Tue-24-09-2024 09:18
profe: Nicolás Sirolli
status:
tags: Espacios métricos Continuidad
Def. 1:
(an)⊆E es acotada si {an}⊆E es acotado.
Prop. 1:
Cauchy ⟹ acotada.
Dem:
∃n0d(an,am)<1∀n,m≥n0
Así, am∈B(an0,1)∀m≥n0
Así, si r>max{1,d(an,an0),…,d(an0−1,an0)}
Se tiene que an∈B(an0,r)∀n∈N
□
Prop. 2:
Sea (an)⊆E de Cauchy. Si (∃l)(∃(ank)) con ank→l entonces an→l
Dem:
Sea E>0
- Tengo n0∣d(an,am)<E/2∀n.m≥n0
- Tengo k0∣d(ak,l)<E/2∀k≥k0
Así, d(anml)<d(an,ank)+d(ank,l)<Esin≥n0
Eligiendo k∣
- nk≥n0
- k≥k0
□
Teorema :
E es completo si toda sucesioˊn de Cauchy en E converge.
(R,d2) es completo.
Dem:
Quiero ver que toda sucesion de Cauchy converge
Sea (an) sucesion de Cauchy. Vimos que es acotada.
Veremos que tiene una subsucesión que converge, y converge al mismo límite. Por propiedad.
□
Ejemplos:
Completos:
(R,d2)
(C([a,b]),d∞)
(E,δ)
No completos:
(Q,d2),(C([a,b]),d1)
Continuidad
(L.L,2.1,2.2,3.2)
Recordar:
f:R→R es continua en x0∈Rsi(∀E>0)(∃δ>0)∣x−x0∣<δ⟹∣f(x)−f(x0)∣<E
d(x,x0)<δ⟹d(f(x),f(x0))<E
Def. 2:
Sean (E,δ),(E′,δ′) espacios meˊtricos.Sea f:E→E′
- Dado x0∈E es continua en x0 si:
∀E>0(∃δ>0)∀x∈E:d(x,x0)<δ⟹d′(f(x),f(x0))<E
- f es continua si lo es en todo x0∈E
Ejemplos:
- f:R→R,f(x)=x2
Sea E>0
d(f(x),f(x0))=∣x2−x02∣=∣x−x0∣.∣x+x0∣
Acá si no especifico, significa que estoy en la métrica usual. Cuando hablo de continuidad hay que tener en cuenta también la métrica.
-->21.37
- Supongo ∣x−x0∣≤1
Así, ∣x+x0∣=∣(x−x0)+2x0∣≤∣x−x0∣+2∣x0∣≤1+2∣x0∣ (1)
Dado E>0, tomo δ=min{1+2∣x0∣E,1} sirve.
c
- Si ∣x−x0∣<δ:
Se cumple (1) y lo puedo usar.
Como ∣x−x0∣≤1:∣x+x0∣≤1+2∣x0∣
Así, ∣x2−x02∣=∣x−x0∣.∣x+x0∣<δ(1+2∣x0∣)≤E
□
f:C([0,1],d∞)→(R,d2)∣f(Φ)=Φ(21) es continua
--> 28.16
Sea Φ0∈E. Sea E>0
∣f(Φ)−f(Φ0)∣=Φ(21)−Φ0(21)≤max0≤x≤1∣Φ(x)−Φ0(x)∣=d∞(Φ,Φ0)
Tomo δ=E,
Si d∞(Φ,Φ0)<δ⟹d2(f(Φ),f(Φ0))<E
Es continua cambiando d∞ por d1?
- Supongo (E,d) es discreto.
Entonces toda f:(E,d)→(E′,d′) es continua. Pues:
(∀x0∈E)(∃δ>0)d(x,x0)<δ⟹x=x0
- (Pensar) Si (E′,d′) es discreto, ¿Cuáles son las f:(E,d)→(E′,d′) continuas?
Lo que sucede es que como el espacio de llegada es discreto va a implicar que los elementos van a ser iguales.
Definiciones con bolas abiertas
Prop. 3:
f:(E,d)→(E′,d′) es continua en x0⟺(∀E>0)(∃δ>0)∀x∈E x∈B(x0,δ)⟹f(x)∈B(f(x0),E)
Es decir, sii
f(B(x0,δ))⊆B(f(x0),E)
Es decir, sii (f(A)⊆B⟺A⊆f−1(B))
B(x0,δ)⊆f−1(B(f(x0),E))
La continuidad se puede caracterización en términos de bolas.
Notar que siempre x0∈f−1(B(f(x0),E)
Y que la preimagen de un abierto es un abierto.
Prop. 4:
Sea f:E→E′ son equivalentes:1. f continua.2. f−1(V)⊆E es abierto ∀V⊆E′, abierto.3. f−1(F)⊆E s cerrado ∀F⊆E′ , cerrado.
Dem:
ii→i)
Sea E>0. Tomo
V=B(f(x0),E)
Como f−1(V) es abierto y x0∈f−1(V)
(∃δ>0)B(x0,δ)⊆f−1(V)
i→ii)
--> 19.27
Sea V⊆E′ abierto.
Tomo x0∈f−1(V)
Como f(x0)∈V, y V abierto. Entonces:
(∃E>0)B(f(x0),E)⊆V
Como f es continua en x0
(∃δ>0)B(x0,δ)⊆f−1(B(f(x0),E))⊆f−1(V)
2⟺3
Sale con
--> 13.57 parte 4
Corolario 1:
La continuidad de f no se altera cambiando d o d′ por meˊtricas (fuertemente) equivalentes.
Ejemplos:
- U={(x,y,z)∈R3:0<x.sen(x2+1y−z)<1} es abierto.
Es difícil conseguir un δ adecuado. Mejor usamos la proposición.
U=f−1((0,1)) con f:R3→R3∣f(x,y,z)=x.sen(x2+1yz)
(0,1) es abierto. Es normal usar abiertos para demostrar continuidad en puntos que están contenidos en esos abiertos.
Prop. 5:
f es continua en x0⟺∀(xn⊆E) con xn→x0, se tiene f(xn)→f(x0)
Dem:
⇒)
Sea (xn)⊆E con xn→x0. Sea E>0
Tengo δ>0 con
f(B(x0,δ))⊆B(f(x0),E)
Como xn→x0, (∃n0)xn∈B(x0,δ)∀n≥n0
Así, f(xn)∈B(f(x0),E)∀n≥n0
⇐)
Por contrarrecíproco
Supongo que f no es continua en x0
(∃E>0)(∀δ>0)∃x∈B(x0,δ)∖f−1(B(f(x0),E))
Si x∈f−1(B(f(x0),E))⟹d(f(x),f(x0))≥E
--> 42.00
Tomo, para n∈N,δn=n1
xn∈B(x0,n1) como arriba
Cada δn me da un xn
Así, xn→x0(d(xn,x0)<n1)
Pero f(xn)→f(x0):d(f(xn),f(x0))≥E∀n
Absurdo pues me contruí ... --> 46.10
□
Prop. 6:
f:E→E′,f es continua ⟺(∀A⊆E)f(A)⊆f(A)
Dem:
⇒)
Sea y0∈f(A),y0=f(x0),x0∈A.
Tengo (xn⊆A con xn→x0. Como f es continua.
f(xn)→f(x0).Asif(x0)∈f(A)
Usamos que f(xn)∈f(A)
□
⇐)
La demo es oscura, según el profe
Hay una demo completa en video de Continuidad I - Pandemia: La vuelta no convence.
Citas y Comentarios
Prox. L-L. Capitulo 6.