Avanzado 2025 - Práctica 9 - Espacios métricos IV

Tema: Espacios métricos IV

Tue-29-04-2025 20:49 profe: Juan Garber status: tags: Espacios métricos


Ejercicio 1

(C[0,1],d1) es completo ?\begin{array}{c} \text{$(C[0,1],d_{1})$ es completo ?} \end{array}

Consideramos la sucesión de funciones

fn(x)={0x[0,121n)n(x(121n))x[121n,12)1x[12,1]f_{n}(x)=\begin{cases} 0 & x \in\left[ 0, \frac{1}{2} - \frac{1}{n}\right) \\ n\left( x-\left( \frac{1}{2}- \frac{1}{n} \right) \right) & x \in\left[ \frac{1}{2}- \frac{1}{n}, \frac{1}{2} \right) \\ 1 & x \in \left[ \frac{1}{2},1 \right] \end{cases}

Veamos que es de Cauchy, sea ε>0\varepsilon>0

d1(fn(x),fm(x))=01fn(x)fm(x)dx12min{m,n}<εd_{1}(f_{n}(x),f_{m}(x))=\int_{0}^{1}\left| f_{n}(x)-f_{m}(x) \right| \:dx\leq \frac{1}{2\cdot min\{ m,n \}}<\varepsilon

Si n,mn01n0<εn,m\geq n_{0}\bigm| \frac{1}{n_{0}}<\varepsilon

draw-avanzado2025-P9-1

Supongo que fnfC[0,1]f_{n}\to f \in C[0,1] y considero una función gg

g(x)={0x[0,12)1x[12,1]g(x)=\begin{cases} 0 & x \in \left[ 0, \frac{1}{2} \right) \\ 1 & x \in\left[ \frac{1}{2},1 \right] \end{cases} 01fgdx=01/2fgdx+121fgdx01ffndx<ε2+01fngdx12n<ε2<ε\int _{0}^{1} \left| f-g \right| \, dx=\int _{0}^{ 1/2} \left| f-g \right| \, dx+\int _{ \frac{1}{2}}^{1} \left| f-g \right| \, dx\leq \underbrace{ \int _{0}^{1} |f-f_{n}| \, dx }_{ <\frac{\varepsilon}{2} } +\underbrace{ \int _{0}^{1} |f_{n}-g| \, dx }_{ \leq \frac{1}{2\cdot n} < \frac{\varepsilon}{2}}<\varepsilon     01fgdx=0\implies \int _{0}^{1} |f-g| \, dx =0     012fgdx=0\implies \int _{0}^{\frac{1}{2}} |f-g| \, dx=0

Por lo tanto fgf-g es continua en [0,12]\left[ 0,\frac{1}{2} \right] y f=gf=g en [0,12]\left[ 0,\frac{1}{2} \right] . Pero ff es continua, y gg no lo es. Absurdo.

Por lo tanto (C[0,1],d1)(C[0,1],d_{1}) no es completo.


(C[0,1],d) es completo(C[0,1],d_{\infty})\text{ es completo}

Sea (fn)nN( f_{n} )_{n \in \mathbb{N}} de Cauchy. Defino ff como:

f(x)=limnfn(x)f(x)=\underset{ n\to \infty }{ \lim } f_{n}(x)

Paso 1. Defino ff candidato a límite Paso 2. d(fn,f)=supfnf0,fnd_{\infty}(f_{n},f)=sup\left| f_{n}-f \right|\to 0,f_{n} converge a ff Paso 3. Verificar que ff es continua.

Sea nn fijo, con m,nn0m,n\geq n_{0} tal que supfnfm<εsup\left| f_{n}-f_{m} \right|<\varepsilon

limmfnfm<ε\underset{ m\to \infty }{ \lim } \left| f_{n}-f_{m} \right| <\varepsilon

Por como definí ff entonces:

fnf<ε\left| f_{n}-f \right|<\varepsilon

Faltaría ver continuidad (de tarea)


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