Metrikus tér

A metrikus tér olyan halmaz , amelyben bármely elempár között távolság van meghatározva .

Definíciók

A metrikus tér egy pár , ahol  egy halmaz, és  egy numerikus függvény, amely a derékszögű szorzaton van definiálva , értéket vesz fel a nem negatív valós számok halmazában, és olyan, hogy

  1. ( identitás axiómája ).
  2. ( szimmetria-axióma ).
  3. ( háromszög axióma vagy háromszög egyenlőtlenség ).

Ahol

Jegyzetek

akkor az azonosság axiómájából és a háromszög egyenlőtlenségből következik a szimmetriaxióma.

Jelölés

A pontok közötti távolságot és a metrikus térben általában vagy jelöli .

Kapcsolódó definíciók

  • Ha , és -re , akkor azt mondjuk, hogy a következőhöz konvergál : [2] .
  • Ha a halmaz egy részhalmaza , akkor a metrika halmazra való korlátozását figyelembe véve egy metrikus teret kaphatunk , amelyet a tér alterének nevezünk .
  • Egy metrikus teret akkor nevezünk teljesnek , ha bármely alapvető sorozat ennek a térnek valamely eleméhez konvergál.
  • ahol egy pont és  egy pozitív valós szám, amelyet a labda sugarának neveznek. Más szóval, egy halmaz nyitott, ha bármely pontjával együtt egy nyitott labdát tartalmaz, amelynek középpontja az adott pont. . Ezután csak akkor, ha a lezáráshoz tartozik .

    Példák

    A leképezések konvergenciája ehhez a mérőszámhoz képest megegyezik a teljes térben való egyenletes konvergenciájukkal . Abban a konkrét esetben, amikor  egy kompakt tér és  egy valós egyenes, akkor megkapjuk az összes folytonos függvények terét egy téren az egyenletes konvergencia metrikájával. Ahhoz, hogy ez a függvény metrikává váljon, az első két térben olyan függvényeket kell azonosítani, amelyek különböznek a 0 mértékhalmazon . Ellenkező esetben ez a függvény csak félmetrikus lesz. (Az intervallumon folytonos függvények terében a 0 mértékhalmazon eltérő függvények amúgy is egybeesnek.) ahol  az egyenletes konvergencia mutatója (lásd fent). egy metrika, amely ugyanazt a topológiát határozza meg . ( Tetszőleges , szigorúan pozitív számok összegzhető sorozatával helyettesíthető .) .

    Konstrukciók

    Ezek a mutatók egyenértékűek egymással.

    Tulajdonságok

    Változatok és általánosítások

    Vagyis a metrikától eltérően a különböző pontok nulla távolságra lehetnek. A pszeudometria természetesen meghatároz egy metrikát a hányadostéren , ahol . Ezenkívül egy ilyen tér bármely pontjára a tőle véges távolságra lévő pontok halmaza egy közönséges metrikus teret alkot, amelyet metrikus komponensnek neveznek . Konkrétan minden -metrikus teret tekinthetünk közönséges metrikus terek halmazának, és a különböző terekben lévő bármely pontpár közötti távolság definiálható . A kvázimetrikák példáival a való életben is találkozhatunk. Például egy hegyi falvak halmaza esetén az elemek közötti gyaloglási idő kvázi metrikát képez, mivel a felfelé haladás tovább tart, mint a lefelé járás. Egy másik példa az egyirányú utcákkal rendelkező várostömbök topológiája, ahol a ponttól pontig tartó út eltérő utcakészletből áll, mint a tól ig tartó út . A metametria megjelenik a Gromov-féle hiperbolikus metrikus terek és határaik vizsgálatában. Az ilyen téren lévő vizuális metametria kielégíti a határon lévő pontok egyenlőségét , de egyébként megközelítőleg egyenlő a határtól való távolsággal . A metametriát először Jussi Väisälä határozta meg [6] . A kifejezés nem ülte meg, néha más metrikák általánosítására is használják, mint például a pszeudoszemimetria [7] vagy a pszeudometrika [8] . Az orosz nyelvű irodalomban (és az orosz fordításokban) ez a kifejezés néha "prametrikus"-ként jelenik meg [9] [10] . Bármely premetrika a következő módon vezet topológiához. Pozitív valós golyó esetén egy pontban középre állított -golyót a következőképpen határozzuk meg . Egy halmazt nyitottnak nevezünk, ha a halmaz bármely pontjához létezik egy középpontú -golyó, amely a halmazban található. Bármely premetrikus tér topologikus tér, és valójában szekvenciális tér . Általában maguknak a -golyóknak nem kell nyílt halmazoknak lenniük ennek a topológiának megfelelően. Ami a mérőszámokat illeti, a két és halmaz közötti távolság a következőképpen van meghatározva . Ez meghatároz egy premetrikot a premetrikus tér logikai értékén. Ha egy (pszeudo-fél)metrikus térrel kezdünk, akkor egy ál-félmetrikát, azaz szimmetrikus premetrikot kapunk. Bármilyen premetrikus elvezetés az előzáró operátorhoz : .
    • Az ál- , kvázi- és fél - előtagok kombinálhatók, például az álkvazimetrikus (néha hemimetrikusnak is nevezik ) gyengíti mind a megkülönböztethetetlenségi axiómát, mind a szimmetria-axiómát, és egyszerűen egy premetrika, amely kielégíti a háromszög-egyenlőtlenséget. Az álkvazimetrikus terek esetében a nyílt golyók képezik a nyílt halmazok alapját. A pszeudokvazimetrikus tér legegyszerűbb példája egy olyan halmaz , amelynek premetrikája olyan függvény által adott , hogy és . A kapcsolódó topológiai tér a Sierpinski tér .
    A kiterjesztett pszeudokvazimetriával felszerelt halmazokat William Lover "általánosított metrikus terekként" tanulmányozta [11] [12] . Kategorikus szempontból a kiterjesztett pszeudometrikus terek és a kiterjesztett pszeudokvazimetrikus terek a hozzájuk tartozó nem bővülő leképezésekkel együtt teljesítenek a legjobban a metrikus terek kategóriáiban. Tetszőleges szorzatokat és társtermékeket vehetünk, és egy adott kategóriával hányados objektumot alkothatunk . Ha kihagyjuk a "kiterjesztett" szót, akkor csak véges termékeket és társtermékeket vehetünk fel. Ha a "pszeudo" ki van hagyva, a faktorobjektumok nem szerezhetők be. A megközelítési terek olyan metrikus terek általánosítása, amelyek figyelembe veszik ezeket a jó kategorikus tulajdonságokat.
    • Lineáris teret lineáris metrikus térnek nevezünk, ha az elemei közötti távolság adott, és az algebrai műveletek a metrikájában folytonosak, azaz [2] :
      • Példa: Az összes összetett sorozat lineáris tere átalakítható lineáris metrikus térré, ha bevezetjük az elemei közötti távolságot a képlet segítségével:
    • A hipermetrikus tér olyan metrikus tér, amelyben hipermetrikus egyenlőtlenségek érvényesülnek. vagyis
    minden olyan pontra és egész számra , hogy . [13]
    • Vegye figyelembe, hogy és esetén a hipermetrikus egyenlőtlenség a szokásos háromszög-egyenlőtlenséggé válik
    • Példa hipermetrikus térre: -space .

    Történelem

    Maurice Fréchet először a függvényterek figyelembevétele kapcsán vezette be a metrikus tér fogalmát [14] .

    Jegyzetek

    1. Kudrjavcev L. D. Matematikai elemzés. II köt. - M., Felsőiskola , 1970. - p. 296
    2. 1 2 Kerin S. G. Funkcionális elemzés. - M., Nauka , 1972. - p. 22-24
    3. Steen, Seebach, 1995 .
    4. 12 Smyth , 1987 , p. 236–253.
    5. Rolewicz, 1987 .
    6. Väisälä, 2005 , p. 187–231.
    7. Buldygin, Kozachenko, 1998 .
    8. Helemsky, 2004 .
    9. Arkhangelsky, Fedorchuk, 1988 , p. harminc.
    10. Pereira, Aldrovandi, 1995 .
    11. Lawvere, 2002 , p. 1–37.
    12. Vickers, 2005 , p. 328–356.
    13. MM Deza, M. Laurent, Vágások és metrikák geometriája, Algorithms and Combinatorics, 15, Springer-Verlag, Berlin, 1997.
    14. Fréchet M. Sur quelques points du calcul fonctionnel. – Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo. - 1906. - 22. - pp. 1-74.

    Irodalom

    Linkek