Chứng minh Mệnh đề 5.2

Một phần của tài liệu Tài liệu Giải tích đa trị P5 pptx (Trang 29 - 32)

Mục này trình bày chứng minh Mệnh đề 5.2.1. Chúng ta sẽ sử dụng bổ đề sau.

Bổ đề 5.6.1 (xem Jeyakumar và Luc (2002a)). Cho F : IRnIRs là ánh

xạ đa trị nửa liên tục trên tại x0 IRn. Giả sử t

i > 0 hội tụ đến 0, qi

coF(x0+tiB¯IRn) vớilimi→∞qi=∞và limi→∞qi/qi=q∗ vớiq∗ ∈IRs.

Khi đó q∗ (coF(x0)). Ngoài ra, nếu co(F(x0)) là nón nhọn13, thì

q∗ co(F(x0))= (coF(x0)).

13

Chứng minh. Do tính nửa liên tục trên của F tại x0, với mỗiε >0, tồn tạii0

đủ lớn sao cho

F(x0+tiB¯IRn)⊂F(x0) +εB¯IRs với mọi ii0.

Vì vậy,

qi co(F(x0) +εB¯IRs)co(F(x0) +εB¯IRs) +εB¯IRs với mọi ii0.

Suy ra

q∗ [co(F(x0) +εB¯IRs) +εB(0,1)] [co(F(x0) +εB¯IRs)]

(coF(x0))∞.

Bao hàm thức co(F(x0)) (coF(x0)) luôn nghiệm đúng vì F(x0)

coF(x0) và (coF(x0)) là nón lồi đóng. Bây giờ chúng ta chứng minh bao hàm thức ng−ợc lại. Giả sửp∈(coF(x0)),p= 0. Theo định lý Caratheodory (xem Rockafellar (1970)), tồn tại các tổ hợp lồi pi =s+1

j=1λijpij vớiλij 0, pij ∈F(x0) vàs+1 j=1λij = 1 sao cho p/p= lim i→∞pi/pi và lim i→∞pi=∞.

Không giảm tổng quát ta có thể giả sử rằng lim

i→∞λij = λj 0 với j = 1, . . . , s+ 1 và

s+1

j=1

λj = 1. Với mỗi j, xét dãy {λijpij/pi}i1. Chúng ta khẳng định rằng dãy này là giới nội, vì thế có thể giả sử rằng nó hội tụ đến một phần tử p0j (F(x0)). Nếu điều đó đúng với mỗi chỉ số j, thì ta có

p=

s+1

j=1

p0j co(F(x0)), đó là điều phải chứng minh. Để chứng minh khẳng định nói trên, ta giả sử phản chứng rằng {λijpij/pi}i1 là không giới nội. Đặtaij =λijpij/pi. Bằng cách lấy dãy con (nếu cần thiết), chúng ta có thể giả sử rằng

aij0= max{aij:j= 1, . . . , s+ 1}

với mỗi i. Vì vậy,limi→∞aij0=∞. Dopi/pi=s+1

j=1aij, ta có 0 = lim i→∞pi/(pi.aij0) = lim i→∞ s+1 j=1 aij/aij0.

Chúng ta lại có thể giả sử rằng {aij/aij0}i0 hội tụ đến một phần tử a0j

thức 0 = s+1

j=1a0j chứng tỏ rằng co(F(x0)) không phải là nón nhọn, mâu thuẫn. 2

Sử dụng Bổ đề 5.6.1, bây giờ ta sẽ chứng minh Mệnh đề 5.2.1 - một tr−ờng hợp riêng của Định lý 4.1 trong Jeyakumar và Luc (2002a).

Chứng minh Mệnh đề 5.2.1:

Chúng ta muốn chỉ ra rằng với mọi u∈IRnα∈IR, (6.1) (αg◦f)+(¯x, u)sup

q∈Q(αp0qu),

ở đó p0 =g(fx)) và Q:= J fx) + (J fx))ε

∞.Vì (6.1) là hiển nhiên trong

tr−ờng hợp u= 0 hayα = 0, ta giả sử rằngu = 0và α= 0. Giả sử ti >0 là

dãy số hội tụ tới 0 sao cho

(6.2) (αg◦f)+(¯x, u) = lim

i→∞

α(g(fx+tiu))−g(fx))

ti .

Từ định lý giá trị trung bình (xem Jeyakumar và Luc (1999), Hệ quả 5.1) suy ra rằng, với mỗiti, tồn tạipi cog([fx), fx+tiu)])vàqi∈coJ f([¯x,x¯+tiu]) sao cho

(6.3)

fx+tiu)−fx) =tiqiu,

g(fx+tiu))−g(fx)) =pi(fx+tiu)−fx)).

Do giả thiết của chúng ta, lim

i→∞pi =p0. Bằng cách xét một dãy con (nếu cần

thiết), ta chỉ phải khảo sát hai tr−ờng hợp sau: (a) {qi}hội tụ đến một véctơ q0 nào đó;

(b) limi→∞qi= với {qi/qi} hội tụ đến mộtq∗ nào đó. Từ (6.2) và(6.3) suy ra rằng

(αg◦f)+(¯x, u) = lim

i→∞(αpiqiu).

Trong tr−ờng hợp (a), do tính nửa liên tục trên củaJ f tạix¯, ta cóq0coJ fx). Vì vậy,

(αg◦f)+(¯x, u) =αp0q0usup

q∈Q(αp0qu).

Xét tr−ờng hợp (b). Do Bổ đề 5.6.1, q∗ (coJ fx)). Nếu co(J fx¯)) là không nhọn, thì dễ thấy rằng co(J(fx))ε

trùng với toàn không gianL(IRn, IRm).

u= 0, tính chất đó và giả thiết p0 = 0kéo theo sup

q∈Q(αp0qu) sup

vì thế (6.1) nghiệm đúng. Nếu hình nón co(J fx)) là nhọn, thì theo Bổ đề 5.6.1 nó chứa q∗. Đặt β := αp0q∗u. Nếu β > 0, thì từ sự kiện λq∗

co(J fx)) với mọi λ0ta rút ra quan hệ sau: sup

q∈Q(αp0qu) sup

q∈qr+co(Jfx))ε∞(αp0qu)lim sup

λ→∞ (αp0(qr+λq∗)u)+∞,

ở đó qr là một phần tử tùy ý của J fx).Quan hệ đó kéo theo (6.1).

Nếu β <0 thì với iđủ lớn, ta có αpiqqiiu < β 2 <0. Do đó, (αg◦f)+(¯x, u) = lim i→∞(αpiqiu) lim i→∞qi.β 2 =−∞. Điều đó chứng tỏ rằng(6.1) nghiệm đúng.

Bây giờ ta giả sử rằng β = 0. Từ bao hàm thức q∗ co(J fx)) và từ

định nghĩa của tập hợp co(J fx))ε

= (co(J fx)))ε suy ra rằng q∗ int(co(J fx))ε ). Chúng ta khẳng định rằng tồn tạiq1 co(J fx))ε sao cho (6.4) αp0q1u >0.

Thật vậy, xét phiếm hàm tuyến tính φ:L(IRn, IRm)→IR đ−ợc xác định bằng cách đặt φ(q) = αp0qu với mọi q ∈L(IRn, IRm). Nếu khẳng định của chúng

ta không đúng, thì φ(q) 0 với mọi q co(J fx))ε

. Vìφ(q∗) =β = 0 và

q∗ int(co(J fx))ε

), ta kết luận rằng φ = 0. Vì u = 0 và p0 = 0, tồn tại

q ∈L(IRn, IRm) sao choqu không thuộc vào nhân của phiếm hàm p0. Khi đó

ta có αp0qu = 0. Điều đó không thể xảy ra bởi vì φ = 0. Khẳng định của chúng ta đã đ−ợc chứng minh. Cố định một phần tửqr J fx). Từ (6.4) ta suy ra rằng sup q∈Q(αp0qu) sup q∈qr+co(Jfx))ε (αp0qu) lim λ→∞(αp0(qr+λq1)u)+∞; vì vậy(6.1) nghiệm đúng. 2

Một phần của tài liệu Tài liệu Giải tích đa trị P5 pptx (Trang 29 - 32)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(40 trang)