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Aproximación de funciones agradables con funciones salvajes

Dejemos que $X$ y $Y$ sean espacios topológicos, y llamar a una función $f:X\to Y$ salvaje si la preimagen $f^{-1}(\{y\})$ es denso en $X$ por cada $y\in Y$ -- o, de forma equivalente, si la imagen de todo subconjunto abierto no vacío de $X$ es todo $Y$ .

¿Puede cada función $X\to Y$ ser aproximado punto de vista por funciones salvajes?

Para $\mathbb Q\to\mathbb Q$ la respuesta es sí si queremos aproximarnos $f$ y, a continuación, seleccione un suryecto $h:\mathbb Z\to \mathbb Q$ y aproximado $f$ por $$ f_n(x) = \begin{cases} h(\lfloor \tan q \rfloor) & \text{if }x=(2p+1)2^{-q}\text{ for }p,q\in\mathbb Z, q>n \\ f(x) & \text{otherwise} \end{cases} $$

Para $\mathbb Q\to\mathbb R$ la respuesta es no por la trivial razón de que no hay funciones salvajes.

Para $\mathbb R\to\mathbb R$ podemos ampliar la construcción para $\mathbb Q\to\mathbb Q$ si sólo un conjunto de Vitali $A$ existe:

$$ f_n(x) = \begin{cases} a+h(\lfloor \tan q \rfloor) & \text{if }x=a+(2p+1)2^{-q}\text{ for }a\in A, p,q\in\mathbb Z, q>n \\ f(x) & \text{otherwise} \end{cases} $$

Pregunta: ¿La respuesta sigue siendo afirmativa para $\mathbb R\to\mathbb R$ si no tenemos suficientes opciones para construir un conjunto Vitali?

Funciones de la naturaleza $\mathbb R\to\mathbb R$ existen sin importar si tenemos elección o no -- como la función base-13 de Conway -- pero no es obvio que haya suficientes de ellos para ser densos en $\mathbb R^{\mathbb R}$ bajo la convergencia puntual.


(Inspirado por esta pregunta .)

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sewo Puntos 58

Dormir sobre ella ayuda. :-)

Una condición suficiente para que las funciones salvajes sean densas es que exista una función salvaje $X\to\mathbb N\times Y$ . La llamada a esta función $g$ podemos aproximar cualquier $f$ por

$$ f_n(x) = \begin{cases} y &\text{when }g(x)=\langle k,y\rangle\text{ with }k>n \\ f(x) &\text{otherwise} \end{cases} $$

En el $\mathbb R\to\mathbb R$ caso podemos fabricar un $g$ dada una función salvaje $h:\mathbb R\to\mathbb R$ como la función base-13 de Conway:

$$ g(x) = \begin{cases} \langle 0,0\rangle &\text{if }h(x)\text{ is an odd multiple of }\pi/2 \\ \langle \lfloor h(x)/\pi \rfloor, \tan(h(x))\rangle &\text{otherwise} \end{cases}$$

Esta misma construcción funciona siempre que tengamos un $X\to Y$ y un suryecto $Y\to\mathbb N\times Y$ .


Vemos que la topología de $Y$ realmente no importa. El único caso en el que la topología en $Y$ puede asunto es si $Y$ y $\mathbb N\times Y$ no son equipotentes, lo que requiere $Y$ sea finito (caso aburrido) o que falle el Axioma de la Elección.

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