Avanzado 2025 - Práctica 14 - Compacidad I

Tema: Compacidad I

Tue-20-05-2025 20:21 profe: Mariano Negri status: tags: Compacidad


Prop. :{\color{Orange} \text{Prop. :} }

Sea una familia de conjuntos {Ci}i∈I se dice que tiene la propiedad de la interseccioˊn finita   ⟺  ∀F⊆I,F finito se cumple que ⋂i∈FCi≠∅ \begin{array}{l} \text{Sea una familia de conjuntos $\{ C_{i} \}_{i \in I}$ se dice que tiene la propiedad de la intersección finita }\\ \text{$\iff \forall F\subseteq I,F$ finito se cumple que $\displaystyle\bigcap_{i \in F}C_{i}\neq \emptyset$ } \end{array}

Ejercicio 1

Sea el conjunto

A={(xn)n∈N∣∑∣xi∣<∞}⊆l∞A=\left\{ ( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\bigm| \sum |x_{i}|<\infty \right\}\subseteq \mathscr{l}^{\infty}

Tarea: ver que no es compacto en (l∞,d∞)(\mathscr{l}^{\infty},d_{\infty}) , tomar la sucesión e1,e2,e3,…e_{1},e_{2},e_{3},\dots

Consideremos la siguiente sucesión:

xk=(0,0,0,…,k,… )x^{k} =(0,0,0,\dots,k,\dots)

Quiero ver que no existe subsucesión convergente. supongamos que existe xkix^{k_{i}} tal que xki⟶x∈A⊆l∞x^{k_{i}}\longrightarrow x \in A\subseteq \mathscr{l}^{\infty}


Obs:Obs:

Sea (X,d),x0∈X, notamos Φx0:X→R≥0∣Φx0(x)=d(x0,x) es continua\text{Sea $(X,d),x_{0} \in X,$ notamos $\Phi_{x_{0}}:X\to \mathbb{R}_{\geq0}\bigm|\Phi_{x_{0}}(x)=d(x_{0},x)$ es continua}

Siguiendo, consideramos Φ0\Phi_{0} que es continua y aplicamos en xki⟶xx^{k_{i}}\longrightarrow x:

d∞(0,xki)⟶d∞(0,x)ki⟶∞\begin{array}{c} d_{\infty}(0,x^{k_{i}})\longrightarrow d_{\infty}(0,x) \\ k_{i}\longrightarrow \infty \end{array}

Entonces x∉l∞x\not\in \mathscr{l}^{\infty}. Absurdo.


Ejercicio 2

Sea F={f∈C[0,1]∣d∞(0,f)≤1}F=\{ f \in C[0,1]\bigm|d_{\infty}(0,f)\leq 1 \}

  • Es FF cerrado?.
  • Es FF compacto en (C[0,1],d∞)(C[0,1],d_{\infty}) ?

Considero la función Φ0(f)=d∞(0,f)\Phi_{0}(f)=d_{\infty}(0,f) que es continua.

F=Φ0−1([0,1])F =\Phi_{0} ^{-1}([0,1])

Como [0,1]⊆R≥0[0,1]\subseteq \mathbb{R}_{\geq 0} cerrado y Φ0\Phi_{0} continua, entonces FF es cerrado por ser preimagen de un cerrado a través de una función continua.

Sea fn=xn∈C[0,1]f_{n}=x^{n}\in C[0,1] para cada n∈Nn \in \mathbb{N} Supongamos que FF es compacto, entonces  ∃ f∈F∣fnj⟶f\:\exists\:f \in F\bigm|f_{n_{j}}\longrightarrow f

d∞(fnj,f)=supx∈[0,1] ∣fnj(x)−f(x)∣⟶0d_{\infty}(f_{n_{j}},f) =\underset{ x \in[0,1] }{ sup }\:\left| f_{n_{j}}(x)-f(x) \right| \longrightarrow 0

tenemos que ∀x∈[0,1]:fnj(x)⟶f(x)\forall x \in[0,1]:f_{n_{j}}(x)\longrightarrow f(x) Por definición de f:f:

xnj⟶j→∞{1x=10ccx^{n_{j}}\underset{ j\to \infty }{ \longrightarrow } \begin{cases} 1 & x=1 \\ 0 & cc \\ \end{cases}

Ejercicio 3

Sea (X,d)(X,d) un espacio métrico compacto y {Ui}i∈I\{ U_{i} \}_{i \in I} cubrimiento por abiertos de X.X. Demostrar que existe δ>0∣∀x∈X ∃ j∈I:B(x,δ)⊆Uj\delta>0\bigm|\forall x \in X\:\exists\:j \in I:B(x,\delta)\subseteq U_{j}

Como XX es compacto, existe cubrimiento finito {Ui1,Ui2,…,Uin}\{ U_{i_{1}},U_{i_{2}},\dots,U_{i_{n}} \} de XX. Si algún Uij=X,U_{i_{j}}=X, tomo cualquier δ.\delta. Si no: Consideremos f:X→R≥0∣f(x)=1n⋅∑j=1nd(x,Uijc)\displaystyle f:X\to \mathbb{R}_{\geq 0}\bigm|f(x)=\frac{1}{n}\cdot \sum_{j=1}^{n}d(x,U_{i_{j}}^{c}) , es continua. Como ff continua en un compacto, existe x0x_{0} tal que f(x)≥f(x0)∀x∈Xf(x)\geq f(x_{0})\quad\forall x \in X .

Afirmo que f(x0)f(x_{0}) es el δ\delta buscado. Notar que f(x0)>0f(x_{0})>0 Dem: pues sino pasaría que d(x0,Uijc)=0∀j∈{1,…,n}d(x_{0},U_{i_{j}}^{c})=0\quad\forall j \in \{ 1,\dots,n \} de esta manera

x0∈Ui1c∩Ui2c∩⋯∩Uinnx_{0}\in U_{i_{1}}^{c}\cap U_{i_{2}}^{c}\cap\dots \cap U_{i_{n}}^{n}   ⟹  x0∈(Ui1∪Ui2∪⋯∪Uin)c\implies x_{0}\in(U_{i_{1}}\cup U_{i_{2}}\cup\dots \cup U_{i_{n}})^{c} x0∉⋃k=1nUikx_{0}\not\in \bigcup_{k=1}^{n} U_{i_{k}}

Pero ⋃k=1nUik=X\bigcup_{k=1}^{n}U_{i_{k}}=X   ⟹  x0∉X\implies x_{0}\not\in X. Absurdo.   ⟹  f(x0)>0\implies f(x_{0})>0

Quiero ver que

B(x,δ)⊆Uik,k∈{1,…,n}B(x,\delta)\subseteq U_{i_{k}},\quad k\in \{ 1,\dots,n \}

Sea y∈B(x,δ)y \in B(x,\delta)


Citas y Comentarios

Letra no tan clara, no es mal manejo de pizarrón pero puede mejorar.

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