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Convex hull en el CAT(0)

Deje $X$ ser completa $\mathop{CAT}(0)$-espacio y $K\subset X$ ser un subconjunto compacto. Es cierto que el casco convexo de $K$ es compacto?

Comentarios:

  • Convex hull de $K$ = intersección de todos los cerrados conjuntos convexos que contienen a $K$.

  • El espacio NO supone ser localmente compacto

  • Este es un viejo folclore problema. En la impresión de que fue el primero(?) tiempo mencionado por Kopecká y Reich en Nonexpansive se retrae en espacios de Banach, publicado en 2008. (Gracias a Greg Kuperberg para este ref.)

  • Creo que hay un contraejemplo, tal vez incluso en caso de negativa de pinzamiento de curvatura (en el sentido de Alexandrov).

  • Una respuesta es aceptado, PERO sólo proporciona un marco de referencia que la pregunta es muy abierta.

5voto

Guy Puntos 16718

De ello se deduce rápidamente a partir de la definición que se cerró bolas son convexas.

[Prueba: sean p,q estar en la bola de radio R sobre s, y sea x la mentira en la línea geodésica de p a q. A continuación,$d(o,x)\leq d(\bar{o},\bar{x})$, mientras que la segunda cantidad es en la comparación triángulo en el espacio Euclidiano. Pero ahora $d(\bar{o},\bar{x})\leq \max(d(\bar{o},\bar{p}),d(\bar{o},\bar{q}))\leq R$ como necesaria.]

Por lo tanto, si se asume que su GATO(0) el espacio es adecuado (como a menudo lo hace), lo que significa que cierra las bolas son compactas, de la propiedad que usted desea de la siguiente manera.

Tal vez este no es el caso de que usted está interesado en. No estoy seguro de lo que sucede en la no adecuada (incorrecta?) caso.

5voto

John Topley Puntos 58789

En mi mente de que una región relacionada con la en $X$ construido a partir de $K$ siempre es compacto, creo. Cualquier medida $\mu$ $K$ tiene un centro de gravedad $c$, que se define como el mínimo de $x$ el valor promedio de $d(x,y)^2$ $y$ muestras de $\mu$. El conjunto de medidas de Borel en $K$ es compacto por el Banach-Alaoglu teorema en el débil-* topología, y mi intuición es que la posición del centro de gravedad es continua con respecto a esta topología. (Si esta intuición está mal, entonces el resto de este post no es del todo interesante.) Este no es el mismo que el convex hull, pero parece muy interesante, como una posible aproximación.

Cualquier punto en el estricto casco convexo de $K$ (no su cierre) es alcanzado por una secuencia de operaciones binarias sobre pares de puntos a partir de una lista finita. La lista inicial de los puntos es en $K$, y, a continuación, ciertos pares de $x$ $y$ hacer nuevos puntos de $z$. Por definición, $z$ está a la distancia de $p$ a lo largo del camino de$x$$y$. Esta descripción induce una medida en el conjunto inicial de puntos. Por ejemplo, supongamos que empezamos con $x_1, x_2, x_3, x_4 \in K$, luego tome el punto de $y_1$ $p_1$ a lo largo de la línea geodésica de $x_1$ $x_2$y el punto de $y_2$ $p_2$ a lo largo de la línea geodésica de$x_3$$x_4$. Entonces, finalmente, el punto de $z$ $q$ a lo largo del camino de$y_1$$y_2$. La inducida por la medida en la lista original de los puntos es, a continuación,$qp_1[x_1]+q(1-p_1)[x_2]+(1-q)p_2[x_3]+(1-q)(1-p_2)[x_4]$. Esta medida tiene un centro de gravedad $c$, y me pregunto ¿a qué distancia $c$$z$. Si $X$ pasa a ser un espacio vectorial, entonces $c=z$, pero en general no son iguales.

Hay una mutua generalización de puntos en el casco convexo y centros de gravedad. Comenzando con una base de lista de puntos de $x_1,\ldots,x_n \in K$, hay un $k$-ary operación con pesos que reemplaza $k$ de los puntos con su centro de gravedad. Si estas operaciones se repiten en el patrón de un promedio ponderado de árbol de $T$, entonces el cálculo produce un punto de $z$, lo que podría ser en el convex hull (si $T$ es binario), o podría ser un centro de gravedad (si $T$ es un arbusto), o podrían ser varias cosas en el medio. Ahora supongamos que $T$ es complicado árbol. Podemos acoplar a hacer es un arbusto $T_1$ que se obtiene un punto de $z_1$. Luego de varias maneras nos puede unflatten $T_1$, paso por paso, para acercarse a $T = T_n$. Suponiendo que el primer párrafo, los puntos que puede ser alcanzado por los árboles de la limitada profundidad son un conjunto compacto. No sé lo suficiente acerca de la $\text{CAT}(0)$ espacios para sacar conclusiones, pero parece posible que los puntos de $z_k$ enfoque, el punto final $z = z_n$ con la rapidez suficiente para establecer la compacidad. O si esto no sucede, entonces podría ser la evidencia en contra de la compacidad de la convex hull.

(Para ser claros, esto es sólo una propuesta y no una solución).


Aquí otra forma de estado la propuesta, sin el uso directo de centro de masa, aunque todavía es sugerido por el hecho de que el conjunto de los centros de masa es compacta.

Para cualquier $0 \le p \le 1$, no es una operación binaria $x \heartsuit_p y$ en puntos en $X$. Por definición, $x \heartsuit_p y$ es el punto de $z$ tal que $d(x,z) = pd(x,y)$$d(y,z) = (1-p)d(x,y)$. Deje $x_1,\ldots,x_n$ ser una lista de puntos en $K$, con posibles repeticiones. A continuación, cada palabra $w$ en los puntos de $K$ escrito en esta notación se define un punto de $z \in X$. Se puede también calcular la misma palabra en los vértices de un Euclidiana simplex $\Delta_{n-1}$. De este modo, obtener un mapa continuo $f_T:\Delta_{n-1} \to X$ que sólo depende de la estructura de árbol de $T$$w$. Cuán lejos están estos mapas de cada uno de los otros dos árboles diferentes? (Hay $(2n-3)!!$ distintas de árboles). Si usted tiene suficiente control sobre la distancia, entonces el cerrado convexo casco de $K$ es compacto. Más precisamente, la esperanza es encontrar un compactification del espacio de las palabras que la evaluación del mapa se extiende de forma continua.

Por ejemplo, si $n=3$, podemos definir tres árboles centros de tres puntos de $x,y,z$, es decir, $x \heartsuit_{1/3} (y \heartsuit_{1/2} z)$ y sus permutaciones cíclicas. Lo lejos que se puede estar en un $\text{CAT}(0)$ espacio? Por ejemplo, en un árbol, que es una especie de opuesto a un espacio Euclídeo, el árbol de los centros de una unidad de un triángulo equilátero son en la mayoría de 1/3 de distancia el uno del otro.


En los comentarios de mi otro post sobre las posibles contraejemplos, Anton también pide referencias. He encontrado el papel Nonexpansive se retrae en espacios de Banach, por Kopecká y Reich. Dicen,

Esta prueba del Teorema 2.10 funciona igual de bien en cualquier Hadamard espacio en el que el cerrado convexo casco de un número finito de puntos es compacto. Se deduce entonces que la Meseta problema puede ser resuelto en dichos espacios. Por desgracia, no se sabe que Hadamard espacios tienen esta propiedad. Sin embargo, se muestra en [Nosotros, Teorema 1.6] que la Meseta del problema puede ser resuelto en cada Hadamard espacio (independientemente de si tiene esta propiedad o no)."

Su teorema 2.10 es interesante, la más fuerte de la propiedad que se muestran de la siguiente manera a partir de Anton de la propiedad: Cada conjunto compacto $K$ está contenida en un compacto de 1-Lipschitz retirar de la espacio de $X$. Evidentemente, dicha retraer también es convexa, por lo que el casco convexo de $K$ en el interior es compacto. Por otra parte, el tema de su Teorema 2.10 es exactamente mi ejemplo 2, así que el ejemplo no funciona. Por otra parte, Anton de la propiedad ya tiene un nombre en la literatura, lo que ellos llaman la CNEP, y que reducir para el caso de que $K$ es finito. Finalmente, a partir de 2006, estos autores lo describen como un problema abierto.

4voto

John Topley Puntos 58789

Es un poco absurdo para ofrecer una semana de recompensa para un problema abierto, pero puede ser tomado como una petición de ideas. Así que aquí están algunas de las posibles construcciones de $\text{CAT}(0)$ espacios que no son localmente compactos a partir de la cual uno puede aprender algo.

  1. Deje $X$ $\text{CAT}(0)$ espacio y deje $A$ ser un topológicos compactos espacio con un número finito de medida de Borel $\mu$. A continuación, el espacio de funciones continuas $C(A,X)$ tiene una distancia definida por $$d(f,g)^2 = \int_A d(f(t),g(t))^2 d\mu.$$ En general $C(A,X)$ no está completo, pero se puede tomar de su finalización. Supongo que su realización puede ser llamado $L^2(A,X)$, y supongo que es $\text{CAT}(0)$.

  2. Si $H$ es un complejo espacio de Hilbert, entonces no es un indefinido producto interior en $H' = \mathbb{C} \oplus H$ dada por $$\langle \alpha \oplus v, \beta \oplus w \rangle = \langle \alpha,\beta \rangle - \langle v,w \rangle.$$ Podemos considerar los vectores en $H'$ con positiva de sí mismo interior del producto y con el positivo de la primera componente, dividido por el complejo de fase. Este es un espacio de Hilbert versión de $\mathbb{C}H^\infty$, con un natural de Fubini-Estudio de la métrica. Supongo que es sólo la métrica de la finalización del contacto directo con el límite de $\mathbb{C}H^n$.

  3. Un $C^*$-álgebra $A$ tiene un grupo lineal general $\text{GL}(A)$ invertible de los operadores y un grupo unitario $\text{U}(A)$ de operadores unitarios. Usted puede mirar en el coset espacio de $\text{GL}(A)/\text{U}(A)$, que es un infinito-dimensional análogo de la $\text{CAT}(0)$ espacio homogéneo $\text{GL}(n,\mathbb{C})/\text{U}(n)$. Supongamos también que $A$ tiene un número finito de fieles traza $\tau$. Entonces creo que el $\tau$ le da una métrica de Riemann en $\text{GL}(A)/\text{U}(A)$. De nuevo, usted tiene que tomar una terminación debido a que este incluye casos especiales de la primera construcción. Supongo que, a pesar de que en este caso realmente no entiendo bien las cosas, que la métrica es $\text{CAT}(0)$.

En cualquiera de estos casos, se podría preguntar si el cerrado casco convexo de un conjunto compacto es compacto. Al principio pensé que la respuesta podría estar ya no en la construcción 1. La esperanza era que se podía hacer a un convex hull que incluye $L^2(A,R)$ para algunos pequeños región $R \subset X$. Si eso sucede, entonces no es compacto. Pero no estoy seguro de que eso suceda.


Estos analítica construcciones son realmente de lujo formas de tomar infinitos límites de lo finito-dimensional colectores, como Anton dice en su propuesta de respuesta. Supongo que ahí es donde la intuición proviene de que podría ser un contraejemplo. Para ser concretos, echemos $\text{GL}(n,\mathbb{C})/\text{U}(n)$, el espacio homogéneo de positivos $n \times n$ Hermitian matrices. (O la versión real estaría bien también.) Como Anton dice, usted puede tomar tres puntos de $x, y, z$ y mirar el inradius de su casco convexo. Quizás así deje $x$ ser la matriz identidad y, a continuación, en los casos interesantes $y$ $z$ son otros dos matrices que mal no conmutan. No es difícil encontrar un montón de puntos en el casco convexo con un equipo, pero por el momento no tengo mucha intuición.

Incluso si el inradius es pequeño, si hay un disco en su interior con el radio delimitado por debajo y el aumento de la dimensión, que podría ser lo suficientemente bueno.

4voto

crashmstr Puntos 15302

En contraejemplo posible.

Deje $M$ ser una de Riemann colector y $x,y,z\in M$. Uno puede medir el consumo máximo de radus de balón en el interior del casco convexo de $\{x,y,z\}$, que se $r(M,x,y,z)$.

Es posible encontrar una secuencia $M_n$ de curvado negativamente $n$-dimensiones de los colectores con los puntos de $x_n,y_n,z_n\in M_n$ tal que $|x_ny_n|=|y_nz_n|=|z_nx_n|=1$ $r(M_n,x_n,y_n,z_n)$ se queda delimitada lejos del cero como $n\to\infty$?

1voto

Mike Puntos 978

Aquí está una cita de papel "de Schauder Teorema de Punto Fijo en Espacios Globales de valor no positivo de Curvatura" por Niculescu y Rovenţa, http://www.hindawi.com/journals/fpta/2009/906727.html

[En un GATO(0) espacio] "el casco convexo de un subconjunto finito no es necesariamente cerrado, pero podemos mencionar dos casos importantes cuando esto sucede. La primera es la de los espacios de Hilbert. De hecho, en cualquier localmente convexo espacio de Hausdorff, si son compactos convexos subconjuntos, entonces el casco convexo de su unión es compacto. Véase la monografía de Día [9]."

Dos conclusiones: 1) para espacios de Hilbert el resultado se mantiene. 2) dicen que el casco convexo de un conjunto finito no es necesariamente cerrado, por lo tanto no necesariamente compacto.

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