应用泛函分析教案2.doc

应用泛函分析教案2.doc

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1、§4柯西点列和完备度量空间教学内容(或课题):目的要求:掌握柯西点列、完备度量空间的概念,学会使用概念和完备度量空间的充要条件判别完备度量空间•教学険设伉}爲是疋中的点列'若Vf>0,37V=N(^)sN,s.t•当m,n>N吋,有d(xn.xtn)=xn-xm■■■!l=le贝U称(d爲是/?川啲柯西点列.Def1设X=(X,d)是度量空间,&“}爲是X中的点列.若*£>0,BN=N@)wN,s.t.当myn>N时,有d(xZJ,xm)

2、啲柯西点列或基本点列.若度量空间(X,dY

3、每个柯四点列都收敛,贝I」称(X,〃)是完备的度量空间.有理数的全体按绝对值距离

4、构成的空间不完备,如点列1,1.4,1,41,1.412,…在心屮收敛于血,在有理数集中不收敛.但度量空间中每一个收敛点列都是柯西点列.实因若-»x,贝IJV6:>0,H/V=N(g)wN,s.t.当m,n>N吋,都有d(兀,兀)<彳.因此当n,吋,有心‘心)"(兀,兀)+心,兀)<彳+彳・所以&“}爲是柯西点列.例2广(表有界实或复数列全体)是完备度量空间•证明设二是厂1啲柯四点列,其中几胡,・•••)•%〉。,BN=N(歸eN,s.t.^m,n>N时,都有〃亿忑)二sup

5、雰)-釧V£(1)因此对每个固定的八吋,成立于是纱),£=1,2,…是柯西数列.由于实数集或复娄嗓按差的绝对值

6、定义距离是完备的,故存在实或复数耳,s.t.鉀令兀=低,§2,…),往证xer且几-»x.在⑵屮,令72T8,得0〃2〉N吋,成立肆)-打5E⑶因为心二(费),勒),…,岀),…)W严’所以m心>0,s.t.V/-eN,成立雰)卜心(不同的数列,界可能不一样).所以£1咔厂聲)

7、"+心.所以a-er.由⑶知,V/??>N吋,成立)=sup#r)S£.J所以心->4所以八是完备度量空间.例2令C表示所有收敛的实或复数列的全体,V“(6,L・・・)wC,▽y二(“1,772,…)wC'令d(兀,y)二sup£-〃厂则l°〃(x,y)no且X二yJ吋,d(x9y)=0.又

8、务一加“叩悅一77」

9、二〃(兀,),)二0二.•二竹(丿工2.J于是〃(x,y)=oo无二y.2°Vz二(口,6,…)wc,则由于对VjeN,成立攸-加'£一勺-勺IVsup检-^

10、+sup

11、7y一勺=jJd(x,z)+d(y,z)•所以sup出一乞Wd(x,z)+d(y,z)・即JdG,y)Sd6,z)+d(y,z)・所以d(y)可定义为C'pV两点间的距离.于是C按距离d(x,y)成为度量空间(实际上是八的一个子空间)•欲证C是完备度量空问,先证Th1完备度量空间X的子空间M是完备度量空间oM是X屮的闭子空间.证明设M是完备子空]'可,对每个xwAT,3M屮点列比}爲,使兀―厂所以&”}為是M中柯西点列.

12、所以它在M中收敛由极限的唯…性,所以xeM・所以M'uM・即M是X)

13、i的闭子空间.反之,若{叮爲是M屮柯西点列,因X是完备度量空]'可,贝U在X屮收敛.即3xeX,s.t.因为M是X屮的闭子空间,所以xeM,所以{兀}爲在M屮收敛于是M是完备度量空间.例2的证明由Th1只证C是广i

14、啲闭子空问即可・VX=(g[,&2,…)W(要证,从而xwC),m兀二(护),券),…)wCS=l,2,…),s.t.£TX・所以Ve>0,3NgN,s・t•当n>NWi,成立I纱)—©I型p好)—©I胡兀“)詣.特别取n=N,贝IJ对巧wN,成立

15、^V)-^

16、<-•因为"C,所以兰u->oo吋,收敛•故m

17、ywN,s.t.v几kny吋,成立即-即I詣.所以处邛吋,成立勺一蔚电_骅)

18、+即一骅)

19、+膚)一胡<彳+彳+彳=£.所以{爲二是柯西数列,因而收敛所以"低6,…)WC.所以C是严屮的闭子空间.由Thl,C是完备度量空间.证毕.作业:P206.14.15中的S,B(A).作业题解:14£二1,mNwN,s.t.当m.n>N吋,有v1,特别当〃>N时,有d(兀"n+i)<1・又n£N时,〃(兀",兀N+J只有有限个值故BM>0,s.t.d(xlt,xN+})

20、5设{xn寵是S小的柯西点列’兀二(卽,勒),…).即W〉0,mNwN,s.t.Vm,n>N吋,成立对于每个固定的36•:0<£<丄丄,然后由这个占,按不等式(%),37VeN.所以0加,/?〉N吋,对这个固定的£,所以凰")-加)

21、<<7(心〉N).所以化」二是实(复)数集屮的柯西点列.而实(复)数集完备,所以{出}二收敛,设卽t.StQ.记兀=(匚爲,…),则兀“》・Mxg5,所以S完备.设Id爲是B⑷中的柯西点列,xn=f„(

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