Sea M un conjunto. Si d1 y d2 son dos meˊtricas sobre M,decimos que son equivalentes(definen la misma topologia)si ∀r>0,∃r1,r2>0:Bd1(x,r1)⊆Bd2(x,r)Bd2(x,r2)⊆Bd1(x,r)∀x
Prop. :
M,d1 y d2 meˊtricas. Si existen c1,c2>0:c1⋅d1(x,y)≤d2(x,y)≤c2⋅d1(x,y)∀x,y∈M
Entonces d1∼d2. Es decir, son equivalentes.
Nota: no vale la vuelta,
N,d1(n,m)=∣n−m∣,d2(n,m)=δ(n,m)d1∼d2 :Sea r>0
Por hipótesis existen constantes c1,c2>0 tales que
c1d1(x,y)≤d2(x,y)≤c2d1(x,y)∀x,y∈M.
De d1 a d2
Sea y∈Bd1(x,r), es decir, d1(x,y)<r. Entonces
d2(x,y)≤c2d1(x,y)<c2r⟹y∈Bd2(x,c2r).
Por tanto,
Bd1(x,r)⊆Bd2(x,c2r).
De d2 a d1
Sea y∈Bd2(x,r), es decir, d2(x,y)<r. Usando la desigualdad inversa,
d1(x,y)≤c11d2(x,y)<c1r⟹y∈Bd1(x,c1r).
Por tanto,
Bd2(x,r)⊆Bd1(x,c1r).
Con ambas inclusiones, concluimos que d1∼d2, pues generan la misma topología.
Q.E.D.□
Obs:Sea (d(xn,x))n∈N⊆R:xn→x⟺d(x,xn)→0
Prop. :
M,d1,d2 dos meˊtricas equivalentes. Entonces xn→x en (M,d1)⟺xn→x en (M,d2)
Dem:
Si xn→x en (M,d1) entonces:
∀ε>0∃n0xn∈Bd1(x,ε)∀n≥n0
Sea ε>0, quiero ver que:
∃n0xn∈Bd2(x,ε)∀n≥n0
Como d1∼d2⟹∃ε′>0
Bd1(x,ε′)⊆Bd2(x,ε)
xn→x en (M,d1)
⟹∃n0xn∈Bd1(x,ε′)∀n≥n0⟹xn∈Bd2(x,ε)∀n≥n0□
Nota: Este resultado me sirve también para demostrar que dos métricas no son equivalentes, si encuentro una sucesión que converge en una pero no en la otra.
Prop.:
Sea (M,d) un espacio meˊtrico, E⊆M y x∈M. Entonces:1.x∈E⟺∃(xn)⊆Exn→x.2.x∈E′⟺∃(xn)⊆E∖{x}xn→x.
Dem.:
1. Punto de adherencia y sucesión en E.
(⇒) Supongamos x∈E.
Entonces
∀r>0:B(x,r)∩E=∅.
Para cada n∈N, tome
xn∈B(x,n1)∩E.
Entonces (xn)⊆E y
d(xn,x)<n1⟶0,
por lo que xn→x.
(⇐) Sea (xn)⊆E con xn→x.
Dado r>0, existe N tal que
n≥N⟹d(xn,x)<r⟹xn∈B(x,r)∩E=∅.
Por definición, x∈E.
2. Punto de acumulación y sucesión distinta de x.
(⇒) Si x∈E′, entonces
∀r>0:(B(x,r)∖{x})∩E=∅.
Análogamente al caso anterior, para cada n elija
xn∈(B(x,n1)∖{x})∩E.
Por construcción xn=x, (xn)⊆E∖{x} y
d(xn,x)<n1⟶0,
es decir, xn→x.
(⇐) Sea (xn)⊆E∖{x} con xn→x.
Entonces para todo r>0 existe N tal que para n≥N,
d(xn,x)<r⟹xn∈B(x,r)∖{x},
y como xn∈E,
(B(x,r)∖{x})∩E=∅.
Por definición, x∈E′.
Q.E.D.□
Def. :
Sea (M,d) espacio meˊtrico, X⊆M. Se dice denso si X=M
Obs:∀x∈M∃(xn)n∈N⊆X tal que xn→x⟺X es denso.
Corolario :
E⊆M es cerrado si y solo si ∀(xn)⊆E con xn→x⟹x∈E
Ejemplos:
En (R,∣⋅∣), Q⊆R es denso. I=R∖Q⊆R es denso.
En Rn,Qn es denso con d1,d2 y d∞
Def. :
Una sucesioˊn (xn)n∈N⊆M se dice acotada si {xn:n∈N}⊆M es acotado.
Es decir, ∃x,rxn∈B(x,r)∀n∈N
Ejemplo:
Si (xn)n∈N⊆M es convergente entonces es acotada.