- •1. Метричні простори та приклади
- •2. Відкриті та замкнені множини
- •7.Поповнення метричного простору
- •3. Збіжність у метричних просторах
- •6.Неперервні відображення метричних просторів
- •4.Щільність множин
- •5.Повні метричні простори
- •8.Принцип стискаючих відображень
- •9.Відносна компактність.
- •10.Компактні множини в метричних просторах
- •11.Критерій компактності
- •12.Критерій відносної компактності в пр-рі
10.Компактні множини в метричних просторах
Нехай Х
–м.п., К – мн-на
Х
Озн. Мн-на К називається компактною, якщо з будь-якої її послідовності можна вилучити підпослідовність збіжну в К.
![]()
Якщо мн. К – компактна, то вона і відносно компактна. Якщо мн. К відносно компактна, то це не означаю, що вона компактна.
Приклади
1.X=R, K = N – не відносно компактна =>не компактна
2.X = C[0,1], K = B[0,1] - не відносно компактна =>не компактна
3
.X
= R,
K=(a,
b)
- відносно
компактна,
не компактна
4.X=Q, K=(p, q) - відносно компактна, не компактна
5.X = R, K=[a, b] - відносно компактна, компактна
6.X=Q, K=[p, q] - відносно компактна, не компактна
Тв1 Компактна множина замкнена.
Дов: К – компактна, х0 – гранична точка К =>
![]()
Тв2. Замкнена підмножина компактної множини компактна
Дов:

Візьмемо
дов.
.
К –компа=>
але
мн D
– замкнена, тому x0
є
D.
II
Теорема
Хаусдорфа.
Для того, щоб замкнена мн-на К була
компактно,
необхідно, а у випалку, коли метричний
простір Х – повний, то і достатньо, щоб
для
К існувала скінчена ε-сітка.
Дов.
Необхідність.
Нехай мн-на К – компактна. Тоді ця мн-на
відносно компактна. Тода за I
теоремою Хаусдорфа
для К існує скінчена ε-сітка.
Достатність:
К –замкнена, м.п. Х – повний.
для К існує скінчена ε-сітка, тоді за
першою теоремою К – відносно комплексна.
![]()


К – Компактна
Озн. Метричний простір Х називається компактом, якщо з будь-якої послідовності {xn} цього простору можна вилучити збіжну підпослідовність.
Приклад. X=[a, b], ρ(x, y) = |x - y| (x, ρ) – компактна.
Тв3. Нехай Х – комп. f:X->R непер. Тоді:
1.f
–
обмежена
![]()
2.![]()
3.f - рівномірна неперервна на Х, тобто:
![]()
![]()
Ці твердження є узагальненнями відомих фактів з курсу мат. Аналізу.
Компакт – це повний метричний простір.
Дов.
{X
– компакт.
}=>![]()
ρ(xn,x0) ≤ ρ(xn,xnk)=0, k->∞ + ρ(xnk, x0)=0, k->∞,{xn} – фунд=> xn ->x0. X – повний метричний простір.
Тв5. Компакт – це сепарабельний метричний простір.
Дов.
X
– комп.,

для Х існує скінчена εk –сітка Mk
![]()
1)D –зчислена
![]()
х
ε![]()
yєD
εдов
=> x
є
x
дов, Х=>
![]()
=X
2)
=X
1),2) =>сепарабельний м.п.
Якщо метричний простір є повний та сепарабельний, це не означає, що він ком пакт. Так, наприклад, простір X=R, R- повний, але цей простір не є ком пактом, том зо множина R не є обмежена.
11.Критерій компактності
Теорема. Мн-на K метр.простору X – компактна коли із будь-якого покриття цієї множини відкритими множинами можна вилучити скінченне покриття.
Дов.
Необхідність. Нехай мн. K
компактна.
Проводимо доведення від супротивного:
-відкриті
множини:
система
така, що з неї неможливо вилучити скінчене
покритя.
![]()
Візьмемо
,K-компактна
=> для K
існує скінч.
-сітка:
=>
![]()
![]()
Серед
усіх перерізів існує такий, для якого
неможливо з системи множин
вилучити
скінченне покриття. Нехай це буде переріз
![]()

![]()
Візьмемо
,K1-компактна
=> для K1
існує скінч.
-сітка:
=>
![]()
Серед
перерізів куль з мн-ою K1
існує переріз, для якого системи мн-н
неможливо вилучити скінченне покриття.
Позначимо цей переріз![]()
K2
– копм.
і т.д.
Побудували
послідовність компактних вкладених
множин.
![]()
![]()
=>
=>![]()
=>![]()
З іншого
боку
=>
=>![]()
Покажемо,
що
![]()
=>
=>
=>![]()
Показали,
що Km
міститься
в кулі
.![]()
Отримали
суперечність.
Достатність.
Нехай мн-на K
така,
що з будь якого відкритого покриття
цієї мн-ни можна вилучити скінченне
покриття. Покажемо що множина K
компактна.
![]()
![]()
Якщо
мн-на Т скінченна, то з
можна
вилучити стаціонарну підпослідовність.
Така послідовність збіжна в мн-ні К.
Розглянемо
випадок: Т-нескінченна. Припустимо що
у мн-ні Т немає граничних точок. Візьмемо
.
За припущенням х-не гранична т. для Т
=>
ø
-
відкрити мн-ни К. З цього відкритого
покриття можна вилучити скінченне
,
Множина Т-нескінченна, а
може бути лише одна точка множини Т.
Отримали суперечність.
Таким
чином, у множині Т існує гранична точка
.
А якщо так, то з
можна вилучити підпослідовність
.
Залишається довести, що
.
Від супротивного.
Припустимо
.
Візьмемо
=>
ø
-
відкрите
покриття мн-ни К. З цього відкритого
покр. можна вилучити скінченне покриття.
.![]()
-це
відкрита множина. В цій множині немає
точок множини К. Це окіл точки х0
. Отримали суперечність з тим, що х0
– гранична точка мн-ни Т.
K
– компактна.
