Metrinen avaruus

Metrinen avaruus on joukko , jossa minkä tahansa alkioparin välille on määritetty etäisyys .

Määritelmät

Metrinen avaruus on pari , jossa  on joukko, ja  se on numeerinen funktio, joka on määritelty karteesisessa tulossa , ottaa arvot ei-negatiivisten reaalilukujen joukosta ja on sellainen, että

  1. ( identiteetin aksiooma ).
  2. ( symmetria-aksiooma ).
  3. ( kolmion aksiooma tai kolmion epäyhtälö ).

Jossa

Muistiinpanot

silloin symmetria-aksiooma seuraa identiteetin aksioomasta ja kolmio-epäyhtälöstä.

Merkintä

Yleensä pisteiden välinen etäisyys ja metriavaruudessa on merkitty tai .

Aiheeseen liittyvät määritelmät

  • Jos , ja , niin sanomme, että se suppenee : [2] .
  • Jos joukon osajoukko , niin, kun otetaan huomioon metriikan rajoitus joukkoon , saadaan metriavaruus , jota kutsutaan tilan aliavaruudeksi .
  • Metrista avaruutta kutsutaan täydelliseksi , jos mikä tahansa siinä oleva perussekvenssi konvergoi johonkin tämän avaruuden elementtiin.
  • missä on piste ja  on positiivinen reaaliluku, jota kutsutaan pallon säteeksi. Toisin sanoen sarja on avoin, jos se yhdessä minkä tahansa pisteensä kanssa sisältää avoimen pallon, joka on keskitetty tähän pisteeseen. . Sitten vain, jos kuuluu sulkemiseen .

    Esimerkkejä

    Kuvausten konvergenssi tämän metriikan suhteen vastaa niiden tasaista konvergenssia koko avaruudessa . Erityistapauksessa, kun  on kompakti avaruus ja  on todellinen viiva, saadaan kaikkien jatkuvien funktioiden avaruus avaruudessa tasaisen konvergenssin metriikassa. Jotta tästä funktiosta tulisi metriikka, kahdessa ensimmäisessä tilassa on tarpeen tunnistaa funktiot, jotka eroavat mittajoukosta 0 . Muuten tämä funktio on vain semimetrinen. (Välillä jatkuvien funktioiden avaruudessa funktiot, jotka eroavat mittajoukossa 0, ovat joka tapauksessa samat.) missä  on tasaisen konvergenssin metri (katso edellä). on metriikka, joka määrittää saman topologian . (Voidaan korvata millä tahansa tiukasti positiivisten lukujen summattavalla sarjalla .) .

    Rakennukset

    Nämä mittarit vastaavat toisiaan.

    Ominaisuudet

    Muunnelmia ja yleistyksiä

    Toisin kuin metriikassa, eri pisteet voivat olla nollaetäisyydellä. Pseudometriikka määrittelee luonnollisesti osamääräavaruuden metriikan , jossa . Lisäksi mille tahansa tällaisen avaruuden pisteelle siitä äärellisen etäisyyden päässä olevien pisteiden joukko muodostaa tavallisen metriavaruuden, jota kutsutaan metriseksi komponentiksi . Erityisesti mitä tahansa avaruutta, jossa on -metriikka, voidaan pitää tavallisten metristen avaruuksien joukona ja minkä tahansa pisteparin välinen etäisyys eri avaruudessa voidaan määritellä muodossa . Esimerkkejä kvasimetriikasta kohdataan tosielämässä. Esimerkiksi kun otetaan huomioon joukko vuoristokyliä, elementtien välinen kävelyaika muodostaa näennäisen mittasuhteen, koska ylös nouseminen kestää kauemmin kuin alas. Toinen esimerkki on kaupunkikortteleiden topologia, joissa on yksisuuntaisia ​​katuja, joissa polku pisteestä pisteeseen koostuu eri katujoukosta kuin polku pisteestä pisteeseen . Metametriikka esiintyy Gromovin hyperbolisten metriavaruuksien ja niiden rajojen tutkimuksessa. Tällaisen avaruuden visuaalinen metametriikka täyttää rajalla olevien pisteiden tasa-arvon , mutta muuten on suunnilleen yhtä suuri kuin etäisyys rajasta. Metametrian määritteli ensimmäisenä Jussi Väisälä [6] . Termi ei ole vakiintunut, joskus sitä käytetään yleistämään muita mittareita, kuten pseudosemimetriaa [7] tai pseudometriikkaa [8] . Venäjänkielisessä kirjallisuudessa (ja venäjänkielisissä käännöksissä) tämä termi esiintyy joskus "prametrisena" [9] [10] . Mikä tahansa premetriikka johtaa topologiaan seuraavalla tavalla. Positiiviselle todelliselle pisteelle keskitetty pallo määritellään seuraavasti . Joukkoa kutsutaan avoimeksi , jos jollekin joukon pisteelle on olemassa -pallo, jonka keskipiste on joukossa. Mikä tahansa premetrinen avaruus on topologinen avaruus ja itse asiassa peräkkäinen avaruus . Yleensä -pallojen ei tarvitse olla avoimia joukkoja tämän topologian mukaan. Mitä tulee mittareihin, kahden joukon ja välinen etäisyys määritellään seuraavasti . Tämä määrittää premetrian premetrisen avaruuden Boolen arvossa. Jos aloitamme (pseudo-puoli-)metriavaruudesta, saamme pseudo-puolimetriikan eli symmetrisen premetrian. Kaikki premetriset johdot esisulkuoperaattorille : .
    • Pseudo- , kvasi- ja semi - etuliitteet voidaan yhdistää, esimerkiksi pseudokvasimetrinen (joskus kutsutaan hemimetriseksi ) heikentää sekä erottamattomuuden aksioomaa että symmetria-aksioomaa ja on yksinkertaisesti premetriikka, joka täyttää kolmion epäyhtälön. Pseudokvasimetrisissä tiloissa avoimet -pallot muodostavat pohjan avoimille sarjoille. Yksinkertaisin esimerkki pseudokvasimetrisestä avaruudesta on joukko , jonka premetriikka antaa funktiolla siten, että ja . Siihen liittyvä topologinen avaruus on Sierpinskin avaruus .
    William Lover tutki laajennetulla pseudokvasimetrialla varustettuja sarjoja "yleistettyinä metrisinä tiloina" [11] [12] . Kategorialta katsottuna laajennetut pseudometriset avaruudet ja laajennetut pseudokvasimetriset avaruudet sekä niitä vastaavat ei-laajenevat kartoitukset toimivat parhaiten metristen avaruuksien luokissa. Voidaan ottaa mielivaltaisia ​​tuotteita ja sivutuotteita ja muodostaa osamääräobjekti tietyn kategorian kanssa. Jos jätämme pois sanan "laajennettu", voimme ottaa vain rajalliset tuotteet ja sivutuotteet. Jos "pseudo" jätetään pois, tekijäobjekteja ei voida saada. Lähestymistavaruudet ovat metristen avaruuksien yleistys, joka ottaa huomioon nämä hyvät kategorialliset ominaisuudet.
    • Lineaarista avaruutta kutsutaan lineaariseksi metriavaruudeksi, jos sen elementtien välinen etäisyys on annettu siinä ja algebralliset operaatiot ovat jatkuvia sen metriikassa, eli [2] :
      • Esimerkki: Kaikkien monimutkaisten sekvenssien lineaarinen avaruus voidaan muuntaa lineaariksi metriavaruudeksi ottamalla käyttöön sen elementtien välinen etäisyys kaavalla:
    mille tahansa pisteelle ja kokonaisluvulle sellainen, että . [13]
    • Huomaa, että ja , Hypermetrisestä epätasa-arvosta tulee tavallinen kolmion epätasa-arvo
    • Esimerkki hypermetrisestä avaruudesta: -space .

    Historia

    Maurice Fréchet esitteli ensimmäisenä metrisen avaruuden käsitteen [14] funktioavaruuksien tarkastelun yhteydessä.

    Muistiinpanot

    1. Kudrjavtsev L. D. Matemaattinen analyysi. II osa. - M., Higher School , 1970. - s. 296
    2. 1 2 Kerin S. G. Funktionaalinen analyysi. - M., Nauka , 1972. - s. 22-24
    3. Steen, Seebach, 1995 .
    4. 12 Smyth , 1987 , s. 236-253.
    5. Rolewicz, 1987 .
    6. Väisälä, 2005 , s. 187-231.
    7. Buldygin, Kozachenko, 1998 .
    8. Helemsky, 2004 .
    9. Arkhangelsky, Fedorchuk, 1988 , s. kolmekymmentä.
    10. Pereira, Aldrovandi, 1995 .
    11. Lawvere, 2002 , s. 1–37.
    12. Vickers, 2005 , s. 328–356.
    13. MM Deza, M. Laurent, Leikkausten ja metriikan geometria, Algorithms and Combinatoriics, 15, Springer-Verlag, Berliini, 1997.
    14. Fréchet M. Sur quelques points du calcul fonctionnel. — Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo. - 1906. - 22. - s. 1-74.

    Kirjallisuus

    Linkit