Filtry i nety w przestrzeniach topologicznych

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

1 Działania na zbiorach

Algebrą nazywamy strukturę A = (A, {F i : i I }), gdzie A jest zbiorem zwanym uniwersum algebry, zaś F i : A F i

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

Zbiory liczbowe widziane oczami topologa

Notatki z Analizy Matematycznej 1. Jacek M. Jędrzejewski

1. Funkcje monotoniczne, wahanie funkcji.

Metalogika (1) Jerzy Pogonowski. Uniwersytet Opolski. Zakład Logiki Stosowanej UAM

Matematyka dyskretna. 1. Relacje

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

1 Relacje i odwzorowania

Zastosowania twierdzeń o punktach stałych

O pewnych związkach teorii modeli z teorią reprezentacji

Wstęp do przestrzeni metrycznych i topologicznych oraz ich zastosowań w ekonomii

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.

Dekompozycje prostej rzeczywistej

O pewnych klasach funkcji prawie okresowych (niekoniecznie ograniczonych)

Przestrzenie wektorowe

Analiza funkcjonalna 1.

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.

jest ciągiem elementów z przestrzeni B(R, R)

020 Liczby rzeczywiste

Topologia I Wykład 4.

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

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

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

Ultrafiltry. Dominik KWIETNIAK, Kraków. 1. Ultrafiltry

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

Zasada indukcji matematycznej

Prawa wielkich liczb, centralne twierdzenia graniczne

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

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

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

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

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

1 Określenie pierścienia

Analiza matematyczna. 1. Ciągi

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ BAZY PRZESTRZENI WEKTOROWYCH

DEFINICJA. Definicja 1 Niech A i B będą zbiorami. Relacja R pomiędzy A i B jest podzbiorem iloczynu kartezjańskiego tych zbiorów, R A B.

Rozdział 5. Szeregi liczbowe. 5.1 Szeregi liczbowe. Definicja sumy częściowej ciągu. Niech dany będzie ciąg liczbowy (a n ) n=1.

Grupy, pierścienie i ciała

Zbiory, relacje i funkcje

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Elementy logiki matematycznej

Zdzisław Dzedzej. Politechnika Gdańska. Gdańsk, 2013

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Przestrzenie liniowe

1 Zbiory i działania na zbiorach.

Teoria. a, jeśli a < 0.

7. Miara, zbiory mierzalne oraz funkcje mierzalne.

Wstęp do Matematyki (4)

Relacje. opracował Maciej Grzesiak. 17 października 2011

Teoria miary i całki

ZALICZENIE WYKŁADU: 30.I.2019

Pytania i polecenia podstawowe

1 Ciągłe operatory liniowe

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

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

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ LINIOWA NIEZALEŻNOŚĆ, ROZPINANIE I BAZY

2.7 Przestrzenie unormowane skończenie wymiarowe

Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

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

Ciała skończone. 1. Ciała: podstawy

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

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

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

FUNKCJE. (odwzorowania) Funkcje 1

(4) x (y z) = (x y) (x z), x (y z) = (x y) (x z), (3) x (x y) = x, x (x y) = x, (2) x 0 = x, x 1 = x

BOGDAN ZARĘBSKI ZASTOSOWANIE ZASADY ABSTRAKCJI DO KONSTRUKCJI LICZB CAŁKOWITYCH

14. Przestrzenie liniowe

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

Uzupełnienia dotyczące zbiorów uporządkowanych (3 lutego 2011).

Wykład 7. Informatyka Stosowana. 21 listopada Informatyka Stosowana Wykład 7 21 listopada / 27

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

1 Elementy analizy funkcjonalnej

Ciągłość i topologia. Rozdział Ciągłość funkcji wg. Cauchy

5. Logarytmy: definicja oraz podstawowe własności algebraiczne.

Przykładowe zadania z teorii liczb

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

RELACJE I ODWZOROWANIA

Konstrukcja liczb rzeczywistych przy pomocy ciągów Cauchy ego liczb wymiernych

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

Aproksymacja diofantyczna

Podstawy metod probabilistycznych. dr Adam Kiersztyn

Twierdzenie Łosia o ultraprodukcie

Podstawowe struktury algebraiczne

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wstęp do Matematyki (3)

ϕ(t k ; p) dla pewnego cigu t k }.

3 Abstrakcyjne kompleksy symplicjalne.

Algebra liniowa z geometrią

ALGEBRA LINIOWA Z GEOMETRIĄ, LISTA ZADAŃ NR 8

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

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

Teoria miary. Matematyka, rok II. Wykład 1

Rozkład figury symetrycznej na dwie przystające

Transkrypt:

Filtry i nety w przestrzeniach topologicznych Magdalena Ziębowicz Streszczenie W referacie zostaną przedstawione i scharakteryzowane pojęcia związane z filtrami i ultrafiltrami, ciągami uogólnionymi oraz zbieżnością filtrów i netów w przestrzeniach topologicznych. Zostaną wskazane zastosowania filtrów i netów (konstrukcja ultraproduktu przestrzeni Banacha) i dalsze wnioski, które są wykorzystywane jako niestandardowe metody (metrycznej) teorii punktów stałych. 1 Filtry i ultrafiltry 1.1 Filtry. Bazy i podbazy filtrów Definicja 1 Niech X będzie niepustym zbiorem. Filtrem w zbiorze X nazywamy niepustą rodzinę F podzbiorów tego zbioru spełniającą następujące warunki: 1) / F, 2) iloczyn dwóch zbiorów będących elementami rodziny F jest nadal elementem tej rodziny, 3) każdy nadzbiór zbioru należącego do rodziny F jest elementem tej rodziny. Zauważmy, że X jest elementem każdego filtru w X. Definicja 2 Niepustą rodzinę zbiorów B F nazywamy bazą filtru F, jeśli każdy zbiór należący do filtru F zawiera pewien podzbiór należący do rodziny B. 1

Definicja 3 Rodzinę zbiorów B S F nazywamy podbazą filtru F, jeśli iloczyny skończonej liczby zbiorów należących do B S tworzą bazę filtru F. Przykład 1 Niech M będzie niepustym podzbiorem zbioru X. Rodzina F = { F 2 X : M F } jest filtrem w zbiorze X. Filtr F nazywamy generowanym przez ten podzbiór. Bazą tego filtru jest zbiór B = {M}. Przykład 2 Niech (X, T ) będzie przestrzenią topologiczną. Dla każdego punktu x X rodzina N (x) wszystkich T -otoczeń tego punktu jest filtrem w przestrzeni X. Bazą tego filtru jest każda baza otoczeń, w szczególności każda otwarta baza otoczeń. 1.2 Ultrafiltry Definicja 4 Niech X będzie niepustym zbiorem i niech F oraz G będą filtrami w tym zbiorze. Jeśli F G, to mówimy, że filtr G jest subtelniejszy od filtru F lub że jest rozszerzeniem filtru F. Definicja 5 Ultrafiltrem w zbiorze X nazywamy każdy taki filtr U, którego jedynym rozszerzeniem jest U. Przykład 3 Niech X będzie niepustym zbiorem i niech a X. Rodzina zbiorów U = { F 2 X : a F } jest ultrafiltrem w X. Przykład 4 Niech X będzie niepustym zbiorem zawierającym przynajmniej dwa różne elementy i niech a, b X, a b. Rozważmy rodzinę zbiorów F = { F 2 X : a F b F }. Łatwo można sprawdzić, że F jest filtrem generowanym przez zbiór {a, b}, ale nie jest ultrafiltrem. Istotnie, filtr G = { F 2 X : a F } jest rozszerzeniem filtru F różnym od F, gdyż {a} G, ale {a} / F. Lemat 1 Niech X będzie niepustym zbiorem i niech U będzie filtrem w tym zbiorze. Następujące warunki są równoważne: 2

1) U jest ultrafiltrem, 2) dla każdego A X (A U X \ A / U) (A / U X \ A U). Twierdzenie 1 Niech A X będzie podzbiorem niepustego zbioru X i niech F będzie filtrem w tym zbiorze. Jeśli F A dla każdego F F, to w zbiorze X istnieje ultrafiltr U będący rozszerzeniem filtru F i taki, że A U. Wniosek 1 Każdy filtr F w niepustym zbiorze X zawiera się w pewnym ultrafiltrze. Przykład 5 Niech X będzie dowolnym zbiorem zawierającym przynajmniej dwa różne elementy i niech a, b X, a b. Rozważmy rodzinę zbiorów F = { F 2 X : a F b F }. Nietrudno sprawdzić, że filtr F zawiera się w każdym z ultrafiltrów U a = { G 2 X : a G } oraz U b = { G 2 X : b G } przy czym U a U b. Wniosek 2 Twierdzenie 1 nie daje żadnych wskazówek co do tego, jak skonstruować ultrafiltr U. Co więcej, taki ultrafiltr na ogół nie jest wyznaczony jednoznacznie, co pokazuje przykład 5 2 Ciągi uogólnione 2.1 Zbiory częściowo uporządkowane i skierowane Definicja 6 Zbiór A z określoną w nim relacją nazywamy zbiorem częściowo uporządkowanym, jeśli: 1) (relacja zwrotna), 2) jeśli β i β γ, to γ (relacja przechodnia), 3) jeśli β i β, to = β (relacja antysymetryczna) dla każdych, β, γ A. Zbiór częściowo uporządkowany A przez relację oznaczamy (A, ). 3

Definicja 7 Zbiór częściowo uporządkowany (A, ) nazywamy zbiorem skierowanym przez relację, jeśli 1, 2 A A 1 2. Często sam zbiór A nazywamy zbiorem skierowanym, jeśli wiadomo w danym momencie, jaka relacja została w nim wprowadzona. Przykład 6 Niech N (x) będzie rodziną wszystkich otoczeń punktu x X w przestrzeni topologicznej (X, T ). Zbiór N (x) jest skierowany przez relację odwrotnej inkluzji U V U V dla U, V N (x). 2.2 Ciągi i podciągi uogólnione Definicja 8 Niech (A, ) będzie zbiorem skierowanym, zaś X dowolnym zbiorem niepustym. Każdą funkcję x: A X, x() = x nazywamy ciągiem uogólnionym w zbiorze X. Będziemy używać następującego oznaczenia: x = (x : A). Definicja 9 Ciąg uogólniony (x : A) nazywamy maksymalnym, jeśli spełniony jest warunek: F X ( 0 A A 0 x F 0 A A 0 x / F ). Definicja 10 Niech x = (x : A) oraz y = (y β : β B) będą ciągami uogólnionymi w niepustym zbiorze X, gdzie (A, ) i (B, ) są dowolnymi zbiorami skierowanymi. Ciąg uogólniony y nazywamy subtelniejszym od ciągu uogólnionego x lub podciągiem uogólnionym ciągu uogólnionego x, jeśli istnieje taka funkcja ϕ: B A, że 1) 2) A β 0 B β B B β β 0 y β = x ϕ(β). ϕ(β), Uwaga. W anglojęzycznych tekstach matematycznych (patrz [1]) stosowane są najczęściej terminy: 4

net ciąg uogólniony, ultranet ciąg uogólniony maksymalny, subnet podciąg uogólniony ciągu uogólnionego. Z uwagi na zwięzłość tej terminologii od tego miejsca będziemy się nią posługiwać. Przykład 7 Niech (Q +, ) będzie zbiorem wszystkich liczb wymiernych dodatnich skierowanych przez relację r s s r, gdzie jest relacją naturalnego porządku na osi liczbowej. Niech x r = r dla każdego r Q +. Wtedy x = (r : r Q + ) jest netem w zbiorze liczb rzeczywistych. Niech (N 1, ) będzie zbiorem liczb naturalnych dodatnich skierowanych przez relację. Łatwo można sprawdzić, że net ( 1 n : n N 1) jest subnetem netu x. W definicji 10 wystarczy przyjąć, że ϕ(n) = 1 n, ϕ: N 1 Q +. 3 Filtry i nety w przestrzeniach topologicznych 3.1 Zbieżność filtrów i netów Definicja 11 1) Mówimy, że filtr F = {F : A} w przestrzeni topologicznej (X, T ) jest zbieżny do punktu x 0 X, jeżeli dla każdego T -otwartego otoczenia U punktu x 0 istnieje takie A, że F U. T Punkt x 0 nazywamy granicą filtru F. Piszemy: F x 0. Jeżeli x 0 jest jedynym punktem w przestrzeni X będącym granicą filtru F, to będziemy pisać: T - lim F = x 0. Jeżeli nie ma wątpliwości, jaka topologia jest rozważana w zbiorze X, stosujemy odpowiednio oznaczenia: F x 0 oraz lim F = x 0. Filtr, który nie jest zbieżny nazywamy rozbieżnym. 2) Mówimy, że net x = (x : A) (gdzie (A, ) jest zbiorem skierowanym) w przestrzeni topologicznej (X, T ) jest zbieżny do punktu x 0 X, jeżeli dla każdego otoczenia T -otwartegu U punktu x 0 istnieje 0 A takie, że x U dla wszystkich A, 0. Punkt x 0 5

T nazywamy granicą netu x. Piszemy: x x 0. Jeżeli x 0 jest jedynym punktem w przestrzeni X będącym granicą netu x, to będziemy pisać: T - lim x = x 0. Jeżeli nie ma wątpliwości, jaka topologia jest rozważana w zbiorze X, stosujemy odpowiednio oznaczenia: x x 0 oraz lim x = x 0. Net, który nie jest zbieżny nazywamy rozbieżnym. Przykład 8 W przestrzeni topologicznej (X, T ) filtr N (x 0 ) wszystkich otoczeń punktu x 0 X jest zawsze zbieżny do tego punktu. Przykład 9 Net x = (r : r Q + ) z przykładu 7 jest zbieżny do punktu x 0 = 0 w zbiorze liczb rzeczywistych z naturalną topologią. Przykład 10 Niech T będzie topologią trywialną w niepustym zbiorze X. Każdy filtr {F : A} jest zbieżny w przestrzeni (X, T ) i F x dla każdego x X. Również dowolny net (x : A) jest zbieżny w przestrzeni (X, T ) i x x dla każdego x X. Zakończenie Wprowadzone pojęcia filtrów i netów pozwalają na dalsze konstrukcje, takie jak ultrapotęgi i ultraprodukty przestrzeni Banacha. Te z kolei prowadzą do wielu niestandardowych metod dających bardzo interesujące wyniki w metrycznej teorii punktów stałych. Chociaż metody te często nie są zaliczane do geometrii metrycznej, to mogą one stać się podstawą zupełnie nowej gałęzi tej nauki. Magdalena Ziębowicz Instytut Matematyki Katolicki Uniwersytet Lubelski ul. Konstantynów 1H 20-704 Lublin Literatura [1] A. G. Aksoy, M. A. Khamsi, Nonstandard Methods in Fixed Point Theory, Springer-Verlag, New York, 1990. 6

[2] T. Pytlik, Analiza funkcjonalna, Wrocław, 2000, URL: http://www.math.uni.wroc.pl/ pytlik/. [3] W. Rzymowski, Macierze i operatory, Wydawnictwo UMCS, Lublin, 2004. [4] K. Goebel, W. A. Kirk, Zagadnienia metrycznej teorii punktów stałych, Wydawnictwo UMCS, Lublin, 1999. 7