Ánh xạ liên tục

Một phần của tài liệu Ánh xạ trong không gian Banach. (Trang 28 - 31)

Cho S là tập con của không gian vectơ định chuẩn F, v ∈ S và f : S → F là ánh xạ đi từ S vào F. Ta nói rằng f liên tục tại v nếu

x→vlimf(x) tồn tại và

x→vlimf(x) =f(v).

Hay nói cách khác, f liên tục tại v nếu cho , tồn tại δ sao cho |x−v| < δ ta có

|f(x)−f(v)| < .

Ta nói f liên tục trên S nếu nó liên tục tại mọi phần tử của S.

Chú thích: Giả sử f là liên tục trên S. δ xảy ra khi định nghĩa của liên tục phụ thuộc vào v. Nghĩa là, với mọi x ∈ S, tồn tại δ(v) sao cho nếu

|x−v| < δ(v) thì |f(x)−f(v)| < . Khi chúng ta chọn được δ mà không phụ thuộc vào v thì ánh xạ f được gọi là liên tục đều. Do đó, f được gọi là liên tục đều nếu cho , tồn tại δ sao cho bất kì x, y ∈ S và |x−y| < δ thì |f(x)−f(y)| < .

Từ tính chất của giới hạn ta nhận được tính chất tương tự của ánh xạ liên tục.

Tính chất 2.2.1. Tổng: Cho f, g : S → F là liên tục tại v thì f + g liên tục tại v.

Tớch: Cho E, F, G là khụng gian vectơ định chuẩn, EìF → G là tớch.

Nếu f : S → E và g : S → F liên tục tại v thì ánh xạ tích f g liên tục tại v.

Ánh xạ hợp: Cho S, T là tập con của không gian vectơ định chuẩn F. Cho

f : S → T và g : T →F

là ánh xạ, v ∈ S và w = f(v). Nếu f là liên tục tại v và g là liên tục tại w thì g ◦f là liên tục tại v.

Chứng minh. Tổng: ∀ > 0,∃δ >0 sao cho |x−v| < δ, ta có :

|f(x)−f(v)| < ,

|g(x)−g(v)| < . Khi đó,

|f(x) +f(v)−g(x)−g(v)| < |f(x)−f(v)|+|g(x)−g(v) < 2|

Suy ra, f(x) +g(x) liên tục tại v.

Tích: Cho , tồn tại δ sao cho khi |x−v| < δ, ta có

|f(x)−f(v)| <

2(|f(v)|+ 1),

|g(x)−g(v)| <

2(|g(v)|+ 1),

|f(x)| < |f(v)|+ 1.

|g(x)| < |g(v)|+ 1.

Ta có

|f(x)g(x)−f(v)g(v)| = |f(x)g(x)−f(x)g(v) + f(x)g(v)−f(v)g(v)|

= |f(x)(g(x)−g(v))|+|(f(x)−f(v))g(v)|

≤ |f(x)||g(x)−g(v)|+|f(x)−f(v)||g(v)|

<

2(|f(v)|+ 1) ã(|f(v)|+ 1)

+

2(|g(v)|+ 1) ã(|g(v)|+ 1)

= .

Ánh xạ hợp: Cho >0,∃δ > 0 sao cho khi |y −w| < thì

|g(y)−g(w)| < .

Với δ đã cho, tồn tại δ1 > 0 sao cho khi |x−v| < δ1 thì

|f(x)−f(v)| < . Suy ra, với mọi x ∈ S, nếu |x−v| < δ1 thì

|g(f(x))−g(f(v))| < .

Nếu f là ánh xạ liên tục và c là một số thì cf là ánh xạ liên tục. Do đó, tập của ánh xạ liên tục của S vào không gian vectơ định chuẩn F là không gian vectơ của chính nó và được kí hiệu là C◦(S, F).

Định lý 2.2.1. Cho S là tập con của không gian vectơ định chuẩn F, v ∈ S và f :S →F là một ánh xạ từ S vào F. Ánh xạ f là liên tục tại v nếu và chỉ nếu với mỗi dãy {xn} của các phần tử của S mà hội tụ đến v, ta có

n→∞lim f(xn) = f(v).

Chứng minh. Giả sửf liên tục tạiv. Cho, tồn tạiδ >0sao cho |x−v| < δ thì |f(x)−f(v)| < . Với δ đã cho, khi đó tồn tại N sao cho n ≥ N, ta có |xn −v| < 1/N, do đó |f(xn) −f(v)| < . Vậy ta có điều phải chứng minh.

Đảo lại, giả sử mỗi dãy {xn} hội tụ đến v. Nó đủ để chứng minh:

Cho , tồn tại N sao cho |x−v| < 1/N thì |f(x)−f(v)| < . Giả sử điều trên là sai, thì với mỗi , và số nguyên dương n, khi đó tồn tại xn ∈ S sao cho |xn−v| < 1/n nhưng |f(xn)−f(v)|> . Dãy {xn} hội tụ đến v mâu thuẫn với điều ta chứng minh. Do đó, F phải liên tục tại v.

Cho | |1,| |2 là các chuẩn tương đương trong không gian vectơ định chuẩn E,S là tập con của E vàf : S → F là ánh xạ từ S vào không gian vectơ định chuẩn F. Cho v ∈ E, v là điểm dính của S. Nếu f liên tục tại v lấy theo chuẩn | |1 thì f cũng liên tục tại v lấy theo chuẩn | |2.

Định lý tiếp theo sẽ đề cập đến ánh xạ vào không gian tích. Nếu F1, ..., Fk là khụng gian vectơ định chuẩn, ta cú F = F1 ì... ìFk theo chuẩn sup. Một ánh xạ f : S → F được cho bởi ánh xạ tọa độ f1, ..., fk sao cho f(x) = (f1(x), ..., fk(x)) và ánh xạ fi : S → Fi. Ta sẽ đặc biệt đề cập đến trường hợp khi F = Rk và fi được gọi là hàm tọa độ trên f. Định lý 2.2.2. Cho S là tập con của không gian vectơ định chuẩn,

f : S →F = F1 ì...ìFk.

là ánh xạ từ S vào tích của không gian vectơ định chuẩn và f = (f1, .., fk)

là ánh xạ tọa độ. Cho v là điểm dính của S, thì

x→vlimf(x) tồn tại nếu và chỉ nếu

x→vlimfi(x)

tồn tại với mọi i = 1,2, ..., k. Nếu đây là một trường hợp và w là giới hạn của f(x), w = (w1, ..., wk) với wi ∈ Fi, thì

wi = lim

x→vfi(x).

Chứng minh. Giả sử

x→vlimf(x) =w = (w1, ..., wk).

Cho , khi đó tồn tại δ sao cho nếu |x−v| < δ thì

|f(x)−w| < .

Đặtf(x) = y = (y1, ..., yk).Bằng định nghĩa, |yi−wi| < bất kì|x−v| <

δ, vì vậy

wi = lim

x→vfi(x).

Đảo lại, nếu

wi = lim

x→vfi(x), với mọi i = 1,2, ..., k, Khi đó, tồn tại δi sao cho bất kì |x−v| < δi, ta có

|fi(x)−wi| < . Đặt δ = minδi.

Bằng định nghĩa, khi|x−v| < δ, mỗi |fi(x)−wi| < với mọi i=1,...,k do đó |f(x)−w| < , vì vậy w là giới hạn của f(x) khi x → v. Định lý được chứng minh.

Hệ quả 2.2.1. Ánh xạ f là ánh xạ liên tục nếu và chỉ nếu mỗi ánh xạ tọa độ fi là liên tục, i = 1, ..., k.

Chứng minh. Vì f liên tục nên hình chiếu các ánh xạ tọa độ fi cũng liên tục. Hệ quả được chứng minh.

Một phần của tài liệu Ánh xạ trong không gian Banach. (Trang 28 - 31)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(65 trang)