Avanzado 2025 - Práctica 18 - Espacios normados III

Tema: Espacios normados III

Tue-03-06-2025 17:46 profe: Natalia Accomazzo Scotti - Dario Martin Aza | Pablo Herrera - Mariano Negri - Juan Garber status: tags: Espacios Normados


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

(X,d) espacio meˊtrico separable, y sea {Ui}iI cubrimiento por abiertos de X. Entonces existe NI,N numerable tal que {Ui}iN \begin{array}{l} \text{$(X,d)$ espacio métrico separable, y sea $\{ U_{i} \}_{i \in I}$ cubrimiento por abiertos de $X.$ }\\ \text{Entonces existe $N\subseteq I,N$ numerable tal que $\{ U_{i} \}_{i \in \mathbb{N}}$ } \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} } Sugerencia, B(s,q)B(s,q) donde sSs \in S denso y qQq \in \mathbb{Q}


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

Si existe {Vα}αI abiertos tales que Vα1Vα2= (disjuntos dos a dos) donde I es no numerable. Entonces X no es separable. \begin{array}{l} \text{Si existe $\{ V_{\alpha} \}_{\alpha \in I}$ abiertos tales que $V_{\alpha_{1}}\cap V_{\alpha_{2}}=\emptyset$ (disjuntos dos a dos) }\\ \text{donde $I$ es no numerable. Entonces $X$ no es separable. } \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }


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

(l,d) no es separable\begin{array}{l} \text{$(\mathscr{l}^{\infty},d_{\infty})$ no es separable} \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }


Ejercicio 1

Calcular T|| T || con

T:(C[0,1],)(C[0,1],)fx2f(0)\begin{array}{c} T:(C[0,1],\lvert \lvert \cdot \rvert\rvert_{\infty} )&\longrightarrow &(C[0,1],\lvert \lvert \cdot \rvert\rvert_{\infty} ) \\ f&\mapsto&x^{2}\cdot f(0) \end{array}

Veamos que es lineal.

T((λf+g)(x))=x2(λf+g)(0)=x2(λf(0)+g(0))=λx2f(0)+x2g(0)=λT(f)+T(g)\begin{array}{c} T((\lambda\cdot f+g)(x))=x^{2}\cdot(\lambda\cdot f+g)(0)=x^{2}\cdot(\lambda\cdot f(0)+g(0))=\\ \lambda \cdot x^{2}\cdot f(0)+x^{2}\cdot g(0)=\lambda\cdot T(f)+T(g) \end{array}

Luego como

T=supfB(0,1)T(f)|| T || =\underset{ f \in B(0,1) }{ sup }\:\lvert \lvert T(f) \rvert\rvert_{\infty}

y

T(f)=supx[0,1]x2f(0)\lvert \lvert T(f) \rvert\rvert_{\infty} =\underset{ x \in [0,1] }{ sup }\:\left| x^{2}\cdot f(0) \right|

Por otro lado

x2f(0)x2f(0)x2supx[0,1]f(x)=x2f|x^{2}\cdot f(0)|\leq |x^{2}|\cdot |f(0)|\leq |x^{2}|\cdot \underset{ x \in[0,1] }{ \sup }|f(x)|=|x^{2}|\cdot \lvert \lvert f \rvert\rvert_{\infty}     T(f)f\implies \lvert \lvert T(f) \rvert\rvert_{\infty} \leq \lvert \lvert f \rvert\rvert_{\infty}

Si tomo supremo con fB(0,1)f \in B(0,1). Es decir, f=1|| f ||_{\infty}=1

supfB(0,1)T(f)1\underset{ f \in B(0,1) }{ sup }\:\lvert \lvert T(f) \rvert\rvert_{\infty} \leq 1     T1\implies || T || \leq 1

Por ahora solo acoté la norma buscada, faltaría encontrar un elemento donde la norma efectivamente valga 1. O bien hallar una sucesión que tienda a 1.

Una forma era suponer que fB(0,1),(fn)nNB(0,1)T(f)=1,T(fn)1    T=1\:\exists\:f\in B(0,1),( f_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq B(0,1)\bigm||| T(f) ||=1,|| T(f_{n}) ||\longrightarrow 1\implies || T ||=1

Pero mejor hallemos una ff particular. Tomo f=1f=1. La función que vale constantemente 1. f=1|| f ||_{\infty}=1

T(f)=supx[0,1]x2f(0)=supx[0,1]x2=1|| T(f) || =\underset{ x \in[0,1] }{ sup }\:\left| x^{2}\cdot f(0) \right|=\underset{ x \in[0,1] }{ sup }\:\left| x^{2} \right|=1

Ejercicio 2

T:(C[0,1],)(C[0,1],)f0x(xt)f(t)dt\begin{array}{c} T:(C[0,1],|| \cdot ||_{\infty} )&\longrightarrow &(C[0,1],|| \cdot ||_{\infty} ) \\ \displaystyle f&\mapsto& \displaystyle \int_{0}^{x} (x-t)\cdot f(t) \, dt \end{array}

Claramente TT es lineal. No vamos a probarlo.

T(f)=supx[0,1]0x(xt)f(t)dt|| T(f) ||_{\infty} =\underset{ x \in[0,1] }{ \sup }\:\left| \int_{0}^{x} (x-t)\cdot f(t) \, dt \right| 0x(xt)f(t)dt0xxtf(t)dtf0xxtdt\left| \int_{0}^{x} (x-t)\cdot f(t) \, dt \right| \leq \int_{0}^{x} |x-t|\cdot |f(t)| \, dt \leq || f ||_{\infty} \cdot \int_{0}^{x} |x-t| \, dt

Acá usé esto: supt[0,x]f(t)supt[0,1]f(t)\displaystyle\underset{ t \in[0,x] }{ \sup }\:\left| f(t) \right|\leq \underset{ t \in[0,1] }{ \sup }\:\left| f(t) \right| . Además xt=(xt)|x-t|=(x-t) y entonces resuelvo la integral.

0x(xt)dt=x22\int_{0}^{x} (x-t) \, dt=\frac{x^{2}}{2}

Luego

Tf=supx[0,1]Tf(x)supx[0,1]fx22|| Tf ||_{\infty} =\underset{ x \in[0,1] }{ \sup }\:\left| Tf(x) \right|\leq \underset{ x \in[0,1] }{ \sup }\:\left| |f| \right|_{\infty}\cdot \frac{x^{2}}{2} Tff2|| Tf ||_{\infty} \leq \frac{|| f ||_{\infty}}{2}

Tomo supremo en B(0,1)B(0,1) y así f1|| f ||_{\infty}\leq 1

T=supfB(0,1)Tf12|| T || =\underset{ f \in B(0,1) }{ \sup }\:\left| | Tf | \right| _{\infty}\leq \frac{1}{2} T12|| T || \leq \frac{1}{2}

Sea f1f\equiv1. Calculo Tf=supx[0,1]0x(xt)dt|| Tf ||_{\infty}=\displaystyle\underset{ x \in[0,1] }{ \sup }\:\left| \int_{0}^{x}(x-t)\:dt \right| y me va a dar 12\frac{1}{2}. Es hacer una cuenta.


Ejercicio 3

fn(x)={0x1nnx2x12nn(x1n)12n<x<1nf_{n}(x)=\begin{cases} 0 & x\geq \frac{1}{n} \\ n\cdot x^{2} & x\leq \frac{1}{2n} \\ -n\left( x-\frac{1}{n} \right) & \frac{1}{2n}<x<\frac{1}{n} \end{cases} fn(x)puntualmente?f0f_{n}(x)\overset{ ? }{ \underset{ \text{puntualmente} }{ \longrightarrow } } f\equiv 0

Sea x[0,1]x \in[0,1] Si x=0,fn(0)=0nNx=0,f_{n}(0)=0\quad\forall n\in \mathbb{N} Si x0,fn(0)0x\neq0,f_{n}(0)\longrightarrow 0

fn(x)f(x)0f_{n}(x)\longrightarrow f(x)\equiv 0 fn(x)?f(x)f_{n}(x)\overset{ ? }{ \rightrightarrows } f(x)

Si dado E>0n0f,fn:XXd(fn(x),f(x))<ExX\mathcal{E}>0\:\exists\:n_{0}\bigm|f,f_{n}:X\to X'\quad d(f_{n}(x),f(x))<\mathcal{E}\quad\forall x \in X

d1(fn,f)0d(fn,f)0\begin{array}{c} d_{1}(f_{n},f)\longrightarrow 0 \\ d_{\infty}(f_{n},f) \cancel{ \longrightarrow } 0 \end{array}

La distancia infinito es para la convergencia uniforme.

Vimos que

fnd1ff_{n}\underset{ d_{1} }{ \longrightarrow }f

Para ver si fn(x)f(x)f_{n}(x)\rightrightarrows f(x) quiero ver que fn(x)f(x)<Ex[0,1]|f_{n}(x)-f(x)|<\mathcal{E}\quad\forall x \in[0,1] Pensar (Lo retomamos la clase que viene):

fn(x)=x1+x2x31+nx2f_{n}(x)=\frac{x}{1+x^{2}}-\frac{x^{3} }{1+n\cdot x^{2}}

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