Avanzado 2025 - Práctica 12 - Continuidad I

Tema: Continuidad I

Tue-13-05-2025 21:03 profe: Pablo Herrera status: tags: Continuidad


Recordamos que el concepto de continuidad: f:(E,d)(E,d)f:(E,d)\to(E',d') es continua en xEx \in E si

Eδ>0d(x,y)<δ    d(f(x),f(y))<E\forall\mathcal{E}\:\exists\:\delta>0\bigm| d(x,y)<\delta\implies d'(f(x),f(y))<\mathcal{E}

Ejercicio 1

Sean E=C([0,1])E=C([0,1]) con d=d(f,g)=supx[0,1]f(x)g(x)d=d_{\infty}(f,g)=\underset{ x \in[0,1] }{ sup }\:\left| f(x)-g(x) \right|
Y la función

S:C([0,1])C([0,1])S(f)=f2S:C([0,1])\to C([0,1])\bigm| S(f)=f^{2}

Veamos que es continua

Sea E>0\mathcal{E}>0 y sea f0C([0,1])f_{0}\in C([0,1]) Quiero ver que δ>0d(f,f0)<δ    d((f2,f02))<E\:\exists\:\delta>0\bigm|d_{\infty}(f,f_{0})<\delta\implies d_{\infty}((f^{2},f_{0}^{2}))<\mathcal{E}

d(f2,f02)=supx[0,1]f2(x)f02(x)d_{\infty}(f^{2},f_{0}^{2}) =\underset{ x \in[0,1] }{ sup }\:\left| f^{2}(x)-f_{0}^{2}(x) \right|

Por un lado tenemos que

f2(x)f02(x)=(f(x)+f0(x))(f(x)f0(x))d((f,f0))<δ\left| f^{2}(x)-f_{0}^{2}(x) \right| =\left| (f(x)+f_{0}(x))\cdot\underbrace{ (f(x)-f_{0}(x)) }_{ \leq d_{\infty}((f,f_{0}))<\delta } \right|

Acotemos

f(x)+f0(x)=f(x)f0(x)+f0(x)+f0(x)f(x)f0(x)+2f0(x)|f(x)+f_{0}(x)|=|f(x)-f_{0}(x)+f_{0}(x)+f_{0}(x)|\leq |f(x)-f_{0}(x)|+ 2|f_{0}(x)| d(f,f0)+2f0(x)\leq d_{\infty}(f,f_{0}) +2|f_{0}(x)|

Pero f0f_{0} es continua en [0,1][0,1]. Por lo tanto tiene máximo y depende de f0f_{0}

f0(x)C Para algun C en R|f_{0}(x)|\leq C\text{ Para algun $C$ en } \mathbb{R}

Por lo tanto

f(x)+f0(x)δ2+2Cδ|f(x)+f_{0}(x)|\leq \delta^{2}+2\cdot C\cdot\delta

De esta manera entonces elijo δ\delta de la siguiente manera:

δ=min{E2,E4C}\delta=min\left\{ \sqrt{ \frac{\mathcal{E}}{2} },\frac{\mathcal{E}}{4C} \right\}

Luego,

d(f2,f02)δ2+2Cδ<E2+2CE4C=Ed_{\infty}(f^{2},f_{0}^{2}) \leq \delta^{2}+2C\delta<\frac{\mathcal{E}}{2}+2C\frac{\mathcal{E}}{4C}=\mathcal{E}

ff resulta ser continua.


Ejercicio 2

f:(E,d)(R,)f:(E,d)\to (\mathbb{R},|\cdot|)

Probar que

f es continua     {Uα={xEf(x)(α,+)}Vα={xEf(x)(,α)} son abiertosf\text{ es continua }\iff \begin{cases} U_{\alpha}=\{ x \in E\bigm| f(x)\in(\alpha,+\infty) \} \\ V_{\alpha}=\{ x \in E\bigm| f(x)\in(-\infty,\alpha) \} \end{cases} \text{ son abiertos}

    )\implies)

Uα=f1((α,+)R)U_{\alpha}=f^{-1}(\underbrace{ (\alpha,+\infty) }_{ \in \mathbb{R} })

Como (α,+)(\alpha,+\infty) es abierto en R\mathbb{R} y ff es continua, entonces f1((α,+))=Uαf^{-1}((\alpha,+\infty))=U_{\alpha} es abierto. Pues es preimagen de un abierto.

    )\impliedby) Por hipótesis Uα,VαU_{\alpha},V_{\alpha} son abiertos αR.\forall\alpha \in \mathbb{R}. Quiero ver que ff es continua

Vamos a utilizar esto:

f es continua     GE abierto, f1(G) es abierto.(1)\text{$f$ es continua $\iff \forall G\subseteq E'$ abierto, $f^{-1}(G)$ es abierto.}\tag{1}

Entonces, sea GRG\subseteq \mathbb{R} arbitrario y abierto. Como es abierto puedo escribirlo de esta manera:

G=xGB(x,rx)=xG(xrx,x+rx)G=\bigcup_{x \in G}B(x,r_{x})=\bigcup_{x \in G}(x-r_{x},x+r_{x})

Veamos su preimagen:

f1(G)=f1(xG(xrx,x+rx))=xGf1((,x+rx)(xrx,+))f ^{-1}(G)=f ^{-1}\left( \bigcup_{x \in G}(x-r_{x},x+r_{x}) \right)=\bigcup_{x \in G} f ^{-1}\left( (-\infty ,x+r_{x})\cap(x-r_{x},+\infty) \right) =xGf1((,x+rx))Vx+rxf1((xrx,+)Uxrx)=\bigcup_{x \in G}\underbrace{f ^{-1} ((-\infty,x+r_{x})) }_{ V_{x+r_{x}} }\cap \underbrace{ f ^{-1}((x-r_{x},+\infty) }_{ U_{x-r_{x}} })

La intersección finita de abiertos es abierto. La union arbitraria de abiertos es abierta, entonces f1(G)f ^{-1}(G) es abierto. Y GG era abierto y arbitrario. Por (1)(1) entonces ff es continua.

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