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Propiedades de compacidad implican continuidad

Por favor, ayúdame a hacer el siguiente.

Supongamos que $f:\mathbb{R}^m\to\mathbb{R}$ satisface dos condiciones:

(i) Para cada conjunto compacto $K$, $f(K)$ es compacto.

(ii) Para cualquier anidada disminución de la secuencia de pactos $(K_n)$, $$f\left(\bigcap K_n\right)=\bigcap f(K_n).$$ Prove that $f$ es continua.

De la propiedad (ii) implica lo siguiente: Si $(x_i)$ es una secuencia en $\mathbb{R}^m$ convergentes a $x$ tal que $f(x_1)=f(x_2)=\ldots$,$f(x)=f(x_1)$. Creo que son de hecho equivalentes, pero no estoy seguro.

Edit: lo Siento por la confusión, la segunda condición, ya se ha corregido.

6voto

T. Eskin Puntos 4826

Ya que la pregunta fue editado, mi respuesta también se requiere una actualización.

Nos muestran que $f$ es continua en un arbitrario $x\in\mathbb{R}^{n}$. Deje $U\subset \mathbb{R}$ ser un barrio de $f(x)$. Tenga en cuenta que la propiedad $(ii)$ implica que $$\{f(x)\}=f\Big(\bigcap_{n=1}^{\infty} \bar{B}(x,\frac{1}{n})\Big)\overset{(ii)}{=}\bigcap_{n=1}^{\infty}f\big(\bar{B}(x,\frac{1}{n})\big),$$ donde $\bar{B}(x,\frac{1}{n}):=\{y\in\mathbb{R}^{n}:\|x-y\|\leq \frac{1}{n}\}$ es el cierre $\frac{1}{n}$-radio de la bola alrededor de $x$. Por la propiedad $(i)$ $f\big(\bar{B}(x,\frac{1}{n})\big)$ es compacto (ya que por Heine-Borel cada una de las $\bar{B}(x,\frac{1}{n})$ es), y $\{f(x)\}$ es por lo tanto la intersección de las no-vacío compacto establece en un espacio de Hausdorff. Desde $U$ es el barrio de esta intersección, existe $k\in\mathbb{N}$, de modo que cada miembro de la intersección es dentro de $U$ a partir de $k$, es decir, $f\big(\bar{B}(x,\frac{1}{n})\big)\subset U$ todos los $n\geq k$. Esta propiedad es muy sencillo de demostrar, se hace, por ejemplo, aquí: Secuencia Anidada de la No-Vacío Compacto Conjuntos

Ahora elija por ejemplo,$\delta=\frac{1}{k+1}>0$, de donde $f(B(x,\delta))\subset U$. Hemos demostrado que $f$ es continua en a $x$, de donde $f$ es de hecho una función continua (desde la elección de $x$ fue arbitraria).

Respuesta antigua (antes de OP editado la pregunta) parece que cada secuencia tendrían que la propiedad que usted ha mencionado.. La propiedad $(ii)$ hace que este tipo de extrañas y la propiedad $(i)$ no juega ningún papel en absoluto. Por favor alguien me corrija si he pasado por alto algo.

Deje $x\in\mathbb{R}^{m}$ ser arbitraria e $(x_{n})_{n=1}^{\infty}\subset \mathbb{R}^{m}$ convergentes a $x$. Los conjuntos de $K_{i}:=\{x_{n}:n\geq i\}\cup \{x\}$ son compactos para cada una de las $i\in\mathbb{N}$ como cerrado y acotado a los subconjuntos de a $\mathbb{R}^{m}$ por Heine-Borel. Por otra parte, $(K_{i})_{i=1}^{\infty}$ es una disminución de la secuencia de conjuntos compactos con $\cap_{i=1}^{\infty} K_{i}=\{x\}$. Por la propiedad $(ii)$ tenemos $f(\{x\})=f(\cap_{i=1}^{\infty} K_{i})=\cup_{i=1}^{\infty}f(K_{i})$, por lo que infact $f(K_{i})=\{f(x)\}$ todos los $i\in\mathbb{N}$ y, en particular, la secuencia de $(f(x_{n}))_{n=1}^{\infty}$ es una constante de la secuencia de $f(x)$ convergentes a $f(x)$. Por lo tanto $\lim_{n\to\infty}f(x_{n})=f(x)$, lo que muestra que $f$ es continua en a $x$. Por otra parte, desde la elección de $x$ fue arbitrario, tenemos que $f$ es una función continua.

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