Weronika Siwek, Metryki i topologie 1. (ρ(x, y) = 0 x = y) (ρ(x, y) = ρ(y, x))

Podobne dokumenty
Przestrzenie metryczne. Elementy Topologii. Zjazd 2. Elementy Topologii

1 Zbiory. 1.1 Kiedy {a} = {b, c}? (tzn. podać warunki na a, b i c) 1.2 Udowodnić, że A {A} A =.

Korzystając z własności metryki łatwo wykazać, że dla dowolnych x, y, z X zachodzi

Topologia - Zadanie do opracowania. Wioletta Osuch, Magdalena Żelazna, Piotr Kopyrski

jest ciągiem elementów z przestrzeni B(R, R)

Pojȩcie przestrzeni metrycznej

1 Działania na zbiorach

Zdzisław Dzedzej. Politechnika Gdańska. Gdańsk, 2013

2 Rodziny zbiorów. 2.1 Algebry i σ - algebry zbiorów. M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 11

Zad.3. Jakub Trojgo i Jakub Wieczorek. 14 grudnia 2013

Wstęp do topologii Ćwiczenia

1 Relacje i odwzorowania

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Wstęp do przestrzeni metrycznych i topologicznych oraz ich zastosowań w ekonomii

Eliza Wajch, Geometria z Topologią, wykład 1, 2012/2013

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Ciągłość funkcji f : R R

zbiorów domkniętych i tak otrzymane zbiory domknięte ustawiamy w ciąg. Oznaczamy

3 Abstrakcyjne kompleksy symplicjalne.

TEST A. A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

Temperatura w atmosferze (czy innym ośrodku) jako funkcja dł. i szer. geogr. oraz wysokości.

Krzywa uniwersalna Sierpińskiego

Notatki do wykładu Analiza 4

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Ciągłość i topologia. Rozdział Ciągłość funkcji wg. Cauchy

Topologia I Wykład 4.

19 Własności iloczynu skalarnego: norma, kąt i odległość

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

Matematyka dyskretna. 1. Relacje

Teoria miary i całki

. : a 1,..., a n F. . a n Wówczas (F n, F, +, ) jest przestrzenią liniową, gdzie + oraz są działaniami zdefiniowanymi wzorami:

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Rozdział 6. Ciągłość. 6.1 Granica funkcji

Zbiory, relacje i funkcje

ZALICZENIE WYKŁADU: 30.I.2019

A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami.

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

Analiza Funkcjonalna - Zadania

Zbiory liczbowe widziane oczami topologa

n=0 Dla zbioru Cantora prawdziwe są wersje lematu 3.6 oraz lematu 3.8 przy założeniu α = :

B jest liniowo niezależny V = lin (B) 1. Układ pusty jest bazą przestrzeni trywialnej {θ}. a i v i = i I. b i v i, (a i b i ) v i = θ.

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

7. Miara, zbiory mierzalne oraz funkcje mierzalne.

EGZAMIN PISEMNY Z ANALIZY I R. R n

Zadanie 2. Obliczyć rangę dowolnego elementu zbioru uporządkowanego N 0 N 0, gdy porządek jest zdefiniowany następująco: (a, b) (c, d) (a c b d)

LOGIKA I TEORIA ZBIORÓW

1.1 Definicja. 1.2 Przykład. 1.3 Definicja. Niech G oznacza dowolny, niepusty zbiór.

zaznaczymy na osi liczbowej w ten sposób:

O pewnych klasach funkcji prawie okresowych (niekoniecznie ograniczonych)

Relacje. opracował Maciej Grzesiak. 17 października 2011

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Prawdopodobieństwo. Prawdopodobieństwo. Jacek Kłopotowski. Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH. 16 października 2018

Analiza dla informatyków 1 DANI LI1 Pawe l Domański szkicowe notatki do wyk ladu

Informacja o przestrzeniach Hilberta

sa dzie metryka z euklidesowa, to znaczy wyznaczaja ca cki, Wojciech Suwiński)

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

Zbiory wypukłe i stożki

Zasada indukcji matematycznej

Część wspólna (przekrój) A B składa się z wszystkich elementów, które należą jednocześnie do zbioru A i do zbioru B:

1. Wykład NWD, NWW i algorytm Euklidesa.

Stanisław Betley, Józef Chaber, Elżbieta Pol i Roman Pol TOPOLOGIA I. wykłady i zadania

1. Struktury zbiorów 2. Miara 3. Miara zewnętrzna 4. Miara Lebesgue a 5. Funkcje mierzalne 6. Całka Lebesgue a. Analiza Rzeczywista.

3. Funkcje wielu zmiennych

Topologia I*, jesień 2012 Zadania omawiane na ćwiczeniach lub zadanych jako prace domowe, grupa 1 (prowadzący H. Toruńczyk).

Matematyka z el. statystyki, # 4 /Geodezja i kartografia I/

Konstrukcja przestrzeni metrycznej sztywnej i κ-superuniwersalnej

Kolorowanie płaszczyzny, prostych i okręgów

Zastosowania twierdzeń o punktach stałych

Pokazać, że wyżej zdefiniowana struktura algebraiczna jest przestrzenią wektorową nad ciałem

020 Liczby rzeczywiste

Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych

Stanisław Betley, Józef Chaber, Elżbieta Pol i Roman Pol TOPOLOGIA I. wykłady i zadania. luty 2013

Metoda kategorii Baire a w przestrzeniach metrycznych zupełnych

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, A/10

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Kombinowanie o nieskończoności. 3. Jak policzyć nieskończone materiały do ćwiczeń

1. ZBIORY PORÓWNYWANIE ZBIORÓW. WYKŁAD 1

W pewnym mieście jeden z jej mieszkańców goli wszystkich tych i tylko tych jej mieszkańców, którzy nie golą się

V Konkurs Matematyczny Politechniki Białostockiej

Podstawy logiki i teorii mnogości Informatyka, I rok. Semestr letni 2013/14. Tomasz Połacik

Wyk lad 6 Podprzestrzenie przestrzeni liniowych

Przykład: Σ = {0, 1} Σ - zbiór wszystkich skończonych ciagów binarnych. L 1 = {0, 00, 000,...,1, 11, 111,... } L 2 = {01, 1010, 001, 11}

Aproksymacja diofantyczna

Skończone rozszerzenia ciał

LX Olimpiada Matematyczna

1 Ciągłe operatory liniowe

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

(b) Suma skończonej ilości oraz przekrój przeliczalnej ilości zbiorów typu G α

Rekurencyjna przeliczalność

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

Rozdział 7 Relacje równoważności

Wykład 8. Informatyka Stosowana. 26 listopada 2018 Magdalena Alama-Bućko. Informatyka Stosowana Wykład , M.A-B 1 / 31

F t+ := s>t. F s = F t.

Wprowadzenie do struktur o-minimalnych

Logika I. Wykład 1. Wprowadzenie do rachunku zbiorów

Transkrypt:

Weronika Siwek, Metryki i topologie 1 Definicja 1. Załóżmy, że X, ρ: X X [0, ). Funkcja ρ spełnia następujące warunki: 1. x,y X (ρ(x, y) = 0 x = y) 2. 3. (ρ(x, y) = ρ(y, x)) x,y X (ρ(x, y) ρ(x, z) + ρ(z, y)) x,y,z X Wówczas funkcję ρ nazywamy metryką w X, a jej wartość na parze (x, y) nazywamy odległością punktów x i y. Parę uporządkowaną (X, ρ) nazywamy przestrzenią metryczną. Przykłady przestrzeni metrycznych 1. Metryka euklidesowa - intuicyjna odległość punktów na prostej, na płaszczyźnie, w przestrzeni. (R, ) x, y R, ρ e : R R [0, ) ρ e (x, y) := x y sprawdzenie warunków: Ustalmy dowolnie x, y, z R (a) ( x y = 0) (x y = 0) (x = y) (b) ρ e (x, y) = x y = y x = ρ e (y, x) (c) ρ e (x, y) = x y = (x z) + (z y) x z + z y = ρ e (x, z) + ρ e (z, y) (R n, ρ e ) x, y R n, x = (x 1, x 2,..., x n ), y = (y 1, y 2,..., y n ) ρ e := (y 1 x 1 ) 2 +... + (y n x n ) 2

Weronika Siwek, Metryki i topologie 2 2. Metryka taksówkowa - wyobraźmy sobie, że w pewnym mieście ulice przecinają się pod kątem prostym tworząc szachownicę. Jadąc taksówką możemy się więc poruszać tylko w kierunkach północ, południe, wschód, zachód. B = (y 1, y 2 ) metryka taksówkowa metryka euklidesowa A = (x 1, x 2 ) (R 2, ρ t ) x, y R 2, x = (x 1, x 2 ), y = (y 1, y 2 ) ρ t : R 2 R 2 [0, ) ρ t (x, y) := y 1 x 1 + y 2 x 2 (R n, ρ t ) x, y R n, x = (x 1, x 2,..., x n ), y = (y 1, y 2,..., y n ) ρ t := y 1 x 1 +... + y n x n 3. Metryka maksimum (R n, ρ m ) x, y R n, x = (x 1, x 2,..., x n ), y = (y 1, y 2,..., y n ) ρ m := max( y 1 x 1,..., y n x n ) 4. Metryka kolejowa - wyobraźmy sobie, że linie kolejowe wychodzą gwiaździście z jednego, centralnego punktu.

Weronika Siwek, Metryki i topologie 3 A C O D B (R 2, ρ k ) x, y R 2, θ = (0, 0), x = (x 1, x 2 ), y = (y 1, y 2 ) ρ k : R 2 R 2 { [0, ) ρe (x, y), gdy x, y i θ leżą na jednej prostej; ρ k (x, y) := ρ e (x, θ) + ρ e (θ, y), w przeciwnym wypadku. 5. Metryka rzeka - wyobraźmy sobie, że środkiem niezwykle gęstego buszu płynie rzeka. Plemiona mieszkające w buszu wykarczowały najkrótszą możliwą drogę z osady do rzeki. Odwiedzając się wzajemnie korzystają zatem z tych dróg oraz rzeki. A = (x 1, x 2 ) B = (y 1, y 2 ) C = (z 1, z 2 ) D = (t 1, t 2 )

Weronika Siwek, Metryki i topologie 4 (R 2, ρ r ) x, y R 2, x = (x 1, x 2 ), y = (y 1, y 2 ) ρ r : R 2 R 2 { [0, ) x2 + x ρ r (x, y) := 1 y 1 + y 2, gdy x 1 y 1 ; y 2 x 2, gdyx 1 = y 1. 6. Metryka dyskretna (X, ρ d ), X x, y X ρ d : X X { [0, ) 1, gdyx y; ρ d (x, y) := 0, gdyx = y. Definicja 2. Załóżmy, że (X, ρ) jest przestrzenią metryczną, x X, ε > 0. Wówczas zbiór: K(x, ε) := {y X: ρ(x, y) < ε} nazywamy kulą otwartą o środku w punkcie x i promieniu ε > 0. Zbiór: K(x, ε) := {y X: ρ(x, y) ε} nazywamy kulą domkniętą o środku w punkcie x i promieniu ε > 0. Kule domknięte w różnych metrykach 4 Metryka euklidesowa - K((1, 2), 2) 3 2 1 1 2 3 4

Weronika Siwek, Metryki i topologie 5 5 Metryka taksówkowa - K((1, 2), 2) 4 3 2 1-1 1 2 3 4 5 Metryka maksimum - K((1, 2), 2) 4 3 2 1-1 1 2 3 4

Weronika Siwek, Metryki i topologie 6 7 6 5 Metryka rzeka - K((1, 2), 5) 4 3 2 1-2 -1 1 2 3 4 5-1 -2-3 Definicja 3. Załóżmy, że (X, ρ) jest przestrzenią metryczną G X. Zbiór G nazywamy otwartym wtedy i tylko wtedy, gdy K(x, ε) G. x G ε>0 Twierdzenie 1. W dowolnej przestrzeni metrycznej dowolna kula otwarta jest zbiorem otwartym. Dowód. Niech (X, ρ) będzie przestrzenią metryczną, x X, ε > 0. Oznaczmy G := K(x, ε). Aby zbiór G był zbiorem otwartym, musi zachodzić poniższa implikacja: y G = K(x, ε)? = η>0 K(y, η) K(x, ε) Ustalmy dowolnie y G. Niech η := ε ρ(x, y). Wtedy η > 0. Pokażemy, że K(y, η) K(x, ε): (z K(y, η)) (ρ(z, y) < η = ε ρ(x, y))

Weronika Siwek, Metryki i topologie 7 (ρ(z, x) ρ(z, y) + ρ(y, x) < ε) (z K(x, ε)) Wniosek 1. Zbiory oraz X są otwarte w każdej przestrzeni metrycznej. Twierdzenie 2. Niech (X, ρ) będzie przestrzenią metryczną i niech G(X) oznacza rodzinę wszystkich zbiorów otwartych w X. Wówczas: 1., X G(X) 2. R G(X) R G(X) 3. (n N, G 1,..., G n G(X)) n i=1 G i G(X) Dowód. 1. Wniosek 1 2. G = R (x G) ( H R G(X) x H otwarty) ( ε>0 K(x, ε) H R) 3. Niech G 1,..., G n będą zbiorami otwartymi, G := n i=1 G i. Wówczas: (x G) ( x G i ) ( K(x, ε i ) G) i {1,...,n} Niech ε := min{ε i : i = 1,..., n} > 0. Mamy: i {1,...,n} ε i>0 K(x, ε) K(x, ε i ) G i, i = 1,..., n Zatem n K(x, ε) G i = G i=1 Definicja 4. Niech X. Rodzinę T podzbiorów zbioru X nazywamy topologią wtedy i tylko wtedy, gdy spełnia następujące warunki: 1., X T, 2. jeśli A, B T, to A B T, 3. jeśli R T, to R T ; parę (X, T ) nazywamy przestrzenią topologiczną, elementy rodziny T nazywamy zbiorami otwartymi, a ich dopełnienia zbiorami domkniętymi. Twierdzenie 3. Istnieje nieskończenie wiele liczb pierwszych.

Weronika Siwek, Metryki i topologie 8 Dowód. 1 Rozważmy zbiór Z, dla dowolnych a, b Z, b > 0 zdefiniujmy: N a,b := {a + nb : n Z}. Zauważmy, że każdy ze zbiorów N a,b jest nieskończonym w obie strony ciągiem arytmetycznym o różnicy równej b. Rozważmy zbiory O Z następującej postaci: lub a O b>0 Wówczas zbiory te tworzą topologię na Z: jest postaci (1), a Z jest postaci (2). O = (1) N a,b O (2) Jeżeli co najmniej jeden ze zbiorów O 1, O 2 jest pusty, to O 1 O 2 =. Załóżmy więc, że O 1, O 2 są postaci (2). Ustalmy dowolnie a O 1 O 2. Wówczas a O 1 (zatem istnieje b 1 > 0 takie, że N a,b1 O 1 ) oraz a O 2 (zatem istnieje b 2 > 0 takie, że N a,b2 O 2 ). Wówczas a N a,b1b 2 O 1 O 2. Jeżeli R jest rodziną zbiorów pustych, to oczywiście R =. Załóżmy więc, że co najmniej jeden zbiór z rodziny R jest niepusty. Wówczas (a R) ( O R a O) ( b>0 N a,b O R). Zatem zbiory postaci (1) lub (2) są zbiorami otwartymi. Zauważmy, że: 1. Każdy niepusty zbiór otwarty jest nieskończony. 2. Każdy ze zbiorów N a,b jest zarówno zbiorem otwartym, jak i domkniętym. Domkniętość zbioru N a,b wynika z faktu, że: b 1 N a,b = Z \ N a+i,b. Zatem N a,b jest domknięty jako dopełnienie zbioru otwartego. Oznaczmy zbiór wszystkich liczb pierwszych symbolem P. Każda liczba n 1, 1 ma jakiś dzielnik pierwszy p, zatem należy do zbioru N 0,p. Otrzymujemy więc: i=1 Z \ { 1, 1} = p P N 0,p. Gdyby zbiór P był skończony, to suma p P N 0,p byłaby sumą skończenie wielu zbiorów domkniętych (na podstawie faktu 2.). Wtedy zbiór { 1, 1} byłby otwarty. Sprzeczność z faktem 1. 1 M. Aigner, G.M. Ziegler Dowody z Księgi PWN, Warszawa 2002