O`zbekiston Oliy va O`rta maxsus ta`lim vazirligi Namangan Davlat universiteti
Download 1.75 Mb. Pdf ko'rish
|
fumksional matematika
- Bu sahifa navigatsiya:
- 3.1. Ichma-ich joylashgan sharlar haqidagi teorema
- 3.1-teorema.
- Isbot
- Yetarliligi .
- 3.2. Metrik fazolarni to‘ldirish
- 3.3-teorema.
3.8. ] 1 , 1 [ 2 − C metrik fazoning to‘la emasligini ko‘rsatamiz. Buning uchun ] 1 , 1 [ 2 − C fazoda uzluksiz funksiyalarning ( ) [ ] ( ) [ ] ∈ − ∈ − − ∈ − = 1 1 1 1 1 1 1 1 , n x , , n , n x , x n , n , x , x f n ketma-ketligini qaraymiz. Bu ketma-ketlik ] 1 , 1 [ 2 − C fazoda fundamentaldir, chunki barcha ] 1 , 1 [ − ∈ x lar uchun ( ) ( ) 1 ≤ − x f x f m n ekanligini hisobga olsak va m n < desak, ( ) ( ) ( ) ( ) . , 0 2 1 , 1 1 1 1 2 2 ∞ → → = < − = ∫ ∫ − − n n dx dx x f x f f f n n m n m n ρ Biroq { } n f ketma-ketlik ] 1 , 1 [ 2 − C fazodagi birorta ham funksiyaga yaqinlashmaydi. Haqiqatan ham, ] 1 , 1 [ 2 − ∈ C f ixtiyoriy funksiya va y x 1/n 1 -1/n 1 -1 3.1 - chizma 38 ( ) [ ] ∈ − ∈ − = 1 , 0 , 1 ), 0 , 1 [ , 1 x agar x agar x ϕ nol nuqtada uzilishga ega funksiya bo‘lsin. Ko‘rinib turibdiki, ( ) ( ) [ ] [ ] ( ) ∈ − − ∈ + − − ∈ = − ). n , [ x , nx , , n / x , x n , , n n , x , x x f n 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 U ϕ Bundan tashqari barcha ] 1 , 1 [ − ∈ x lar uchun ( ) ( ) 1 ≤ − x x f n ϕ . Shuning uchun ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . , 0 2 / 1 / 1 2 1 1 2 ∞ → → ≤ − ⋅ = − ∫ ∫ − − n n dx x x n dx x x f n n n ϕ ϕ (3.5) Agar Minkovskiyning integral tengsizligidan foydalansak ((1.22) ga qarang), ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 − + − ≤ − ∫ ∫ ∫ − − − dx x x f dx x f x f dx x x f n n ϕ ϕ (3.6) tengsizlikka kelamiz. Endi quyidagi ( ) ( ) ( ) 0 1 1 2 > − ∫ − dx x x f ϕ (3.7) tengsizlikni isbotlaymiz. Uning isbotini ikki holga ajratamiz. 1). Faraz qilaylik 0 ) 0 ( ≤ f bo‘lsin, u holda f ning uzluksizligiga ko‘ra shunday 0 1 > δ mavjudki, barcha ] , 0 [ 1 δ ∈ x lar uchun 2 / 1 ) ( < x f bo‘ladi. Bundan ( ) ( ) [ ] 1 ; 0 , 2 / 1 δ ϕ ∈ ≥ − x x x f (3.8) tengsizlik kelib chiqadi. (3.8) tengsizlikni [ ] 1 0 δ , kesma bo‘yicha integrallab, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ∫ ∫ > − ≥ − − 1 0 1 2 1 1 2 4 δ δ ϕ ϕ dx x x f dx x x f tengsizlikka kelamiz. 2). Agar biz 0 ) 0 ( > f deb faraz qilsak, u holda shunday 0 2 > δ mavjudki, barcha ] 0 , [ 2 δ − ∈ x lar uchun ( ) ( ) 2 / 1 > − x x f ϕ bo‘ladi. Bundan ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ∫ ∫ − − > − ≥ − 0 2 2 1 1 2 2 4 δ δ ϕ ϕ dx x x f dx x x f . Demak, (3.7) tengsizlik isbot bo‘ldi. (3.6) tengsizlikdan ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 − − − ≥ − ∫ ∫ ∫ − − − dx x x f dx x x f dx x f x f n n ϕ ϕ (3.9) ni olamiz. (3.5), (3.7) va (3.9) lardan ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 1 1 2 , − = ∫ − dx x f x f f f n n ρ ning nolga yaqinlasha olmasligi kelib chiqadi, ya’ni } { n f ketma-ketlik ] 1 , 1 [ 2 − C dagi birorta ham funksiyaga yaqinlasha olmaydi. ∆ 3.9. 1 , ≥ p p l va m , c , 0 c fazolar to‘la metrik fazolardir. 39 3.1. Ichma-ich joylashgan sharlar haqidagi teorema Ma’lumki, analizda ichma-ich joylashgan kesmalar haqidagi lemma keng qo‘llaniladi. Metrik fazolar nazariyasida esa «ichma-ich joylashgan yopiq sharlar haqidagi teorema» deb ataluvchi quyidagi teorema shunga o‘xshash muhim ahamiyatga ega. 3.1-teorema. X metrik fazo to‘la bo‘lishi uchun undagi ixtiyoriy ichma-ich joylashgan va radiuslari nolga intiluvchi yopiq sharlar ketma-ketligining kesishmasi bo‘sh bo‘lmasligi zarur va yetarlidir. Isbot. Zaruriyligi. X to‘la metrik fazo bo‘lsin va K , , , 3 2 1 B B B - ichma-ich joylashgan yopiq sharlar ketma-ketligi bo‘lib, ularning radiuslari ketma-ketligi nolga intilsin. n B sharning markazi n x nuqtada va radiusi n r bo‘lsin. Barcha n m > lar uchun ( ) n m n r x x < , ρ va ∞ → n da 0 → n r bo‘lgani uchun, sharlarning markazlari ketma-ketligi } { n x fundamentaldir. X to‘la metrik fazo bo‘lgani uchun n n x ∞ → lim mavjud. Aytaylik, x x n n = ∞ → lim bo‘lsin. Har bir n da barcha n m > lar uchun n m B x ∈ . Shunday ekan, har bir n da x nuqta n B shar uchun urinish nuqtasi bo‘ladi. Barcha n larda n B yopiq bo‘lgani uchun n B x ∈ . U holda . 1 1 ∅ ≠ ⇒ ∈ ∞ = ∞ = I I n n n n B B x Yetarliligi. X da ixtiyoriy } { n x fundamental ketma-ketlik berilgan bo‘lsin. U holda bu ketma-ketlik uchun shunday 1 n nomer topiladiki, barcha 1 n n > larda ( ) 2 1 , 1 < n n x x ρ tengsizlik o‘rinli bo‘ladi. Markazi 1 n x nuqtada va radiusi 1 ga teng 1 B yopiq sharni olamiz. Keyin 1 2 n n > nomerni shunday tanlaymizki, barcha 2 n n > larda ( ) 2 2 1 , 2 < n n x x ρ tengsizlik bajarilsin. Markazi 2 n x nuqtada va radiusi 2 1 ga teng 2 B yopiq sharni olamiz. Tanlanishiga ko‘ra, 1 2 B B ⊂ , 2 1 , 1 2 1 = = r r . Endi 2 3 n n > nomerni shunday tanlaymizki, barcha 3 n n > larda ( ) 3 2 1 , 3 < n n x x ρ tengsizlik bajarilsin. Agar shu usulda k n n n x x x , , , 2 1 K nuqtalar tanlangan bo‘lsa, u holda 1 + k n x nuqtani shunday tanlaymizki, k k n n > + 1 va barcha 1 + > k n n larda ( ) 1 2 1 , 1 + < + k n n k x x ρ bo‘lsin. Yuqoridagidek markazi 1 + k n x va radiusi k 2 1 ga teng bo‘lgan yopiq sharni 1 + k B orqali belgilaymiz. Sharlarni bunday qurush jarayonini davom ettira borib, ichma-ich joylashgan yopiq sharlar ketma-ketligini hosil 40 qilamiz va ularning radiuslari ketma-ketligi ∞ → = − k r k k 1 2 1 da nolga intiladi. Teorema shartiga ko‘ra, ∅ ≠ ∞ = I 1 n n B va I ∞ = ∈ 1 n n B x bo‘lsin. Bu sharlar ketma-ketligi umumiy nuqtaga ega va bu nuqtani x deb belgilaymiz. k B sharlar ketma-ketligining qurilishiga ko‘ra x nuqta } { k n x ketma- ketlikning limiti bo‘ladi. } { n x fundamental ketma-ketlikning } { k n x qismiy ketma- ketligi x nuqtaga yaqinlashgani uchun, { } n x ham x nuqtaga yaqinlashadi. Shunday qilib, n n x x ∞ → = lim . ∆ 3.2-teorema. (Ber teoremasi). To‘la metrik fazoni hech yerda zich bo‘lmagan sanoqli sondagi to‘plamlar yig‘indisi ko‘rinishida tasvirlash mumkin emas. Isbot. Faraz qilaylik, U ∞ = = 1 n n M X bo‘lsin, bu yerda n M larning har biri hech yerda zich bo‘lmagan to‘plamlar. Radiusi 1 ga teng biror 0 S yopiq sharni olamiz. Farazimizga ko‘ra 1 M to‘plam 0 S da zichmas. Shuning uchun radiusi 2 1 dan kichik shunday yopiq 0 1 S S ⊂ shar mavjudki, ∅ = 1 1 M S I . Hech yerda zichmas 2 M to‘plam 1 S sharda ham zichmas, shunday ekan, radiusi 3 1 dan kichik shunday 1 2 S S ⊂ yopiq shar mavjudki, ∅ = 2 2 M S I va hokazo. Jarayonni shu usulda cheksiz davom ettirib, yopiq sharlarning shunday ichma-ich joylashgan } { n S ketma-ketligini hosil qilamizki, ularning radiuslari ketma-ketligi nolga intiladi. 3.1- teoremaga ko‘ra ∅ ≠ ∞ = I 1 n n S . Faraz qilaylik, I ∞ = ∈ 1 n n S x bo‘lsin. n S sharlarning tuzilishiga ko‘ra ixtiyoriy n da n M x ∉ , shunday ekan, n n M x U ∞ = ∉ 1 , ya’ni n n M X U ∞ = ≠ 1 . Bu farazimizga zid. ∆ 3.2. Metrik fazolarni to‘ldirish Agar R metrik fazo to‘la bo‘lmasa, uni biror usul bilan (aslini olganda yagona usul bilan) biror to‘la metrik fazo ichiga joylashtirishimiz mumkin. 3.3-ta’rif. Agar: 1) R metrik fazo * R to‘la metrik fazoning qism fazosi bo‘lsa; 2) R to‘plam * R ning hamma yerida zich, ya’ni * ] [ R R = bo‘lsa, u holda * R metrik fazo R metrik fazoning to‘ldirmasi deyiladi. 41 3.3-teorema. Har bir R metrik fazo to‘ldirmaga ega va bu to‘ldirma fazo R ning nuqtalarini qo‘zg‘almas holda qoldiruvchi izometriya aniqligida yagonadir. Isbot. Dastlab to‘ldirma fazoning yagonaligini isbotlaymiz. * R va * * R lar R ning ikkita to‘ldirma fazolari bo‘lib, 1 ρ va 2 ρ mos ravishda ulardagi masofalar bo‘lsin. Ta’rifga ko‘ra har bir * * R x ∈ uchun shunday { } R x n ⊂ ketma-ketlik mavjud bo‘lib, { } * n x x → bo‘ladi. U holda ( ) ( ) ( ) 0 , lim , lim , lim 2 1 = = = ∞ → ≥ ∞ → ≥ ∞ → ≥ m n n m m n n m m n n m x x x x x x ρ ρ ρ munosabatga ko‘ra, } { n x ketma-ketlik R , * R va * * R fazolarda fundamental ketma-ketlik bo‘ladi. Shuning uchun, yagona * * * * R x ∈ mavjud bo‘lib, { } * * x x n → . Bu * * x nuqta } { n x ketma-ketlikning tanlanishiga bog‘liq emas. Chunki, agar { } * n x x → va { } * n x y → bo‘lsa, = − = = k n y k n x z k k n 2 , , 1 2 , agar agar ketma-ketlik ham * x ga yaqinlashadi. Tuzilishiga ko‘ra, } { n z - fundamental va uning } { k x qismiy ketma-ketligi * * x nuqtaga yaqinlashadi. U holda } { n z ning o‘zi ham * * x ga yaqinlashadi va shunday ekan, } { n y qismiy ketma-ketlik ham * * x ga yaqinlashadi. Ko‘rsatilgan yo‘l har bir * * R x ∈ uchun yagona * * x ni mos qo‘yadi. * R va * * R o‘rtasida * * * ) ( x x = ϕ moslikni o‘rnatamiz. Agar R x ∈ bo‘lsa, * R x ∈ va * * R x ∈ bo‘ladi, hamda x x n = statsionar ketma-ketlik x elementga * R va * * R fazolarda yaqinlashadi. Shuning uchun, ixtiyoriy R x ∈ uchun x x = ) ( ϕ . Bu usulda aniqlangan ϕ moslik * R ni * * R ga o‘zaro bir qiymatli akslantiradi. Endi ϕ ning izometriya ekanligini ko‘rsatamiz. Aytaylik, * * * , } { R x x x n ∈ → va * * * * * * , } { R x x x n ∈ → va * * * , } { R y y y n ∈ → va * * * * * * , } { R y y y n ∈ → bo‘lsin. U holda metrikaning uzluksizlik xossasiga ko‘ra ( ) ( ) ( ) n n n n n y x y x x , lim , lim y , n 1 * * 1 ρ ρ ρ ∞ → ∞ → = = va ( ) ( ) ( ) n n n n n y x y x x , lim , lim y , n 2 * * * * 2 ρ ρ ρ ∞ → ∞ → = = Bundan ( ) = * * 1 y , x ρ ( ) * * * * 2 y , x ρ Demak, * R ni * * R ga o‘zaro bir qiymatli akslantiruvshi ϕ moslik mavjud bo‘lib, u quyidagi shartlarni qanoatlantiradi: 1) barcha R x ∈ lar uchun x x = ) ( ϕ ; 42 2) agar * * * * * * , y y x x ↔ ↔ bo‘lsa, u holda ( ) = * * 1 y , x ρ ( ) * * * * 2 y , x ρ . To‘ldirma fazoning yagonaligi isbotlandi. Endi to‘ldirma fazoning mavjudligini isbotlaymiz. R ixtiyoriy metrik fazo bo‘lsin. R dan olingan } { n x va } { n x ′ fundamental ketma-ketliklar ( ) 0 , lim = ′ ∞ → n n n x x ρ shartni qanoatlantirsa, ular ekvivalent deb ataladi va } { n x ~ } { n x ′ ko‘rinishda yoziladi. Tekshirish qiyin emaski, fundamental ketma-ketliklar o‘rtasida kiritilgan bu munosabat refleksiv, simmetrik va tranzitivdir. Bundan kelib chiqadiki, R ning elementlaridan tuzilgan barcha fundamental ketma-ketliklar to‘plami har biri o‘zaro ekvivalent ketma-ketliklardan tashkil bo‘lgan va kesishmaydigan sinflarga ajraladi. Endi * R fazoni aniqlaymiz. * R ning elementlari sifatida yuqorida aniqlangan o‘zaro ekvivalent fundamental ketma- ketliklardan iborat sinflarni qabul qilamiz va unda masofani quyidagicha aniqlaymiz. * x va * y shunday sinflardan ikkitasi bo‘lsin. Bu sinflarning har biridan ixtiyoriy ravishda bittadan vakil tanlaymiz, ya’ni * } { x x n ∈ va * } { y y n ∈ fundamental ketma-ketliklarni olamiz. * x va * y orasidagi masofani ( ) ( ) . , lim y , * * * n n n y x x ρ ρ ∞ → = (3.10) usulda aniqlaymiz. Masofani bu usulda aniqlash nuqsonlardan xoli ekanligini ko‘rsatamiz, ya’ni (3.10) limit mavjud, hamda * } { x x n ∈ va * } { y y n ∈ vakillarning tanlanishiga bog‘liq emas. Ushbu ( ) ( ) ( ) ( ) m n m n m m n n y , y x , x y , x y , x ρ ρ ρ ρ + ≤ − (3.11) tengsizlik ko‘rsatadiki, agar } { n x va } { n y lar fundamental ketma-ketliklar bo‘lsa, ixtiyoriy 0 > ε uchun shunday n va m lar mavjudki, ( ) ( ) ε ρ ρ < − m m n n y , x y , x tengsizlik bajariladi. U holda ( ) n n n y x c , ρ = sonli ketma-ketlik Koshi kriteriyasini qanoatlantiradi va shunday ekan, } { n c chekli limitga ega. Bu limit * } { x x n ∈ va * } { y y n ∈ larning tanlanishiga bog‘liq emas. Haqiqatan ham, * } { x x n ∈ , * n x x ∈ ′ } { va * } { y y n ∈ , * } { y y n ∈ ′ bo‘lsin. } { n x ~ } { n x ′ va } { n y ~ } { n y ′ bo‘lgani uchun ( ) 0 , lim = ′ ∞ → n n n x x ρ va ( ) 0 , lim = ′ ∞ → n n n y y ρ bo‘ladi. U holda ( ) ( ) ( ) ( ) n n n n n n n n y , y x , x y , x y , x ′ + ′ ≤ ′ ′ − ρ ρ ρ ρ tengsizlikdan ( ) = ∞ → n n n y , x ρ lim ( ) n n n y x ′ ′ ∞ → , lim ρ tenglik kelib chiqadi. 43 Endi * R da (3.10) formula bilan aniqlangan * ρ akslantirish metrika aksiomalarini qanoatlantirishini ko‘rsatamiz. Ishonch hosil qilish qiyin emaski, 1 va 2 aksiomalar bajariladi. Endi uchburchak aksiomasining bajarilishini tekshiramiz. Berilgan R fazoda uchburchak aksiomasi bajarilgani uchun ixtiyoriy, * } { x x n ∈ va * } { y y n ∈ va * } { z z n ∈ fundamental ketma-ketliklar uchun, barcha n larda ( ) ( ) ( ) n n n n n n z y y x z x , , , ρ ρ ρ + ≤ tengsizlik o‘rinli. Bu tengsizlikda ∞ → n da limitga o‘tib ( ) ( ) ( ) n n n n n n n n n z y y x z x , lim , lim , lim ρ ρ ρ ∞ → ∞ → ∞ → + ≤ tengsizlikni olamiz, ya’ni ( ) ( ) ( ) * * * * * * * , , , z y y x z x ρ ρ ρ + ≤ . R metrik fazoni * R ning qism fazosi sifatida qarash mumkinligini ko‘rsatamiz. Har bir R x ∈ ga } { x x n = statsionar ketma-ketlik va unga ekvivalent fundamental ketma-ketliklardan tashkil bo‘lgan sinfni mos qo‘yamiz. Bu sinf x ga yaqinlashuvchi R x n ⊂ } { ketma-ketliklardan iborat. Tuzilishiga ko‘ra bu sinf bo‘sh emas. Shu bilan birgalikda, agar R y x ∈ , uchun n n x x ∞ → = lim va n n y y ∞ → = lim bo‘lsa, u holda ( ) n n n y x y x , lim ) , ( * ρ ρ ∞ → = . Chunki, (3.11) ko‘ra ( ) ( ) ( ) ( ) n n n n y , y x , x y , x y , x ρ ρ ρ ρ + ≤ − . Shunday ekan, har bir R x ∈ ga unga yaqinlashuvshi fundamental ketma-ketliklar sinfi * x ni mos qo‘yish bilan R ni * R ning ichiga izometrik akslantiramiz. Bundan keyin R va uning * R dagi aksini farq qilmay R ni * R ning qism fazosi deb qarash mumkin. Navbat R metrik fazoning * R ning hamma yerida zich ekanligini ko‘rsatishga keldi. Ixtiyoriy * * R x ∈ element va ixtiyoriy 0 > ε sonni olamiz. * x sinfdan vakil tanlaymiz, ya’ni } { n x fundamental ketma-ketlikni olamiz. Endi N nomerni shunday tanlaymizki, N n > va N m > bo‘lganda ( ) ε ρ < m n x x , bo‘lsin. U holda N n > da ( ) ε ρ ρ ≤ = ∞ → m n m n x x x x , lim ) , ( * * . ya’ni * x ning ixtiyoriy ε - atrofi R ning nuqtasini saqlaydi. Shunday qilib, R ning * R dagi yopig‘i * R ga teng. Endi * R ning to‘laligini isbotlash qoldi. Dastlab shuni takidlash lozimki, * R ning tuzilishiga ko‘ra R dan olingan ixtiyoriy fundamental ketma-ketlik shu ketma-ketlikni saqlovchi * x ∈ * R elementga yaqinlashadi. R fazo * R da zich bo‘lgani uchun * R dan olingan nuqtalarning ixtiyoriy K K , , , , * * 2 * 1 n x x x fundamental ketma-ketligi uchun R da shunday K K , , , , 2 1 n x x x fundamental ketma-ketlik topiladiki, 44 ( ) 0 , lim * = ∗ ∞ → n n n x x ρ . Buning uchun har bir n da R x n ∈ nuqtani ( ) n x x n n / 1 , * < ∗ ρ shart bo‘yicha tanlash yetarli. Tanlangan } { n x ketma-ketlik R da fundamental va * R ning aniqlanishiga ko‘ra, biror * * R x ∈ ga yaqinlashadi. U holda ( ) ( ) ( ) ∗ ∗ + ≤ n n n n x x x x x x , , , * * * * * ρ ρ ρ tengsizlikka ko‘ra, ( ) 0 , lim * * = ∗ ∞ → n n x x ρ , ya’ni } { * n x ketma-ketlik * x ga yaqinlashadi. ∆ Download 1.75 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling