Thu-29-05-2025 10:49
profe: Dario Martin Aza
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tags: Espacios Normados
Si (E,d1),(F,d2) espacios métricos. Entonces (E×F,d1+d2) es espacio métrico.
Donde d1+d2:(E×F)×(E×F)⟶R
Prop. :
Sea (E,d) un espacio meˊtrico. Entonces (E×E,d+d) es otro espacio meˊtrico y d:E×E→R es continua.
Ejercicio 0
Sea f:R→R uniformemente continua y sea g:R→R dada por
g(x)=max{f(y):y∈[x−1,x+1]}
Probar que g es uniformemente continua.
Dem:
Supongamos que g no es uniformemente continua.
Entonces
∃E>0,∃(xn)n∈N,(yn)n∈N∣xn−yn∣⟶0.Pero∣g(xn)−g(yn)∣≥E∀n∈N
Sean, para cada n∈N,
x~n∈[xn−1,xn+1]
y
y~n∈[yn−1,yn+1]
tales que
g(xn)=f(x~n),g(yn)=f(y~n)
Entonces
∣f(x~n)−f(y~n)∣≥E∀n∈N
Sea δ>0 tal que ∣x−y∣<δ⟹∣f(x)−f(y)∣<E
Este δ existe porque f es uniformemente continua.
Sea n0∈N tal que si n≥n0⟹∣xn−yn∣<δ
Supongamos que
f(x~n)>f(y~n)(*)
Una forma elegante es llamar y al mayor de los 2. Así consideras los dos casos a la vez.
entonces como f(y~n)≥f(y)∀y∈[yn−1,yn+1]
También se desprende que
f(x~n)>f(yn−1)
Tenemos que x~n∈[xn−1,yn+1]⟹x~n∈[yn+1,xn+1]
⟹∣x~n−(yn+1)∣≤∣yn+1−(xn+1)∣<δ

Pero entonces ∣f(yn+1)−f(xn)∣≤E por la continuidad de f.
f(x~n)≤f(yn+1)+E≤f(y~n)+E
Y usando (*) tengo que
⟹∣f(x~n)−f(y~n)∣<E
Lo cual es absurdo porque ∣f(x~n)−f(y~n)∣≥E
Recuerdo:
(E,∣∣⋅∣∣) normado. S⊆E se dice un hiperplano si:
- ∃v∈S,v∈E<v>⊕S=E
- ∀v∈S,v∈E vale <v>+S=E
- ∃ϕ:E→R lineal con Ker(ϕ)=S
Son equivalentes las 3.
Ejercicio 1
Sea
E=C(0)={(an)n∈N⊆R∃n0∈N:an=0∀n≥n0}
con la norma
∣∣(an)n∈N∣∣∞=n∈Nsup∣an∣
Sea
S={(an)n∈N:n=1∑∞n⋅an=0}⊆E
Probar que S en denso en E. Es decir S=E
(2,−1,0,0,0,⋯)∈S(1,1,−1,0,0,⋯)∈S
S es un subespacio
Sea (an)n∈N∈S,(bn)n∈N∈S entonces:
- λ⋅(an)n∈N∈S pues
n=1∑∞n⋅λ⋅an=λ⋅n=1∑∞n⋅an=λ⋅0=0
- (an)n∈N+(bn)n∈N∈S pues
n=1∑∞n⋅(an+bn)=n=1∑∞n⋅an+n=1∑∞n⋅bn=0+0=0
S es un hiperplano pues
S=ker(φ)
φ:E⟶R(an)n∈N↦n=1∑∞n⋅an
y φ es lineal ya lo siguiente se demostró cuando vimos que S es subespacio :
- φ(λ⋅f)=λ⋅φ(f)
- φ(f+g)=φ(f)+φ(g)
Para ver que S es denso, basta encontrar sn∈S∀n∈N tal que sn⟶w∈S
Considero
sn=1,0,0,…,0n-eˊsimo elemento,−n1,0,…
Veo que sn⟶e1∈S pues
∣∣sn−e1∣∣=(0,0,…,−n1,0,…)=n1⟶0
y sn∈S ∀n∈N
Entonces S no es cerrado. Por lo tanto es denso.
Q.E.D.□
Ejercicio 2
Sea
A={f∈C([0,1],R)fderivable,f′(0)=0}⊆(C([0,1],R),∣∣⋅∣∣∞)
A⊆C([0,1],R) es un subespacio. ¿ Es denso?
A es un hiperplano pues A=ker(φ) con
φ:C([0,1],R)f⟶↦Rf′(0)
φ lineal pues φ(λ⋅f)=(λ⋅f)′(0)=λ⋅f′(0)=λ⋅φ(f) y
φ(f+g)=(f+g)′(0)=(f′+g′)(0)=f′(0)+g′(0)=φ(f)+φ(g)
Veamos si φ es continua.
Sea fn:[0,1]→R continuas.
ACLARACION: tomar fn(x)=(1−x)n y ver que ∣φ(fn)∣=n
fn(x)=2n1⋅(x+1)n
fn∈B(0,1) ∀n∈N pero
φ(fn)=2nn⋅(x+1)n−1=2nn⟶0
fn∈B(0,1) pero φ(fn) no están acotadas.
⟹φ no es acotada ⟹φ no es continua ⟹S es denso.
Ejercicio 3
Consideramos
T:(C([0,1],R))f⟶↦l∞(R)(f(n1))n∈N
Notar que (C([0,1],R)) y l∞(R) son normados.
T es operador lineal, calculamos su norma.
∣∣T∣∣=f∈B(0,1)sup∣∣T(f)∣∣=f∈B(0,1)supf(n1)=f∈B(0,1)supn∈Nsupf(n1)≤f∈B(0,1)sup∣∣f∣∣∞≤1
⟹∣∣T∣∣≤1
Por otro lado
T(id)=(1,21,31,41,…)=1
con
id:[0,1]x⟶↦Rx
⟹∣∣T∣∣=1
Notar que encontré una cota y luego vi que se realiza. Esto es clave!
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