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Propiedades dinámicas de funciones continuas inyectivas en$\mathbb{R}^d$

Deje $\varphi:\mathbb{R}^d\to\mathbb{R}^d$ ser un inyectiva función continua. Denotar por $\varphi_n$ la $n$-ésima iteración de $\varphi$, es decir, $\varphi_n(x)=\varphi_{n-1}(\varphi(x))$ para todos los $x\in\mathbb{R}^d$. Considere dos propiedades de $\varphi$:

1) Para cada conjunto compacto $K\subset\mathbb{R^d}$ existe $n\in\mathbb{N}$ tal que $\varphi_n(K)\cap K=\emptyset$.

2) Para cada conjunto compacto $K\subset\mathbb{R^d}$ existe $n_0\in\mathbb{N}$ tal que para cada $n\geq n_0$ hemos $\varphi_n(K)\cap K=\emptyset$.

La pregunta es la siguiente: es de 1 equivalente a 2?

Comentario 1. Es obvio que 2 implica 1.

Observación 2. Si $d=1$, entonces la respuesta es SÍ, y es una simple consecuencia del hecho de que una función inyectiva debe ser monótona.

6voto

Barrett Conrad Puntos 1705

Esta es una observación, junto con un esbozo de un posible caso de la construcción de (1) no implica (2) por $\mathbb{R}^3$.

De la observación. Quiero señalar un ejemplo de un conjunto cerrado $X \subset \mathbb{R}^2$ y la continuidad de una función inyectiva $f: X \rightarrow X$ tal que $f$ tiene la propiedad (1), pero no (2).

La construcción de este ejemplo, comenzar con la secuencia de puntos de $a_n = (n - 10^{\lfloor log_{10}{n} \rfloor}, 10^{- \lfloor log_{10}{n} \rfloor})$. Informalmente: "filas" de los puntos de acercarse a la $x$-eje, donde el tamaño de las filas aumenta de forma exponencial (9, 90, 900, etc.), y su distancia a la $x$-eje disminuye de manera exponencial (1, 1/10, 1/100, etc.).

Deje $X = \{ a_1, a_2, a_3, ... \} \cup \{ (0,0), (1,0), (2,0), ... \}$

Definir $f$ por $f(a_n) = a_{n+1}$, e $f(x, 0) = (x + 1, 0)$.

Este sistema dinámico se rompe en dos partes: la traducción de la no-negativo entramado de puntos en la $x$-eje, y una órbita, $\{a_n\}$, que se acumula en el origen (y la posterior celosía puntos) en el crecimiento exponencial de los intervalos. En las filas de $\{a_n\}$, los puntos de cambio hacia la derecha hasta llegar al final de la fila, en cuyo caso "wrap around" para la primera posición, en la siguiente fila.

La función de $f$ es continua e inyectiva. Lo hace no tiene la propiedad (2), ya que si $K$ es una bola cerrada en torno al origen, contiene algunas de las $\{a_n\}$, cuya órbita se acumula en el origen y se cruzan $K$ infinitamente a menudo.

La función de $f$ no tienen la propiedad (1). Deje $K$ ser un conjunto compacto, y deje $M$ ser el máximo de $x$-coordenadas de cualquier punto en $K$. Deje $10^m$ ser el más pequeño de la potencia de diez mayor que $M$. A continuación,$f^{5 \cdot 10^m} (K) \cap K = \emptyset$. Para ver esto, observe que todos los puntos en las primeras filas de tamaño menor o igual a $10^m$ pasará a la fila de tamaño $9 \cdot 10^{m}$ y en esta fila se desplaza más de $10^m$ a la derecha de la $x$-eje, de modo que no encuentran en $K$. Puntos en otras filas también cambio lo suficientemente lejos a la derecha para que no lo golpeen $K$, pero sus filas son lo suficientemente larga para que no "wrap" para volver a la $x$-eje.

Notas y croquis de la solución

Volviendo al problema original, este ejemplo muestra que una prueba de que (1) implica (2) se tiene que utilizar algunos hechos acerca de $\mathbb{R}^d$, en lugar de sólo pura dinámica consideraciones.

También sugiere un camino para la construcción de un ejemplo en el que (1) tiene pero no (2) para un sistema dinámico en $\mathbb{R}^d$. Un boceto de un potencial de construcción podría ser algo como esto:

En primer lugar, sin duda podemos extender $f$ a un homeomorphism $g$ sobre todo $\mathbb{R}^2$. (Para el "ajuste" de una fila a la siguiente, imagino que hacer un bucle alrededor de la parte superior; no podría ser un repelente de punto fijo en algún lugar en el positivo $y$-eje). Por debajo de la $x$-eje, podemos establecer $g$ a ser una traducción de una unidad a la derecha.

Todas las extensiones puedo pensar, $g$ perderá la propiedad (1). Para salvar la situación, nos movemos a $\mathbb{R}^3$.

Deje $d(x, X)$ ser la distancia desde el punto de $x$ para el conjunto de $X$. Para $x \in \mathbb{R}^2$ e $z \in \mathbb{R}$, definir $$\varphi(x, z) = (g(x), z - d(x, X))$$

En otras palabras, bajo la acción de $\varphi$ puntos se mueven constantemente hacia abajo, con la excepción de los puntos de mentir directamente encima o debajo de $X \times \{0\}$. Edit: fedja señala que un fuerte hacia abajo componente podría ser útil. (Para puntos cerca de $X$ se podría desplazar por $d(x, X)^{1/2}$ por ejemplo).

El mapa de $\varphi$ no tiene la propiedad (2), ya que es el mismo que $f$ restringido a $X \times \{0\}$. Por otro lado, con especial atención a la constante movimiento hacia abajo, lejos de la $X$, uno podría ser capaz de demostrar que para un compacto $K$, es decir, lo suficientemente alto $n$, itera $\varphi_n(K)$ sólo podía cruzan $K$ muy cerca de $X \times \{0\}$, y la propiedad (1) se mantenga por las mismas razones que en la construcción de $f$.

2voto

bear Puntos 356

Martin la respuesta negativa de las hojas de abrir la caja de $n=2$, y parece que esta es una buena razón para ello.

De hecho, creo que, para un homeomorphism $\phi$ de % de$\mathbb{R}^2$, las dos propiedades son de hecho equivalentes.

En primer lugar, tenga en cuenta que $\phi$ se puede suponer que la orientación de la preservación (de lo contrario, reemplace $\phi$ por su segunda iteración).

Deje $\phi$ ser una orientación-la preservación de homeomorphism de $\mathbb{R}^2$ sin puntos fijos. El Brouwer plano de traducción teorema establece que cada punto está contenido en un dominio de la traducción (que es distinto, tanto de su imagen y preimagen). Ver

http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=2143652

Así que usted puede cubrir su conjunto compacto $K$ con un número finito de estos traducción dominios. Se deben seguir (aunque no he comprobado los datos) que $K$ es disjunta de todos los de su suficientemente grande se repite.

(Me di cuenta de que no dijo que $\phi$ debe ser un homeomorphism, pero sólo inyectiva y continua. Parece verosímil que cualquier contraejemplo en esta configuración podría también dar lugar a un homeomórficos, pero uno siempre debe tener cuidado con topológico preguntas - como de hecho Brouwer mismo descubrió en el curso de la demostración de su teorema, creo.)

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