(p-1ρ(x1, x0) + … + ρ(x1, x0) + ρ(x1, x0)) = nρ(x1, x0)( p-1 + p-2 + … +  + 1) ≤ nρ(x1, x0)(1+  + 2 + …) =

Отримали, що {xn}-ф., Х-повний => xn—> x*єХ. А – неперервне відображення, отже

Якщо деяка послідовність в метричному просторі збігається, то її границя єдина.

ρ (x*,y*)≤ ρ (x*,xn)+ ρ (xn,y*)

ρ (x*,y*)=0 => x*=y*

Довели, що нерухома точка існує. Покажемо, що вона єдина. Припустимо супротивне.

Існує x*, y*єX: Ax*=x*, Ay*=y*

ρ (x*,y*)= ρ (Ax*, Ay*)≤ ρ(x*,y*)

(1-)ρ(x*,y*)≤0

ρ(x*,y*)≤0

ρ(x*,y*)=0

З аксіоми тотожності це означає, що x*=y*.

Теорему Банаха застосовують по-перше, для доведення існування та єдиності розв’язків рівняння Ax=x, по-друге, для побудови наближеного розв’язку такого рівняння(метод послідовних наближень).

Приклад.

f(x): [a,b]→[a,b]

Нехай ця функція задовольняє умову Ліпшица. Існує k>0: для кожних x,y є [a,b]

|f(x)-f(y)| ≤ k|x-y|

Якщо 0<k<1 та f – відображення списку, і тоді рівняння f(x)=x має на [a,b] єдиний розвязок. Нехай f(x) диф.

Нехай існує f`(x), | f`(x)|<1, тоді функція задовольняє умові Ліпшица.

а) 0< f`(x)<1

б) -1<f`(x)<0

9.Відносна компактність.

Озн. Множина К називається відносно компактною, якщо з будь-якої послідовності точок множини К можлива вилучити фундаментальну послідовність.

Приклади:

1) X=R K=N , тобто К не відносно компактна.

2)

тоді і тільки тоді, коли

З послідовності неможливо вилучити фундаментальну підпослідовність.

3)

За теоремою Больцано-Вейєрштраса з обмеженої числової послідовності можна вилучити збіжну підпослідовність, а збіжна послідовність є фундаментальною. Тобто К – відносно компактна.

4)

Беремо . Ця послідовність обмежена, тобто аналогічно попередньому прикладу.

Нехай Х – метричний простір. Множини .

Озн. Множина М називається для множини А, якщо

Приклади:

1)

М – це 1-сітка для множини А.

Перша теорема Хаусдорфа. Множина відносно компактна тоді і тільки тоді, коли

Доведення.

Необхідність. Нехай К – відносно компактна. Візьмемо і побудуємо для К скінченну-сітку. Візьмемо. Якщо відстань, то сітка побудована.--сітка. Інакше:. Тоді будемо розглядати. Якщоабо, то сіткапобудована. Інакше:та, тодіі т.д.

Через скінченну кількість кроків ми побудуємо скінченну -сітку.

Якщо припустити, що процес триватиме нескінченно, то маємо . З такої послідовностінеможливо вилучити фундаментальну підпослідовність. Це суперечить тому, що К – відносно компактна.

Достатність. Нехай К така, що для К існує скінченна-сітка. Покажемо, що К – відносно компактна. Візьмемо довільну послідовність. Будемо розглядати. Якщо Т – скінченна, то зможна вилучити стаціонарну підпослідовність (вона збіжна, фундаментальна). Нехай Т – нескінченна.. Беремо, для К існує скінченна-сітка – М1. Тоді . Т – нескінченна, а куль скінченна кількість, тому серед усіх куль існує куля В1[y1,] яка містить нескінченну частину.

Беремо, для К існує скінченна-сітка – М2. Тоді . Множина Т1 – нескінченна, а куль скінченна кількість, тому серед усіх куль існує куля В2[y2,] яка містить нескінченну частинуі т.д.

Ми подували послідовність вкладених нескінченних множин.

. Точки

. А значить - фундаментальна. Тобто К – відносно компактна.