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गणित · शब्दावली

संहत दूरिक समष्टि क्या है?

परिभाषा 4.15 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 4 — दूरिक समष्टियों की सांस्थिति

कोई दूरिक समष्टि XX संहत कहलाती है जब XX के हर अनुक्रम का कोई उपअनुक्रम XX के भीतर अभिसरित हो (बोल्ज़ानो–वाइरश्ट्रास गुणधर्म)। कोई उपसमुच्चय संहत कहलाता है जब वह प्रेरित दूरी के साथ ऐसा हो।

कैंटर समुच्चय के पहले चरण (): हर स्तर हर खंड का बीच वाला विवृत तिहाई मिटा देता है। प्रतिच्छेदन C = _n C_n संहत है, उसका अभ्यंतर रिक्त है और लंबाई शून्य, फिर भी वह ℝ के समशक्त है — और इस अध्याय की सप्ताहांत समस्या (प्रश्न 22) में वह समुच्चयों पर किसी संकुचन के अचल बिंदु के रूप में लौटता है।
कैंटर समुच्चय के पहले चरण (अभ्यास 4.8): हर स्तर हर खंड का बीच वाला विवृत तिहाई मिटा देता है। प्रतिच्छेदन C=nCnC = \bigcap_n C_n संहत है, उसका अभ्यंतर रिक्त है और लंबाई शून्य, फिर भी वह R\R के समशक्त है — और इस अध्याय की सप्ताहांत समस्या (प्रश्न 22) में वह समुच्चयों पर किसी संकुचन के अचल बिंदु के रूप में लौटता है।

उदाहरण

उदाहरण 4.17 (हाइने प्रमेय, संहतता के साथ और उसके बिना)

[0,1]\intcc{0}{1} पर फलन xx2x \mapsto x^2 एकसमान संतत है — हाइने बिना किसी परिकलन के यह कह देती है, परंतु सीधा आकलन शिक्षाप्रद है:

x2y2=x+yxy2xy,\abs{x^2 - y^2} = \abs{x + y}\,\abs{x - y} \leq 2\abs{x - y},

अतः δ=ε/2\delta = \varepsilon/2 सभी बिंदुओं के लिए एक साथ काम करता है। R\R पर वही फलन एकसमान संतत नहीं है: xn=nx_n = n और yn=n+1ny_n = n + \frac1n लेने पर अंतर xnyn=1n0\abs{x_n - y_n} = \frac1n \to 0 रहता है जबकि xn2yn2=2+1n22\abs{x_n^2 - y_n^2} = 2 + \frac1{n^2} \geq 2: अर्थात् कोई एक δ\delta ε=1\varepsilon = 1 के लिए काम नहीं आता। कार्यविधि दिखाई देती है: स्थानीय लिप्शिट्स अचर x+y\abs{x + y} संहत पर परिबद्ध है और R\R पर अपरिबद्ध — और हाइने प्रमेय ठीक यही कहती है कि संहतता ऐसे स्थानीय अचरों पर एकसमान ढक्कन लगा देती है।

उदाहरण 4.19 (समुच्चयों के बीच दूरी: संहतता अपनी रोटी कमाती है)

किसी दूरिक समष्टि में मान लीजिए KK संहत है, FF संवृत है और KF=K \cap F = \emptyset। तब

d(K,F)=inf{d(x,y):xK, yF}>0:d(K, F) = \inf\,\{d(x, y) : x \in K,\ y \in F\} > 0 :

क्योंकि फलन xd(x,F)x \mapsto d(x, F) संतत है (अभ्यास 4.11) और KK पर धनात्मक (d(x,F)=0d(x, F) = 0 से xF=Fx \in \overline F = F हो जाता), अतः वह संहत KK पर धनात्मक निम्नतम प्राप्त कर लेता है (प्रमेय 4.16 (3))। संहतता सजावट नहीं है: दो संवृत समुच्चयों के लिए निम्नतम बिना प्राप्त हुए लुप्त हो सकता है — R2\R^2 में अतिपरवलय F1={xy=1}F_1 = \{xy = 1\} और अक्ष F2={y=0}F_2 = \{y = 0\} असंयुक्त संवृत समुच्चय हैं और d(F1,F2)=0d(F_1, F_2) = 0 (बिंदु (n,1n)(n, \frac1n) अक्ष के पास पहुँचते जाते हैं)। अनंत की ओर भाग निकलना ठीक वही है जिसे संहतता रोकती है।

उदाहरण 4.21 (एक ε\varepsilon-जाल, गिनकर)

पूर्ण परिबद्धता (प्रमेय 4.20 की उपपत्ति से) [0,1]\intcc{0}{1} पर बहुत मूर्त है: ε>0\varepsilon > 0 के लिए ε,3ε,5ε,\varepsilon, 3\varepsilon, 5\varepsilon, \dots पर केंद्रित त्रिज्या ε\varepsilon के 12ε\lceil \frac{1}{2\varepsilon}\rceil गोले उसे आच्छादित कर लेते हैं — लगभग 12ε\frac1{2\varepsilon} गोले, और कोई भी आच्छादन उनमें से 12ε\frac{1}{2\varepsilon} से कम में काम नहीं चला सकता (हर गोला अधिकतम 2ε2\varepsilon लंबाई ढकता है)। [0,1]2\intcc01^2 में यह गिनती वर्ग हो जाती है, अर्थात् कोटि ε2\varepsilon^{-2}: आच्छादन-संख्याएँ विमा dd में εd\varepsilon^{-d} की तरह बढ़ती हैं — यह संहतता का एक परिमाणात्मक चेहरा है, और यही कारण है कि अध्याय 5 के अनंत-विमीय इकाई गोले (जहाँ कोई परिमित 13\frac13-जाल है ही नहीं) संहत नहीं हो सकते।

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