很水的數(shù)學(xué)分析112:壓縮映射原理

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一、討論限制在IR?上等價(jià)度量的條件。
1.限制在IR?上(或者擴(kuò)展為有限維線性空間上)度量依然不一定等價(jià),但有命題:有限維線性空間上的任一范數(shù)都等價(jià),從而任一由范數(shù)誘導(dǎo)的度量等價(jià)。(從而有限維線性空間內(nèi)的點(diǎn)列在任一由范數(shù)誘導(dǎo)的度量下判別是否是Cauchy列、判別斂散性結(jié)果都一樣,所以可以默認(rèn)用d?度量)
①取一個(gè)基,就發(fā)現(xiàn)有限維線性空間跟IR?在某方面實(shí)際上沒(méi)有區(qū)別。
②證明:要證明范數(shù)等價(jià),即α‖x‖≤ N(x) ≤β‖x‖,轉(zhuǎn)化為α≤1/‖x‖N(x)≤β
,轉(zhuǎn)化為證N(x/‖x‖)在閉集上的連續(xù)性
在閉集上的連續(xù)性。(恰好定義域就是閉集)
而由范數(shù)公理和Cauchy—Schwarz不等式能保證更強(qiáng)的Lipschitz連續(xù)。
2.推論:IR、IR?任一閉子集在任何由范數(shù)誘導(dǎo)的度量下都是完備的。
二、壓縮映射原理。
1.Lipschitz連續(xù)中令K∈[0,1),即壓縮映射。(一般f是某度量)
2.幾何意義:畫出“中心”隨曲線移動(dòng)的“喇叭”族,曲線能被覆蓋。 Lipschitz連續(xù)中任意一點(diǎn)切線斜率是有限數(shù)即可,壓縮映射要求斜率≤1。
3.壓縮映射原理證明框架。
①證明存在性。為不斷嵌套迭代,構(gòu)造點(diǎn)列xn+1=φ(xn),使得d(xn+1,xn)以K?速度遞減,從而證明{xn}是Cauchy列,然后由X的完備性和φ的連續(xù)性知不動(dòng)點(diǎn)存在。
②證明唯一性。假設(shè)另有不動(dòng)點(diǎn)ξ',可知0≤d(ξ,ξ')≤Kd(ξ,ξ'),矛盾。
4.從證明存在性的過(guò)程可看出空間的完備性至關(guān)重要。
5.例子:地圖上的不動(dòng)點(diǎn)。
尋找不動(dòng)點(diǎn)(原地圖和壓縮地圖重合的點(diǎn))跟構(gòu)造φ的思路相同。