Thu-09-10-2025 16:05
profe: Pablo Turco - Cecilia De Vita | Leonard Ehrhorn - Tomer Damián Cohen Mizrahi - Iván Moyano Tassara
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Ejercicio 1
Sean ( X , d ) (X,d) ( X , d ) y ( Y , d ′ ) (Y,d') ( Y , d ′ ) espacios métricos. Consideramos el espacio X × Y = { ( x , y ) : x ∈ X , y ∈ Y } X\times Y=\{ (x,y):x \in X,y \in Y \} X × Y = {( x , y ) : x ∈ X , y ∈ Y } con la métrica d ~ ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) = m a x { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 ) } \tilde{d}((x_{1},y_{1}),(x_{2},y_{2}))=max \{ d(x_{1},x_{2}),d'(y_{1},y_{2}) \} d ~ (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) = ma x { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 )}
a) Probar que las proyecciones Π 1 : X × Y → X ∣ ( x , y ) ↦ x \Pi_{1}:X\times Y \to X\bigm|(x,y)\mapsto x Π 1 : X × Y → X ( x , y ) ↦ x
y Π 2 : X × Y → Y ∣ ( x , y ) ↦ y \Pi_{2}:X \times Y\to Y\bigm|(x,y)\mapsto y Π 2 : X × Y → Y ( x , y ) ↦ y son continuas y abiertos. Mostrar con un ejemplo que pueden no ser cerrados.
b)Sea ( z , d ′ ′ ) (z,d'') ( z , d ′′ ) un espacio métrico y sea f : Z → X × Y f:Z\to X \times Y f : Z → X × Y una función. Probar que f f f es continua si y solo si Π 1 ∘ f \Pi_{1}\circ f Π 1 ∘ f y Π 2 ∘ f \Pi_{2}\circ f Π 2 ∘ f lo son
a) Veámoslo para Π 1 \Pi_{1} Π 1
Π 1 \Pi_{1} Π 1 es continua:
Sea E > 0 \mathcal{E}>0 E > 0 , tomo δ = E \delta=\mathcal{E} δ = E
d ~ ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) < δ \tilde{d}((x_{1},y_{1}),(x_{2},y_{2}))<\delta d ~ (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) < δ
Quiero ver que las imágenes son menores que epsilon.
d ( Π 1 ( x 1 , y 1 ) , Π 1 ( x 2 , y 2 ) ) = d ( x 1 , x 2 ) ≤ m a x { d ( x 1 , x 2 ) , d ( y 1 , y 2 ) } = d ~ ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) < E d(\Pi_{1}(x_{1},y_{1}),\:\Pi_{1}(x_{2},y_{2}))=d(x_{1},x_{2})\leq max \{ d(x_{1},x_{2}),d(y_{1},y_{2}) \}= \tilde{d}((x_{1},y_{1}),(x_{2},y_{2}))<\mathcal{E} d ( Π 1 ( x 1 , y 1 ) , Π 1 ( x 2 , y 2 )) = d ( x 1 , x 2 ) ≤ ma x { d ( x 1 , x 2 ) , d ( y 1 , y 2 )} = d ~ (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) < E
Π 1 \Pi_{1} Π 1 es abierta
Sea u ⊆ X × Y u\subseteq X\times Y u ⊆ X × Y abierto. Quiero ver que Π 1 ( u ) ⊆ X \Pi_{1}(u)\subseteq X Π 1 ( u ) ⊆ X es abierto.
Sea u 0 ∈ Π 1 ( u ) u_{0} \in \Pi_{1}(u) u 0 ∈ Π 1 ( u ) quiero ver que existe r r r tal que B ( u 0 , r ) ⊆ Π 1 ( u ) B(u_{0},r)\subseteq\Pi_{1}(u) B ( u 0 , r ) ⊆ Π 1 ( u )
Sabemos que existe y 0 ∈ Y y_{0} \in Y y 0 ∈ Y tal que ( x 0 , y 0 ) ∈ u (x_{0},y_{0}) \in u ( x 0 , y 0 ) ∈ u y x 0 = Π 1 ( x 0 , y 0 ) x_{0}=\Pi_{1}(x_{0},y_{0}) x 0 = Π 1 ( x 0 , y 0 )
Como u u u es abierto por hipótesis:
∃ r ~ > 0 ∣ B d ~ ( ( x 0 , y 0 ) , r ~ ) ⊆ u (1) \:\exists\:\tilde{r}>0\bigm| B_{\tilde{d}}((x_{0},y_{0}),\tilde{r})\subseteq u\tag{1} ∃ r ~ > 0 B d ~ (( x 0 , y 0 ) , r ~ ) ⊆ u ( 1 )
Tomo r = r ~ r= \tilde{r} r = r ~
Veamos que B d ( x 0 , r ~ ) ⊆ Π 1 ( u ) B_{d}(x_{0},\tilde{r})\subseteq\Pi_{1}(u) B d ( x 0 , r ~ ) ⊆ Π 1 ( u )
Busco y ∈ Y y \in Y y ∈ Y talque ( x , y ) ∈ u (x,y) \in u ( x , y ) ∈ u y x = Π 1 ( x , y ) x=\Pi_{1}(x,y) x = Π 1 ( x , y ) . Se cumple para cualquier y ∈ Y y \in Y y ∈ Y
Propongo y = y 0 . y=y_{0}. y = y 0 . Veamos que ( x , y 0 ) ∈ u (x,y_{0})\in u ( x , y 0 ) ∈ u
por (1) alcanza con ver que ( x , y 0 ) ∈ B d ~ ( ( x 0 , y 0 ) , r ~ ) (x,y_{0}) \in B_{\tilde{d}}((x_{0},y_{0}),\tilde{r}) ( x , y 0 ) ∈ B d ~ (( x 0 , y 0 ) , r ~ )
d ~ ( ( x , y 0 ) , ( x 0 , y 0 ) ) = m a x { d ( x , x 0 ) , d ′ ( y 0 , y 0 ) } = d ( x , x 0 ) < r ~ \tilde{d}((x,y_{0}),(x_{0},y_{0}))=max \{ d(x,x_{0}),d'(y_{0},y_{0}) \}=d(x,x_{0})< \tilde{r} d ~ (( x , y 0 ) , ( x 0 , y 0 )) = ma x { d ( x , x 0 ) , d ′ ( y 0 , y 0 )} = d ( x , x 0 ) < r ~
Π 1 ( u ) \Pi_{1}(u) Π 1 ( u ) resulta abierto.
b) ⟹ ) \implies) ⟹ ) Como f f f es continua, y además por a) Π 1 \Pi_{1} Π 1 y Π 2 \Pi_{2} Π 2 son continuas, se tiene que Π 1 ∘ f \Pi_{1}\circ f Π 1 ∘ f y Π 2 ∘ f \Pi_{2} \circ f Π 2 ∘ f son continuas por ser composición de continuas.
⟸ ) \impliedby) ⟸ ) Sea E > 0. \mathcal{E}>0. E > 0. Tomo δ = m i n { d 1 , d 2 } \delta=min \{ d_{1},d_{2} \} δ = min { d 1 , d 2 }
Supongamos que d ′ ′ ( z 1 , z 2 ) < δ . d''(z_{1},z_{2})<\delta. d ′′ ( z 1 , z 2 ) < δ . Quiero ver que d ~ ( f ( z 1 ) ) \tilde{d}(f(z_{1})) d ~ ( f ( z 1 ))
Pasado con Gemini
Ejercicio: Sean ( X , d ) (X, d) ( X , d ) , ( Y , d ′ ) (Y, d') ( Y , d ′ ) espacios métricos. Consideremos el espacio X × Y = { ( x , y ) : x ∈ X , y ∈ Y } X \times Y = \{(x,y): x \in X, y \in Y\} X × Y = {( x , y ) : x ∈ X , y ∈ Y } con la métrica definida como:
d 2 ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 ) } d_{2}((x_1, y_1), (x_2, y_2)) = \max \{d(x_1, x_2), d'(y_1, y_2)\} d 2 (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 )}
a) Probar que las proyecciones Π 1 : X × Y → X \Pi_1: X \times Y \to X Π 1 : X × Y → X y Π 2 : X × Y → Y \Pi_2: X \times Y \to Y Π 2 : X × Y → Y son continuas.
3. Abiertos. Cerrados. No es necesario.
b) Sea ( Z , d ′ ′ ) (Z, d'') ( Z , d ′′ ) un espacio métrico. Probar que si f : Z → X × Y f: Z \to X \times Y f : Z → X × Y es continua, si y solo si Π 1 ∘ f \Pi_1 \circ f Π 1 ∘ f y Π 2 ∘ f \Pi_2 \circ f Π 2 ∘ f lo son.
Tarea:
a) Demostrarlo para Π 1 \Pi_1 Π 1 .
Π 1 \Pi_1 Π 1 continua: Sea ϵ > 0 \epsilon > 0 ϵ > 0 . Tomamos δ = ϵ \delta = \epsilon δ = ϵ .
Supongamos que d 2 ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) < δ d_2((x_1, y_1), (x_2, y_2)) < \delta d 2 (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) < δ .
d ( Π 1 ( x 1 , y 1 ) , Π 1 ( x 2 , y 2 ) ) < ϵ d(\Pi_1(x_1, y_1), \Pi_1(x_2, y_2)) < \epsilon d ( Π 1 ( x 1 , y 1 ) , Π 1 ( x 2 , y 2 )) < ϵ . (Es Lipschitz de 2 con d 1 d_1 d 1 ).
d ( x 1 , x 2 ) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 ) } d(x_1, x_2) = \max \{d(x_1, x_2), d'(y_1, y_2)\} d ( x 1 , x 2 ) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 )}
≤ d 2 ( ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) ) < δ \le d_2((x_1, y_1), (x_2, y_2)) < \delta ≤ d 2 (( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 )) < δ .
Así Π 1 \Pi_1 Π 1 es continua (y de hecho, es Lipschitz de 1).
Π 1 \Pi_1 Π 1 abierta: Sea U ⊆ X × Y U \subseteq X \times Y U ⊆ X × Y un conjunto abierto. Queremos probar que Π 1 ( U ) ⊆ X \Pi_1(U) \subseteq X Π 1 ( U ) ⊆ X es abierto.
Sea x 0 ∈ Π 1 ( U ) x_0 \in \Pi_1(U) x 0 ∈ Π 1 ( U ) . Entonces existe y 0 ∈ Y y_0 \in Y y 0 ∈ Y tal que ( x 0 , y 0 ) ∈ U (x_0, y_0) \in U ( x 0 , y 0 ) ∈ U .
Como ( x 0 , y 0 ) ∈ U (x_0, y_0) \in U ( x 0 , y 0 ) ∈ U y U U U es abierto, existe r > 0 r > 0 r > 0 tal que B d 2 ( ( x 0 , y 0 ) , r ) ⊆ U B_{d_2}((x_0, y_0), r) \subseteq U B d 2 (( x 0 , y 0 ) , r ) ⊆ U .
Veamos que B d ( x 0 , r ) ⊆ Π 1 ( U ) B_d(x_0, r) \subseteq \Pi_1(U) B d ( x 0 , r ) ⊆ Π 1 ( U ) .
Sea x ∈ B d ( x 0 , r ) x \in B_d(x_0, r) x ∈ B d ( x 0 , r ) . Queremos que x ∈ Π 1 ( U ) x \in \Pi_1(U) x ∈ Π 1 ( U ) .
Esto significa que existe algún y ∈ Y y \in Y y ∈ Y tal que ( x , y ) ∈ U (x, y) \in U ( x , y ) ∈ U .
Propongamos y = y 0 y = y_0 y = y 0 . Veamos que ( x , y 0 ) ∈ U (x, y_0) \in U ( x , y 0 ) ∈ U .
Para esto, es suficiente ver que ( x , y 0 ) ∈ B d 2 ( ( x 0 , y 0 ) , r ) (x, y_0) \in B_{d_2}((x_0, y_0), r) ( x , y 0 ) ∈ B d 2 (( x 0 , y 0 ) , r ) .
d 2 ( ( x , y 0 ) , ( x 0 , y 0 ) ) = max { d ( x , x 0 ) , d ′ ( y 0 , y 0 ) } = d ( x , x 0 ) < r d_2((x, y_0), (x_0, y_0)) = \max \{d(x, x_0), d'(y_0, y_0)\} = d(x, x_0) < r d 2 (( x , y 0 ) , ( x 0 , y 0 )) = max { d ( x , x 0 ) , d ′ ( y 0 , y 0 )} = d ( x , x 0 ) < r .
Luego B d ( x 0 , r ) ⊆ Π 1 ( U ) B_d(x_0, r) \subseteq \Pi_1(U) B d ( x 0 , r ) ⊆ Π 1 ( U ) y por lo tanto Π 1 ( U ) \Pi_1(U) Π 1 ( U ) es abierto.
Veamos que Π 1 \Pi_1 Π 1 puede no ser cerrada.
Consideremos ( X , d ) = ( R 2 , d 2 ) (X, d) = (\mathbb{R}^2, d_2) ( X , d ) = ( R 2 , d 2 ) y C = { ( x , y ) ∈ R 2 : x y = 1 } C = \{(x, y) \in \mathbb{R}^2: xy = 1\} C = {( x , y ) ∈ R 2 : x y = 1 } .
C C C es cerrado.
Π 1 ( C ) = R ∖ { 0 } \Pi_1(C) = \mathbb{R} \setminus \{0\} Π 1 ( C ) = R ∖ { 0 } , que no es cerrado.
b) Π 1 ∘ f \Pi_1 \circ f Π 1 ∘ f y Π 2 ∘ f \Pi_2 \circ f Π 2 ∘ f son continuas por ser composición de funciones continuas.
Sea ϵ > 0 \epsilon > 0 ϵ > 0 . Tomamos δ = min { δ 1 , δ 2 } \delta = \min \{\delta_1, \delta_2\} δ = min { δ 1 , δ 2 } .
Supongamos que d ′ ′ ( z 1 , z 2 ) < δ d''(z_1, z_2) < \delta d ′′ ( z 1 , z 2 ) < δ .
Queremos d ( f ( z 1 ) , f ( z 2 ) ) < ϵ d(f(z_1), f(z_2)) < \epsilon d ( f ( z 1 ) , f ( z 2 )) < ϵ .
d ( f ( z 1 ) , f ( z 2 ) ) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 ) } d(f(z_1), f(z_2)) = \max \{d(x_1, x_2), d'(y_1, y_2)\} d ( f ( z 1 ) , f ( z 2 )) = max { d ( x 1 , x 2 ) , d ′ ( y 1 , y 2 )} (si f ( z 1 ) = ( x 1 , y 1 ) f(z_1) = (x_1, y_1) f ( z 1 ) = ( x 1 , y 1 ) y f ( z 2 ) = ( x 2 , y 2 ) f(z_2) = (x_2, y_2) f ( z 2 ) = ( x 2 , y 2 ) ).
Como Π 1 ∘ f : Z → X \Pi_1 \circ f: Z \to X Π 1 ∘ f : Z → X es continua, existe δ 1 > 0 \delta_1 > 0 δ 1 > 0 tal que si d ′ ′ ( z 1 , z 2 ) < δ 1 ⟹ d ( Π 1 ( f ( z 1 ) ) , Π 1 ( f ( z 2 ) ) ) < ϵ d''(z_1, z_2) < \delta_1 \implies d(\Pi_1(f(z_1)), \Pi_1(f(z_2))) < \epsilon d ′′ ( z 1 , z 2 ) < δ 1 ⟹ d ( Π 1 ( f ( z 1 )) , Π 1 ( f ( z 2 ))) < ϵ .
Es decir d ( x 1 , x 2 ) < ϵ d(x_1, x_2) < \epsilon d ( x 1 , x 2 ) < ϵ .
Como Π 2 ∘ f : Z → Y \Pi_2 \circ f: Z \to Y Π 2 ∘ f : Z → Y es continua, existe δ 2 > 0 \delta_2 > 0 δ 2 > 0 tal que si d ′ ′ ( z 1 , z 2 ) < δ 2 ⟹ d ′ ( Π 2 ( f ( z 1 ) ) , Π 2 ( f ( z 2 ) ) ) < ϵ d''(z_1, z_2) < \delta_2 \implies d'(\Pi_2(f(z_1)), \Pi_2(f(z_2))) < \epsilon d ′′ ( z 1 , z 2 ) < δ 2 ⟹ d ′ ( Π 2 ( f ( z 1 )) , Π 2 ( f ( z 2 ))) < ϵ .
Es decir d ′ ( y 1 , y 2 ) < ϵ d'(y_1, y_2) < \epsilon d ′ ( y 1 , y 2 ) < ϵ .
Ejercicio 2
Sea φ : ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) → ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) \varphi: (C[0,1], d_\infty) \to (C[0,1], d_\infty) φ : ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) → ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) la función definida por
φ ( f ) = f 2 . \varphi(f) = f^2. φ ( f ) = f 2 .
Probar que φ \varphi φ es continua pero no uniformemente continua .
1. φ \varphi φ es continua
Sea ( f n ) n ∈ N ⊆ C [ 0 , 1 ] (f_n)_{n \in \mathbb{N}} \subseteq C[0,1] ( f n ) n ∈ N ⊆ C [ 0 , 1 ] tal que f n → f f_n \to f f n → f en ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) (C[0,1], d_\infty) ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) .
Queremos probar que φ ( f n ) → φ ( f ) \varphi(f_n) \to \varphi(f) φ ( f n ) → φ ( f ) , es decir,
d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( f ) ) → 0. d_\infty(\varphi(f_n), \varphi(f)) \to 0. d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( f )) → 0.
Por definición de φ \varphi φ ,
d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( f ) ) = d ∞ ( f n 2 , f 2 ) = max x ∈ [ 0 , 1 ] ∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣ . d_\infty(\varphi(f_n), \varphi(f)) = d_\infty(f_n^2, f^2) = \max_{x \in [0,1]} |f_n^2(x) - f^2(x)|. d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( f )) = d ∞ ( f n 2 , f 2 ) = x ∈ [ 0 , 1 ] max ∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣.
Observamos que
∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣ = ∣ f n ( x ) − f ( x ) ∣ ∣ f n ( x ) + f ( x ) ∣ . |f_n^2(x) - f^2(x)| = |f_n(x) - f(x)|\,|f_n(x) + f(x)|. ∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣ = ∣ f n ( x ) − f ( x ) ∣ ∣ f n ( x ) + f ( x ) ∣.
Como ( f n ) (f_n) ( f n ) converge uniformemente a f f f , es una familia acotada.
Existe M > 0 M > 0 M > 0 tal que ∣ f n ( x ) ∣ ≤ M |f_n(x)| \le M ∣ f n ( x ) ∣ ≤ M y ∣ f ( x ) ∣ ≤ M |f(x)| \le M ∣ f ( x ) ∣ ≤ M para todo n n n y todo x ∈ [ 0 , 1 ] x \in [0,1] x ∈ [ 0 , 1 ] .
Entonces,
∣ f n ( x ) + f ( x ) ∣ ≤ ∣ f n ( x ) ∣ + ∣ f ( x ) ∣ ≤ 2 M , |f_n(x) + f(x)| \le |f_n(x)| + |f(x)| \le 2M, ∣ f n ( x ) + f ( x ) ∣ ≤ ∣ f n ( x ) ∣ + ∣ f ( x ) ∣ ≤ 2 M ,
y por tanto
∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣ ≤ 2 M ∣ f n ( x ) − f ( x ) ∣ . |f_n^2(x) - f^2(x)| \le 2M\,|f_n(x) - f(x)|. ∣ f n 2 ( x ) − f 2 ( x ) ∣ ≤ 2 M ∣ f n ( x ) − f ( x ) ∣.
Tomando máximo en x x x obtenemos:
d ∞ ( f n 2 , f 2 ) ≤ 2 M d ∞ ( f n , f ) . d_\infty(f_n^2, f^2) \le 2M\, d_\infty(f_n, f). d ∞ ( f n 2 , f 2 ) ≤ 2 M d ∞ ( f n , f ) .
Como d ∞ ( f n , f ) → 0 d_\infty(f_n, f) \to 0 d ∞ ( f n , f ) → 0 , se sigue que d ∞ ( f n 2 , f 2 ) → 0 d_\infty(f_n^2, f^2) \to 0 d ∞ ( f n 2 , f 2 ) → 0 .
Por lo tanto, φ \varphi φ es continua .
Probaremos que no existe δ > 0 \delta > 0 δ > 0 que sirva uniformemente para todo par de funciones.
Sea ε = 1 \varepsilon = 1 ε = 1 . Consideremos las funciones constantes:
f n ( x ) = n , g n ( x ) = n + 1 n , ∀ x ∈ [ 0 , 1 ] . f_n(x) = n, \qquad g_n(x) = n + \frac{1}{n}, \quad \forall x \in [0,1]. f n ( x ) = n , g n ( x ) = n + n 1 , ∀ x ∈ [ 0 , 1 ] .
Ambas pertenecen a C [ 0 , 1 ] C[0,1] C [ 0 , 1 ] . Calculamos:
d ∞ ( f n , g n ) = max x ∈ [ 0 , 1 ] ∣ f n ( x ) − g n ( x ) ∣ = 1 n → n → ∞ 0. d_\infty(f_n, g_n) = \max_{x \in [0,1]} |f_n(x) - g_n(x)| = \frac{1}{n} \xrightarrow[n\to\infty]{} 0. d ∞ ( f n , g n ) = x ∈ [ 0 , 1 ] max ∣ f n ( x ) − g n ( x ) ∣ = n 1 n → ∞ 0.
Sin embargo,
d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( g n ) ) = max x ∈ [ 0 , 1 ] ∣ f n 2 ( x ) − g n 2 ( x ) ∣ = ∣ n 2 − ( n + 1 n ) 2 ∣ = ∣ n 2 − ( n 2 + 2 + 1 n 2 ) ∣ = 2 + 1 n 2 . d_\infty(\varphi(f_n), \varphi(g_n))
= \max_{x \in [0,1]} |f_n^2(x) - g_n^2(x)|
= |n^2 - (n + \tfrac{1}{n})^2|
= |n^2 - (n^2 + 2 + \tfrac{1}{n^2})|
= 2 + \tfrac{1}{n^2}. d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( g n )) = x ∈ [ 0 , 1 ] max ∣ f n 2 ( x ) − g n 2 ( x ) ∣ = ∣ n 2 − ( n + n 1 ) 2 ∣ = ∣ n 2 − ( n 2 + 2 + n 2 1 ) ∣ = 2 + n 2 1 .
Como 2 + 1 n 2 ≥ 2 2 + \tfrac{1}{n^2} \ge 2 2 + n 2 1 ≥ 2 para todo n n n , tenemos que
d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( g n ) ) ↛ 0. d_\infty(\varphi(f_n), \varphi(g_n)) \not\to 0. d ∞ ( φ ( f n ) , φ ( g n )) → 0.
Por lo tanto, φ \varphi φ no es uniformemente continua en ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) (C[0,1], d_\infty) ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) .
Conclusión:
La aplicación φ ( f ) = f 2 \varphi(f) = f^2 φ ( f ) = f 2 es continua en ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) (C[0,1], d_\infty) ( C [ 0 , 1 ] , d ∞ ) , pero no es uniformemente continua.
Ejercicio 3
Sea ( E , d ) (E, d) ( E , d ) un e.m. y A ⊆ E A\subseteq E A ⊆ E . Para z ∈ A c z \in A^{c} z ∈ A c definimos f z : A → R f_z: A \to \mathbb{R} f z : A → R como f z ( x ) = 1 d ( x , z ) f_z(x) = \frac{1}{d(x, z)} f z ( x ) = d ( x , z ) 1 .
Probar que A A A es cerrado ⟺ f z \iff f_{z} ⟺ f z es uniformemente continua ∀ z ∈ A c \forall z \in A^{c} ∀ z ∈ A c
D e m : Dem: D e m :
⟹ ) \implies) ⟹ )
Sea z ∈ A c z \in A^{c} z ∈ A c y sea E > 0 \mathcal{E}>0 E > 0 . Tomo δ = E ⋅ r 2 \delta=\mathcal{E}\cdot r^{2} δ = E ⋅ r 2 . Supongamos que d ( x , y ) < δ d(x,y)<\delta d ( x , y ) < δ . Quiero ver que ∣ f z ( x ) − f y ( z ) ∣ < E |f_{z}(x)-f_{y}(z)|<\mathcal{E} ∣ f z ( x ) − f y ( z ) ∣ < E
∣ f z ( x ) − f y ( z ) ∣ = ∣ 1 d ( x , z ) − 1 d ( y , z ) ∣ = ∣ d ( y , z ) − d ( x , z ) d ( x , z ) ⋅ d ( y , z ) ∣ ≤ |f_{z}(x)-f_{y}(z)|=\left| \frac{1}{d(x,z)}-\frac{1}{d(y,z)} \right| =\left| \frac{d(y,z)-d(x,z)}{d(x,z)\cdot d(y,z)} \right| \leq ∣ f z ( x ) − f y ( z ) ∣ = d ( x , z ) 1 − d ( y , z ) 1 = d ( x , z ) ⋅ d ( y , z ) d ( y , z ) − d ( x , z ) ≤
Por ej 10-a) práctica 3:
≤ d ( x , y ) d ( x , z ) ⋅ d ( y , z ) \leq \frac{d(x,y)}{d(x,z)\cdot d(y,z)} ≤ d ( x , z ) ⋅ d ( y , z ) d ( x , y )
Como A A A es cerrado ⟹ A c \implies A^{c} ⟹ A c es abierto.
Luego ∃ r > 0 ∣ B ( z , r ) ⊆ A c \:\exists\:r>0\bigm|B(z,r)\subseteq A^{c} ∃ r > 0 B ( z , r ) ⊆ A c
Como x , y ∈ A ⟹ d ( x , z ) ≥ r x,y \in A\implies d(x,z)\geq r x , y ∈ A ⟹ d ( x , z ) ≥ r y d ( y , z ) ≥ r d(y,z)\geq r d ( y , z ) ≥ r . (Pues si estuvieran en la bola, esta interseca con A A A )
≤ d ( x , y ) d ( x , z ) ⏟ ≥ r ⋅ d ( y , z ) ⏟ ≥ r ≤ d ( x , y ) r 2 < δ r 2 = E ⋅ r 2 r 2 = E \leq \frac{d(x,y)}{\underbrace{ d(x,z) }_{ \geq r }\cdot { \underbrace{ d(y,z) }_{ \geq r }} }\leq \frac{d(x,y)}{r^{2}}<\frac{\delta}{r^{2}}=\frac{\mathcal{E}\cdot r^{2}}{r^{2}}=\mathcal{E} ≤ ≥ r d ( x , z ) ⋅ ≥ r d ( y , z ) d ( x , y ) ≤ r 2 d ( x , y ) < r 2 δ = r 2 E ⋅ r 2 = E
r r r no depende de x , y x,y x , y . Solo de z z z .
⟹ f z es uniformemente continua \implies f_{z}\text{ es uniformemente continua} ⟹ f z es uniformemente continua
De hecho, es Lipschitz con constante 1 r 2 \frac{1}{r^{2}} r 2 1 .
⟸ ) \impliedby) ⟸ )
Alcanza con ver que A ‾ ⊆ A \overline{A} \subseteq A A ⊆ A .
Sea a ∈ A ‾ a \in \overline{A} a ∈ A . Entonces existe una sucesión ( a n ) ⊆ A (a_n) \subseteq A ( a n ) ⊆ A tal que a n → a a_n \to a a n → a .
Quiero ver que a ∈ A . a \in A. a ∈ A . Supongo que no, entonces a ∈ A c . a \in A^{c}. a ∈ A c .
Sé que f z f_{z} f z es uniformemente continua.
Como ( a n ) (a_n) ( a n ) converge, es de Cauchy.
Para todo δ ~ > 0 \tilde{\delta} > 0 δ ~ > 0 . Existe n 0 ∈ N n_{0} \in \mathbb{N} n 0 ∈ N tal que para m , n ≥ n 0 ⟹ d ( a n , a m ) < δ ~ m, n \ge n_{0} \implies d(a_n, a_m) < \tilde{\delta} m , n ≥ n 0 ⟹ d ( a n , a m ) < δ ~ .
Sea E > 0. \mathcal{E}>0. E > 0. Como f a f_{a} f a es uniformemente continua entonces
∃ δ > 0 ∣ d ( x , y ) < δ ⟹ ∣ f a ( x ) − f a ( y ) ∣ < E \:\exists\:\delta>0\bigm| d(x,y)<\delta\implies |f_{a}(x)-f_{a}(y)|<\mathcal{E} ∃ δ > 0 d ( x , y ) < δ ⟹ ∣ f a ( x ) − f a ( y ) ∣ < E
Tomo δ ~ = δ \tilde{\delta}=\delta δ ~ = δ . Luego, para cualquier n ≥ n 0 n\geq n_{0} n ≥ n 0 vale ∣ f a ( a n ) − f a ( a n 0 ) ∣ < E |f_{a}(a_{n})-f_{a}(a_{n_{0}})|<\mathcal{E} ∣ f a ( a n ) − f a ( a n 0 ) ∣ < E
Pero
E > ∣ f a ( a n ) − f a ( a n 0 ) ∣ = ∣ 1 d ( a n , a ) − 1 d ( a n 0 , a ) ∣ ≥ 1 d ( a n , a ) − 1 d ( a n 0 , a ) ⏟ c t e \mathcal{E}>|f_{a}(a_{n})-f_{a}(a_{n_{0}})|=\left| \frac{1}{d(a_{n},a)}-\frac{1}{d(a_{n_{0}},a)} \right| \geq \frac{1}{d(a_{n},a)}-\underbrace{ \frac{1}{d(a_{n_{0}},a)} }_{ cte } E > ∣ f a ( a n ) − f a ( a n 0 ) ∣ = d ( a n , a ) 1 − d ( a n 0 , a ) 1 ≥ d ( a n , a ) 1 − c t e d ( a n 0 , a ) 1
Como n ⟶ + ∞ n\longrightarrow+\infty n ⟶ + ∞ y
E ≥ lim n → ∞ 1 d ( a n , a ) ⏟ → 0 − 1 d ( a n 0 , a ⏟ = c t e ) ⏟ ⟶ + ∞ \mathcal{E}\geq \underset{ n\to \infty }{ \lim } \underbrace{ \underbrace{ \frac{1}{d(a_{n},a)} }_{ \to 0 }-\frac{1}{\underbrace{ d(a_{n_{0}},a }_{ = cte })} }_{ \longrightarrow +\infty } E ≥ n → ∞ lim ⟶ + ∞ → 0 d ( a n , a ) 1 − = c t e d ( a n 0 , a ) 1
Queda que E > + ∞ . \mathcal{E}>+\infty. E > + ∞. Absurdo. Entonces debe ser que a ∈ A a \in A a ∈ A
Por lo tanto A A A es cerrado.
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