Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Макаров, В. Л. Математическая теория экономической динамики и равновесия

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
11.97 Mб
Скачать

60

Т О Ч Е Ч Н О - М Н О Ж Е С Т В Е Н Н Ы Е О Т О Б Р А Ж Е Н И Я

[ГЛ . I

П р и м е р . Пусть Й х = Q 2 = R\- Отображение а определено следующим образом: а (X) = [0, X] (X £Е R\)- Так как a (R\) = R\, то отображение аГ1 определено на всей неотрицательной полуоси. Для |х е R\

а'1 (и.) = {X | ji е [0, X]} = [ц, + со).

График Z отображения а изображен на рис. 10, график Z'1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. И.

 

 

отображения а - 1

на

рис. 11. Для

X £Е R\

имеем

 

 

 

 

 

а2

(X) =

а (а (X))

=

а ([0,

X])

=

а

(X),

 

 

 

т. е. а2

=

а. Для

всех

натуральных

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а1

=

а.

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем

теперь

( а - 1 ) ' .

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( а " 1 ) ' (X) =

( а ' ) " 1 (X) =

а-*

(А)

 

(X

е Д } ) ,

 

 

т. е. а - '

=

а - 1 (i =

2,

3,

. . .). Определим,

наконец,

а °

а - 1 .

Пусть

fx е R\-

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о а"1 ) (и.)

=

а (а" 1

(ц)) =

а Цц,

+

оо ))

=

(J

а (v)

=

R1..

Таким

 

образом,

отображение

а ° а -

1

сопоставляет

каждой

точке

X всю

полуось

R\.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Замкнутые отображения. Будем теперь считать, что Qx и Q 2 суть подмножества конечномерных векторных пространств Хг и Х2 соответственно, причем в простран­ ствах Xt (i — 1, 2) введены каким-то образом нормы.

Отображение а множества Qj в П (Q2 ) назовем зам­ кнутым (или полунепрерывным сверху), если график Z

этого отображения замкнут. В терминах последователь-

Э Л Е М Е Н Т Ы Т О П О Л О Г И Ч Е С К О Й Т Е О Р И И

61

ностей замкнутость отображения означает следующее:

если п) — последовательность

элементов

й 1 ?

хп -»- х,

гG5 а п),

уп^>~ у, то

х е

Я, у ЕЕ а (х).

Заметим,

что

из замкнутости отображения

а,

определенного

на

мно­

жестве Я х , вообще говоря, не следует

замкнутость Я х .

Приведем простой пример, подтверждающий это об­

стоятельство.

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е р

1. Пусть

X1 =

X2=R1,

fix

=

fi2 =

(0, +

оо),

Графиком отображения а является множество

Отображение а замкнуто, в то время как Q x не замкнуто.

Из формулы (3.1) немедленно следует, что замкнутость отображений а и а~л эквивалентна.

Введем теперь определение замыкания отображения. Если а — отображение множества Я х в П (Я 2 ), то замы­ канием этого отображения назовем отображение а, гра­ фик которого Z совпадает с замыканием графика Z ото­ бражения а. Заметим, что, замыкая некоторое отображе­ ние, мы можем, вообще говоря, расширить его область определения.

В дальнейшем будем считать, что множество Я х замк­

нуто. Отметим некоторые простые

свойства

замкнутых

отображений.

 

Пусть

а:

 

 

П р е д л о ж е н и е

3 . 1 .

й х

-»- П (Я2 ) —

замкнутое

отображение, \ — компактное

подмножество

Qx. Тогда

множество

а (£)

замкнуто.

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Пусть

уп ЕЕ а (£) (п = 1,

2, ...), уп -»-

у. Пусть, далее, хп

— произвольный элемент

множества а~г п)

(~| £. Не умаляя общности, можно счи­

тать,

что

последовательность

п)

сходится,

и

пусть

х =

l i m хп.

Из

определения

замкнутого

отображения

теперь следует, что

у ЕЕ

а (х)

и, стало

быть,

у ЕЕ

а (|).

Предложение

доказано.

 

 

 

 

 

 

С л е д с т в и е .

Если

а — замкнутое

отображение,

то для любого ж ЕЕ Я х множество

а (х)

замкнуто.

 

З а м е ч а н и е 1. Нетрудно проверить, что утверждение, обратное следствию, вообще говоря, неверно. Приведем соответст­ вующий пример.

62

Т О Ч Е Ч Н О - М Н О Ж Е С Т В Е Н Н Ы Е О Т О Б Р А Ж Е Н И Я

[ Г Л . I

 

П р и м е р 2. Пусть Хг = Х2

= Л 1 , Q1 = Q 2 =

R\,

 

[ 0 , 1 ] ,

s ^ O ,

 

 

e ( ' , a = I { < » .

, = o.

 

При любом а; множество а (г) замкнуто, но тем не менее отображение

а не замкнуто. Его

замыкание, отображение а,

как нетрудно про­

верить, имеет вид

 

 

 

а

(х) = [0, 1] для

всех х Е

R\.

З а м е ч а н и е

2. Если а

замкнутое отображение, то образ

замкнутого множества, вообще говоря, не обязан быть замкнутым, а образ компакта не обязан быть компактом (даже если множества

а (х) компактны

при всех

х).

Приведем

примеры.

П р и м е р

3. Пусть

Хх

= A'2 = R1,

Qx = [1, + со), й 2 =

= Л * , а (х) = - j - , l^j. Отображение о замкнуто; в то же время

образ a (Qj) замкнутого множества

Qx

не

замкнут.

П р и м е р 4. Пусть Хх = Х2

=

Л 1 ,

Й х = Q 2 = Л * ,

Отображение а замкнуто, но образ компакта [0,1] не компактен,

хотя прп

всех

1 £ Й ]

множества

а

(г)

компактны.

 

 

 

 

Отображение

а назовем ограниченным,

если

оно пере­

водит

ограниченные

множества

в ограниченные.

Имеет

место:

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

ах : Qx

 

 

 

и

 

П р е д л о ж е н и е

3.2.

 

П 2)

а2: £22

 

П (Q3)

— замкнутые

 

отображения

(здесь

Q 2

ZD

ZD £22); пусть,

далее, отображение ах

ограничено.

Тогда

отображение

а2 ° ах

замкнуто.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Рассмотрим

последователь­

ности

п) и

(zn),

где

i j G Q i ,

ж„ -> ж, z n

ЕЕ а2 ° % (жп ),

z n

—>- z.

Для

 

доказательства

 

предложения

надо

про­

верить,

что

z ЕЕ я2 0

% (ж).

 

Для

каждого

?г найдем

элемент

уп

множества

аг п)

 

такой, что

zn

ЕЕ а2 п ) -

Из

ограниченности

аг

следует,

что

последовательность

(Уп) ограничена, и потому, не умаляя общности, можно считать, что эта последовательность сходится, скажем, к элементу у. Из замкнутости отображений ах и а2 сле­

дует, что у ЕЕ ах (х) и z ЕЕ а2 (г/), т. е. z ЕЕ а2 ° % (*)• Предложение доказано.

Э Л Е М Е Н Т Ы Т О П О Л О Г И Ч Е С К О Й Т Е О Р И Й

63

З а м е ч а н и е . Следующий пример показывает,

что произ­

ведение двух замкнутых отображений, вообще говоря, не обязано

быть

замкнутым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е р

5. Пусть

XL

=

Х2 =

Х3

=

Л 1 ,

Ql

=

 

Q2

йз' =

=

fij

= R\,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а , и = ( Ш -

 

 

 

 

 

 

a

i

[

x

)

J

{ 4 - } .

 

 

(

{0},

«

=

0,

 

 

I

{!},

 

*

=

0.

 

 

Нетрудно проверить, что отображения ах и а2 замкнуты, однако

отображение а2

о ах :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aj о а\ (х) =Г^{*},

z= £ 0,

 

 

 

 

 

 

 

не

замкнуто.

 

 

V

I

{1},

*

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е 3.3. Пусть Q± — замкнутое под­ множество пространства Хг, Q2 — подмножество про­ странства Х 2 и a: Qx -*- П (Q2 ) — замкнутое ограничен­ ное отображение. Тогда если f — непрерывный на Q 2 функ­ ционал, то функционал и/

uf(x) =

max f(y)

( I E U J ,

полунепрерывен сверху

*).

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Покажем прежде всего, что

определение функционала « ; корректно (т. е. функционал / действительно достигает максимума на множестве а (х)). Для этого достаточно заметить, что, как вытекает из ус­ ловия предложения и следствия из предложения 3 . 1,

множество

а (х) компактно

при любом х

Е Е

fli-

Рассмотрим теперь последовательность

п)

элементов

множества

Q,

и пусть

хп—> х.

Выберем

элемент уп Е Е

Е Е а (хп)

так,

чтобы / п)

=

uj (хп).

По условию, мно­

жество

a [\Jxn)

ограничено,

и потому

из ПОСЛеДОВатеЛЬ-

пости п)

то

 

 

 

 

 

 

 

можно выбрать

сходящуюся

подпоследова­

тельность пк).

Пусть

у =

l i m ynj..

Из

замкнутости а

вытекает,

что

у Е Е а (х),

и

потому

 

 

 

 

 

 

A l / X

max /(z) =>/(ж).

 

 

*) Как отмечалось в начале этого пункта, замкнутые отобра­ жения называют также полунепрерывными сверху.

64

Т О Ч Е Ч Н О - М Н О Ж Е С Т В Е Н Н Ы Е

О Т О Б Р А Ж Е Н И Я

[ГЛ . I

Итак,

l i m uf

Пк)

= / (г/) ^

щ

(х).

Из

сказанного легко

следует, что

l i m «/ п) ^

и;

(х).

 

 

 

Предложение

доказано.

 

 

 

 

 

3. Теорема

Какутанп.

Замкнутые

точечно-множест­

венные отображения играют важную роль при исследо­ вании многих задач математической экономики и теории игр. Это объясняется, в частности, тем, что для указанных отображений справедлива теорема Какутани о неподвиж­ ной точке.

Пусть

Q — непустое

подмножество

конечномерного

пространства X

я а — отображение множества Q в П

(Q).

Точка

х0

ЕЕ £2 называется

неподвижной

точкой

отобра­

жения

а,

если

х0 ЕЕ

а (х0).

Имеет место

 

 

 

 

Т е о р е м а

3.1

(С. К а к у т а н и). Пусть

 

а —

замкнутое отображение выпуклого компакта Q

«

П (й),

причем для любого х ЕЕ К

множество а (х)

выпукло.

Тогда

отображение а имеет неподвижную точку.

 

 

 

Доказательство см. Какутани [1], Никайдо [2].

 

 

4. Полунепрерывные снизу и непрерывные

(по

Ка­

кутани) отображения. Наряду с полунепрерывными сверху (замкнутыми) отображениями, рассмотрим ото­

бражения,

полунепрерывные снизу.

 

 

Xt

 

 

Пусть

й х

и Q 2

— подмножества

пространств

и

Х2

соответственно.

Отображение

a:

Qa -»- П (Q2 )

назы­

вается

полунепрерывным

снизу,

если

для

любых

точек

х

ЕЕ

и у ЕЕ а (х)

и любой последовательности п)(хп

—>

-*~ х,

хп

ЕЕ

& i

(п

=

1, 2,

...))

найдется1

последователь­

ность п)

такая, что уп

ЕЕ

а (хп)

(п

='

1, 2,

и уп->-

у.

 

Следующий

пример

поможет

читателю

уяснить

раз­

ницу между полунепрерывными снизу и полунепрерыв­

ными

сверху

отображениями.

 

П р и м е р .

Пусть Х х = Хг = Л 1 , Qx

= й 2 = Л\. Отображе­

ние

ах :

хфО,

 

 

 

 

 

 

х =

0,

полунепрерывно снизу, но не полунепрерывно сверху. Отображе­ ние а2".

хфО, х = 0,

полунепрерывно сверху, но ие полунепрерывно снизу.

 

 

Э Л Е М Е Н Т Ы Т О П О Л О Г И Ч Е С К О Й Т Е О Р И И

 

 

65

 

Имеет

место

 

 

 

 

Если

каждое

из

отобра­

 

П р е д л о ж е н и е

 

3.4.

жений аг:

Q x >- П (Q2)

и

а2-

Й2

->• П (й 3 ) (здесь Q2

ZD ^2)

полунепрерывны

снизу,

то

и

отображение

а2

° ах тголг/-

непрерывно снизу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

Пусть

г G

а, = ад (я)

и

п)

— последовательность,

стремящаяся к х. Нам надо

указать

последовательность

(zn)

такую,

что

zn

-»- z

и

z„

ЕЕ а2

о аг (х)

(п = 1,

2,

...).

Так

как

z ЕЕ а2 х

(*)),

то найдется элемент г/, для которого выполняются соот­

ношения

z ЕЕ а2 (у),

у ЕЕ % (я).

Используя

полуне­

прерывность снизу отображения

найдем

последова­

тельность

({/„),

обладающую тем свойством,

что

уп -*-у

и уп ЕЕ % ( x j

(re =

1, 2, ...). Используя, далее,

полуне­

прерывность снизу отображения а2 , найдем последова­

тельность (zn ),

стремящуюся к z и такую, что z n

ЕЕ а2 (z/n).

Очевидно, что

(zn) — искомая

последовательность.

 

Предложение

доказано.

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е

3.5. Пусть

a: Qx ->- П (Й2 )

иолу-

непрерывное снизу

ограниченное

отображение.

Тогда

если

f — непрерывный

на Qx

функционал,

то и функционал

Uj\ х *- sup / (у)

полунепрерывен

снизу.

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Пусть

х ЕЕ й х

и

(ж„) —

последовательность точек из Qx , стремящаяся к х. Най­ дем точку у ЕЕ а (я), для которой выполняется неравенство

Uj

(х)

^ . f (у)

+

е,

где

е — произвольное положительное

число.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись

теперь

нолунепрерывностыо

снизу

отображения

а, найдем

последовательность

 

п)

такую,

что уп->у,

уп<=а

п).

Так

как щ (хп)

>

/ (уп),

 

то

 

 

ЦЩЦ/

 

>

Ит / п)

=

f(y)>

Щ (х)

е.

 

Ввиду произвольности

 

е

имеем

l i m uf

п)

>

^

(х), что

и

доказывает

предложение.

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть й х

— замкнутое

подмножество

пространства

Хг,

Q2 — подмножество

пространства

Х2.

Отображение

a: Q x -*- П (й2 ) назовем непрерывным по

Какутани,

если

оно

одновременно^ замкнуто

(полунепрерывно

сверху)

иполунепрерывно^снизу.

Из предложений 3.2 и 3.4 следует

3 В. Л . Макаров, A. M. Рубинов

66 Т О Ч Е Ч Н О - М Н О Ж Е С Т В Е Н Н Ы Е О Т О Б Р А Ж Е Н И Я [ГЛ . 1

 

П р е д л о ж е н и е

3.6.

Если

 

каждое из

отобра­

жений

ах:

й х

П (й2 ) "

ai'

 

&2 -»-П (й 3 ) {здесь й 2 3

 

й 2 )

непрерывны, причем

 

аг

ограничено,

то

и

отображение

а2

о ах

непрерывно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из предложений 3.3 и 3.5 вытекает

 

 

 

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е

3.7.

Пусть

a:

й х

 

 

 

П (й2 ) —

непрерывное ограниченное

отображение.

Тогда

 

если

 

} —

непрерывный на Йх функционал, то

функционал

uf.

 

х-*-

 

max / (у)

непрерывен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/еа(я)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Метрика Хаусдорфа.

Пусть

а — отображение

мно­

жества й х

в П (й 2 ), г Д е

^

i и

^2

замкнуты. Обозначим через

П (й) совокупность

всех

компактных

подмножеств

 

зам­

кнутого

множества

й

и предположим, что а (%) ЕЕ П (й2 )

для любого

| ЕЕ

П (их). В

этом

случае

можно

 

рассмат­

ривать а как (однозначный) оператор из П (йх )

в П (й2 ) и,

введя в множества П (йх ) и П (й2 ) топологию,

определить

 

 

 

 

 

 

 

непрерывность а обычным обра-

 

v

 

 

 

 

 

 

зом (как непрерывность

 

однозиач-

/

\

^

 

^ „

 

 

ной

функции).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

того

чтобы

реализовать

 

 

 

 

 

 

 

эту

программу,

нам

понадобится

 

 

 

 

 

 

 

ввести

топологию

в совокупность

 

 

 

 

 

 

 

компактов. Мы сделаем это с по­

 

 

 

 

 

 

 

мощью

так

называемой

 

метрики

 

 

 

 

 

 

 

Хаусдорфа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть X — конечномерное про-

 

 

Рис. 12.

 

 

странство, в

котором

введена

не­

 

 

 

 

 

 

 

которая норма,

S — единичный

шар пространства X,

 

т. е. S

=

ЕЕ

X

\\\ х || < : 1},

й —

замкнутое

 

множество

в

X.

Для

|, т) ЕЕ П (й)

 

положим

 

р (£,

тО = inf {t

>

0 \1 С

11 +

tS,

-п С £ +

 

 

 

(3.3)

Нетрудно

проверить,

что

число

р (|,

т])

удовлетворяет

следующему

соотношению

(рис. 12):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р (I,

г)) =

max (max р (£, у),

 

max р (ж, т))).

 

(3.4)

Проверим, что функция р, определенная на П (Й) X П (й) формулой (3.3), удовлетворяет аксиомам метрики:

§ 3]

 

 

Э Л Е М Е Н Т Ы Т О П О Л О Г И Ч Е С К О Й Т Е О Р И И

67

 

1)

Р (£,

л)

>

0; р (£,

л)

=

0

 

тогда

и

 

только тогда,

когда

£ =

г|. В

самом деле, если

£ =

г\,

то равенство

Р (£> л) =

0 очевидно. Если

же р (£,

т]) =

0, то,

исполь­

зуя (3.4),

получим,

что

£ =

г).

 

 

 

 

 

 

 

2)

Р (£,

и)

=

р (ц,

£).

Это

равенство

 

очевидно.

 

3)

Р ( i ,

D <

р (£,

л)

+

р (л.

О-

Действительно, по­

лагая

u =

р (£, т]) и г; =

р (г], £), получим из (3.3), ис­

пользуя компактность множеств

£,

т) и

£,

что

 

 

 

 

 

 

£ С

г) +

uS,

 

л

С

£ +

» 5 ,

 

 

 

 

 

Л С

£ +

uS,

 

£ CZ т) +

 

vS,

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E c £ + (u + » ) S ,

£ с £ + (и + ») 5.

Снова

привлекая

 

(3.3),

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р (£, £) <

"

+ v =

р (£,

л)

+ Р (л,

О,

 

что

и

требовалось

доказать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, функция р является метрикой. Обычно

ее

называют

метрикой

Хаусдорфа.

Свойства

метрики

Хаусдорфа описаны, например, в книге Хадвигера [1].

Мы отметим

(без

доказательства)

справедливость

следу­

ющей

замечательной

теоремы.

 

 

 

Если

 

множество

Т е о р е м а

3.2

 

(В. Б л я ш к е ) .

 

Q компактно, то пространство П (Q), снабженное метри­

кой Хаусдорфа,

 

также

компактно.

 

 

 

 

 

 

Приведем

также

следующее

 

 

 

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е

3.8.

Пусть

последовательность

компактов

п)

такова,

что

£ n + 1

CZ 1 п (п =

 

1> 2, ...).

Положим

£ =

П£п-

 

(Заметим,

что

 

£ =j= ф.)

Тогда

£п

стремится к

£ (по

метрике

Хаусдорфа).

 

 

 

 

Предположим теперь, что Q =

X,

и

рассмотрим

подпростран­

ство П с

метрического пространства П (X),

состоящее из всех выпук­

лых компактных подмножеств X. Согласно теореме 2.6 П с

как упо­

рядоченное

полулинейное

пространство

изоморфно

пространству

Р {X*)

всех

сублинейных функционалов,

определенных

на

X*.

Пусть

U, V

е

Пс . Положим

р (U,

V)

=

а.

Тогда, как

следует

из

(3.3),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

d

U

+

aS,

UCV+

 

 

aS,

 

 

 

 

и потому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ру

<

Ри

+

aPs>

Ри

<

Pv

+

*Ps.

 

 

 

С3'5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3*

68

Т О Ч Е Ч Н О - М Н О Ж Е С Т В Е Н Н Ы Е

О Т О Б Р А Ж Е Н И Я

[ Г Л . I

(Напомним, что если W е

П с ,

то

p w

 

функционал из

Р

(X*),

определенный формулой pw(f)

 

= max

f

(х).)

Из неравоисти

(3.5)

вытекает,

что для всех

/ (Е

X*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\Pu

(f)-Pv

 

 

U)\<«Psti)-

 

 

 

Заметим

теперь, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ps (/) =

* e s

/ И

=

|M|<i/ (

) =

II / II-

 

 

 

 

m a x

 

 

m a x

 

ж

 

 

 

 

Итак,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\prU)~Pv

(t)l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щ

 

< a

=

p(tf,

У)

(1ф0)

 

 

п потому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

\PvU)~Pv(f)\

 

 

<?(U,

V).

 

(6.\S)

 

:

jj-rjj

 

 

 

Покажем, что в формуле (3.6) иа самом деле реализуется равенство.

Действительно,

если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

\Pu(f)-Pv(f)\

 

= P < p ( f f ,

П

 

 

 

 

 

т

I I ' II

 

 

 

 

 

; е х * , 1¥>о

 

 

 

 

 

 

 

 

то, как

петрудио

проверить,

p v

< ра

+

p > s ,

р,,

< p v

+ p > S i

откуда

V

С U

4-

fiS,

U С

V

+

B.S'.

Из

определения

метрики

Хаусдорфа

теперь

следует,

 

что

р (U,

V)

<1 р,

что

невозможно.

Итак, в формуле (3.6)

реализуется равенство. Учитывая это обстоя­

тельство п используя положительную однородность

функционалов

рц и p v , получим

 

 

 

max.\(pu-Pv)(f)\=p{U,

F ) .

(3.7)

||/ll=i

 

 

 

Заметим теперь,

что, в силу

положительной

однородности,

сублинейный функционал р полностью определяется своими зна­

чениями

на

единичной сфере 2 * = {/ е X* \ || / || = 1} простран­

ства X*.

Условимся след этого функционала на единичную сферу

обозначать

той же буквой р, что и сам функционал; полулинейпое

упорядоченное пространство всех следов сублинейных функциона­

лов на Z*

обозначим том же символом Р

(X*),

что и пространство

самих функционалов. Приняв эти соглашения, отметим, что Р

(X*)

содержится в пространство

С {Z*)

всех

непрерывных

функции,

определенных на Z*; кроме того, формулу (3.7) можно теперь пере­

писать

так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WPU — PVWCW)

= Р

v ) -

 

 

 

Итак,

мы доказали следующее

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е

3.9. Отображение

cp: U —* рц

метриче­

ского

пространства

П с в

подмножество

Р

{X*)

пространства

С {?;*)

является

изометрией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э Л Е М Е Н Т Ы Т О П О Л О Г И Ч Е С К О Й Т Е О Р И И

 

 

69

 

Пусть

теперь

К

— выступающий,

воспроизводящий

конус

в

пространстве

X.

В

полулинейном

пространстве

ПРт

(К)

всех

нормальных

подмножеств

конуса

К

введем метрику

Хаусдорфа.

Монотонный сублинейный функционал р,

определенный иа

конусе

К*, отождествим с его следом иа пересечение SK»

конуса К*

и еди­

ничной сферы Z*

пространства

X*.

 

Полулинейное

упорядоченное

пространство всех следов на S K ,

монотонных сублинейных функци­

оналов

обозначим тем же

символом

Рт

{К*),

что и

пространство

самих функционалов. Из предложения 2.10 следует, что Рт

(К*)

содержится в пространстве С

 

 

всех непрерывных на S K ,

функ­

ций. Рассуждая так же, как и выше, нетрудно проверить, что спра­

ведливо

 

 

 

 

 

3.9'.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р е д л о ж е н и е

Если

норма

|] •

|| монотонна

(см

п.

12 § 2), то отображение

%'•U

—> Рц метрического

 

 

пространства

Y\pm (X*)

в подмножество

Рт

(К*)

пространства

С

(SKt)

является

изометрией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Непрерывность по

Хаусдорфу.

Пусть

й х

и

й 2

замкнутые

множества

и

а:

й г

—>• П (й 2 )

отображение,

переводящее каждый компакт в компакт. Будем гово­

рить, что отображение а непрерывно по Хаусдорфу,

если

из

соотношений

ЕЕ Щ й ^ ,

\п

->

£ (п — 1,

2,

...)

сле­

дует,

что

а &п)

->- а (I).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Покажем, что отображение а, непрерывное по Хаус­

дорфу, является

непрерывным и по Какутанн, т. е. явля­

ется полунепрерывным и сверху и снизу. Проверим сна­

чала полунепрерывность сверху. Пусть п)

— последо­

вательность точек из й х , хп

—>- х, уп ЕЕ а {хп),

 

уп-*-

у. Так

как а непрерывно по Хаусдорфу,

то a (a;n) -»- а (х),

откуда,

используя

формулу

(3.4),

получим

max

р (г/, а (х))—> 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J/ea(-vn )

 

 

 

 

 

 

Поскольку

уп

ЕЕ а (хп),

то и

р п,

а (х))

 

0.

 

 

 

 

Последнее

означает, что

l i m уп

=

у ЕЕ а (х).

Итак,

а

полунепрерывно сверху. Покажем, что это отображение

полунепрерывно

снизу. Пусть х ЕЕ й ь

у ЕЕ а (х),

хп

 

х

п

ЕЕ Й 1 ;

п =

1, 2,

...). Нам

надо

найти

последователь­

ность п)

такую, что упЕЕа

п)

(п

=

1, 2, ...)

и уп

 

у.

Так как а (хп)

-*-

а (х),

то р (г/, а (хп))

- v 0, откуда

следует,

что последовательность (г/„), где уп ЕЕ а (хп)

и|| у — уп \\ =

=

р (у,

а

п)),

 

является

требуемой.

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, из непрерывности по Хаусдорфу следует непрерывность по Какутаии. Оказывается, что для ограниченных отображений верно обратное утвер­ ждение.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ