Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 29. 03. 2012 20:20

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Metrický prostor

Zdravím, potřebuji poradit s příkladem v metrickém prostoru (na semináři jsme m.p. prolétli jen letmo...).

Nechť $A = (0, 1) \cap \mathbb I$, kde $\mathbb I$ je množina všech iracionálních čísel. Určete $A^o$, $A'$, $A^{-}$, $h(A)$. Je množina $A$ otevřená, respektive uzavřená? Je množina $A$ hustá v metrickém prostoru $([0, 1], |\cdot|)$?

Vím, že:
- $A^o$ je vnitřek množiny A = množina všech vnitřních bodů množiny A
- $A'$ je derivace množiny A = množina všech hromadných bodů množiny A
- $A^{-}$ je uzávěr množiny A = $\{x \in P: \rho(x, A) = 0\} = inf  \{\rho(x,y), y \in A\}$
- $h(A)$ je hranice A = množina všech hraničních bodů množiny A
- množina A je uzavřená, pokud platí: $h(A) \subseteq A$
- množina A je otevřená, pokud: $h(A) \cap A = \o$ nebo $A = A^o$
- množina A je hustá v P, pokud: $A^-$ nebo $\forall x \in P: \rho(x,A) = 0$ nebo $\forall x \in P, \forall \varepsilon >0, \exists y \in A: \rho(x,y) < \varepsilon$

Bohužel nevím, jak to konkrétně aplikovat na příklad.
Předem děkuji za každou radou!


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

  • (téma jako vyřešené označil(a) Aquabellla)

#2 29. 03. 2012 21:07

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Ahoj, tak můžeme jít kousek po kousku, třeba nejdříve zjistit, zda je A otevřená ve zmíněném metrickém prostoru.
To je tehdy, pokud je každý její bod vnitřní. Zvolme tedy $a \in A$. Máme najít nějaké $\varepsilon>0$ tak, aby $U_{\varepsilon}(x) \subset A$. Je to srozumitelné?
Existuje takové epsilon? Pokud ano, proč. Pokud ne, proč?


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#3 29. 03. 2012 21:26

Rumburak
Místo: Praha
Příspěvky: 8691
Reputace:   502 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Ahoj, nechci kolegyni Andrejce3 fušovat do případu, jen se pro svoji potřebu optám: symbol $([0, 1], |\cdot|)$ znamená metrický prostor
s metrikou $\rho(x,y) := |x - y|$  ?  Já bych napsal (když už)  $([0, 1], |\cdot - \cdot|)$.

Offline

 

#4 29. 03. 2012 21:27

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Rumburak:
Jistě, dobrá poznámka. Automaticky jsem to brala jako metriku indukovanou normou.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#5 29. 03. 2012 21:44

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Podle mě je množina otevřená, protože všechny body jsou vnitřní (interval je otevřený - není hranice A).

↑ Rumburak:

Popravdě nevím, setkala jsem se s tím ve sbírce prvně.


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#6 29. 03. 2012 21:49

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Tak to nelze počítat...
Potřebovala bych vědět, čemu rozumíš, abych věděla s čím začít.
Víš, co je metrika? Jaké má vlastnosti?


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#7 29. 03. 2012 22:04

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Ten základ jsem celkem pochopila. Metrika $\rho$ je zobrazení PxP --> R+, kde P je nějaká množina (neprázdná). To číslo $\rho(x,y)$ nazýváme vzdáleností bodů x, y v metrickém prostoru $(P, \rho)$. Metrický prostor musí splňovat tři axiomy:
1) $\rho(x,y) \ge 0$, nule se rovná právě tehdy, když x = y.
2) $\rho(x,y) = \rho(y,x)$ - symetrie
3) $\rho(x,y) \le \rho(x,z) + \rho(z,y)$ - trojúhelníková nerovnost

Známe 5 základních metrik: $\rho_1(x,y)$ součtová metrika, $\rho_2(x,y)$ eukleidovská metrika (do teď jsme se pohybovali pouze v této metrice), $\rho_{\infty}(x,y)$ maximální metrika, $\rho_c(x,y)$ metrika stejnoměrné konvergence, $\rho_I(x,y)$ integrální metrika. Počítat vzdálenosti dvou bodů v jednotlivých metrikách mi problém nedělá.


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#8 29. 03. 2012 22:14

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

Skvělé.
Další zásadní pojem je okolí bodu, s tím budeme dost pracovat.
Ještě předtím je užitečné si uvědomit následující:
Je-li $(P,\varrho)$ metrický prostor, pak pro každou vlastní podmnožinu P, řekněme $Q$ je $(Q,\sigma)$ opět metrický prostor, kde $\sigma$ je zúžení $\varrho$ na $Q \times Q$.
Toto okamžitě můžeme využít:

Metrika v příkladu, jak psal kolega Rumburak má následující předpis:
$\varrho (x,y)=|x-y|$.
Takovou metriku jistě znáš - běžně se s ní definují metrické pojmy jako konvergence apod v reálné analýze fcí jedné reálné proměnné. $(\mathbb{R}, |\cdot - \cdot|)$ víme, že je metrický prostor, tak i $([0,1],|\cdot - \cdot |)$ je též metrický prostor.

Jedním ze zásadních pojmů je okolí bodu, které je definované následovně.
Buď $(P,\varrho)$ metrický prostor, $x \in P,\; \varepsilon >0$.
Epsilon okolí bodu $x$ (v prostoru P) je množina $U_{\varepsilon}(x)=\{p \in P;\; \varrho(p,x)< \varepsilon\}$.
Lze si to představit jako kouli kolem bodu x o poloměru epsilon.

Jak bys tedy napsala dejme tomu $U_{2}(\pi/4)$ v našem příkladu?


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#9 29. 03. 2012 22:51

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Dobře, zúžení, metriku od Rumburaka i okolí bodu chápu
.
$U_{\varepsilon}(x)=\{p \in P;\; \varrho(p,x)< \varepsilon\}$
$U_{2}(\frac{\pi}{4})=\{p \in P;\; \varrho(p, \frac{\pi}{4})< 2\}$
$\varrho(p,\frac{\pi}{4})< 2$
$|p - \frac{\pi}{4}| < 2$
Napsala jsem to správně?


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#10 29. 03. 2012 23:07 — Editoval Andrejka3 (29. 03. 2012 23:09)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
ano, ale
$|p - \frac{\pi}{4}| < 2$ je na první pohled nejasné. Spíš nesprávné, řekla bych:
můžeš si ověřit, že třeba $p=-\frac{1}{2}$ splňuje tuto podmínku. Problém je, že to není prvek našeho metrického prostoru : $-\frac{1}{2} \notin [0,1]$.
Takže $U_{2}(\frac{\pi}{4})=\{p \in P;\; \varrho(p, \frac{\pi}{4})< 2\}$ je v našem případě:



Poznámka: (triviální) Každé okolí bodu je neprázdná množina - patří do ni totiž ten bod samotný, jehož okolí uvažujeme. Někdy se počítá ale s metrickými prostory "plnými děr" jako $(\mathbb{N}, |\cdot\; - \; \cdot|)$. V takovém m.p. je pak jednotkové okolí každého bodu jednoprvkové.

Je několik možností zavedení otevřené množiny. Zde je jedna hezká definice:
Ať je $(P, \varrho)$ m.p. a $G \subset P$.
Řekneme, že $G$ je otevřená (vzhledem k m.p. P), právě když $\forall g \in G \;\exists \varepsilon > 0 : \; U_{\varepsilon}(g) \subset G$.
Takže každý bod otevřené množiny můžeme obalit okolíčkem, tak, že celé to okolíčko patří do té množiny.
Okamžitě máme $P, \emptyset$ jsou otevřené množiny (chceme-li počítat i s prázdnými množinami), každé okolí nějakého bodu je (díky troj. nerovnosti) otevřená množina.

Viz náš příklad. Chceme-li dokázat, že $A$ je otevřená (v $[0,1], |\cdot - \cdot|)$, musíme pro každý bod množiny $A$ najít, okolí, které se celé vejde do $A$. Lze to udělat?
Volíme nějaké iracionální číslo mezi nulou a jedničkou.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#11 29. 03. 2012 23:21

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Dobře, takže množinou P je průnik řešení nerovnice a našeho intervalu? Jelikož náš interval je podmnožinou řešení nerovnice, tak je to jasné.

Jj, tomu rozumím, i když samotnou by mě to do teď nenapadlo nad tím tahle uvažovat.
Může se stát, že nějaká množina není ani otevřená ani uzavřená?


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#12 29. 03. 2012 23:36 — Editoval Andrejka3 (30. 03. 2012 11:33)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:

Dobře, takže množinou P je průnik řešení nerovnice a našeho intervalu? Jelikož náš interval je podmnožinou řešení nerovnice, tak je to jasné.

Tak jest.
Otevřené a uzavřené množiny jsou hezké. Taky mívají m.p. množiny, které jsou ošklivé, a nejsou ani jedno, například v $(\mathbb{R},|\cdot-\cdot|)$ není $[0,1)$ ani otevřená, ani uzavřená. Myslím, že v našem příkladu  $A$ taky není ani uzavřená.
Množinám, které jsou uzavřené i otevřené zároveň se někdy říká obojetné. Tak například každá podmnožina v metrickém prostoru $\mathbb{N},|\cdot-\cdot|$ je obojetná.
V každém metrickém prostoru $(P,\varrho)$ jsou $P,\; \emptyset$ obojetné.

Platí následující tvrzení:
Sjednocení libovolného systému otevřených množin je otevřená množina.
Průnik konečného systému otevřených množin je otevřená množina.
Obojí lze snadno dokázat z uvedené definice.

Co je to vnitřek?
Jedna z možných definic:
Ať je $(P,\varrho)$ m.p., $M \subset P$
Vnitřek množiny $M$ (v m.p. P) definujeme jako $M^o= \bigcup_{\substack{G \text{ ot.}\\G \subset M}}G$.
Je to tedy sjednocení všech otevřených podmnožin, které jsou částí $M$. Dle předchozích tvrzení je vnitřek otevřená množina. Okamžitě máme: Vnitřek množiny je největší otevřená množina, kterou $M$ obsahuje.
Vnitřní body $M$ můžeme definovat jako prvky vnitřku M (existuje nějaké jejich okolí, které je celé částí M).
Pozn.: Z definice $M^o \subset M$.
Tvrzení (jednoduché): $M^o =\{m \in M; \exists \varepsilon >0:\; U_{\varepsilon}(m) \subset M\}$.
Tvrzení: $M$ je otevřená $\iff \; M^o=M$.
$(M^o)^o=M^o$

Jaký je vnitřek množiny $A$?
edit: doplneni


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#13 30. 03. 2012 09:18 — Editoval Rumburak (30. 03. 2012 11:32)

Rumburak
Místo: Praha
Příspěvky: 8691
Reputace:   502 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Andrejka3 napsal(a):

↑ Aquabellla:
Okamžitě máme: Vnitřek množiny je nejmenší otevřená množina, kterou $M$ obsahuje.

Ahoj, určitě jsi chtěla napsat

                    Vnitřek množiny $M$ je NEJVĚTŠÍ otevřená množina, kterou $M$ obsahuje.

Po tak náročném výkladu těsně před půlnocí není divu ... :-)

↑ Aquabellla: Dík za odpověď.

Offline

 

#14 30. 03. 2012 11:33

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Rumburak:
Díky, hned to opravím.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#15 30. 03. 2012 19:29

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Vnitřek množiny je tedy sjednocení všech otevřených podmnožin, které jsou částí $M$.
Vnitřní body $M$ můžeme definovat jako prvky vnitřku M (existuje nějaké jejich okolí, které je celé částí M).

Zvolím si libovolný prvek množiny A, například $\frac{\sqrt2}{2}$. Když vezmu libovolně malé epsilonové okolí tohoto bodu, vždy v tomto okolí dokážu najít nějaké reálné číslo, takže okolí není celé v M. Takto to platí pro všechny body množiny A. V množině A není žádná otevřená podmnožina, takže vnitřkem množiny je prázdná množina?


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#16 30. 03. 2012 19:45 — Editoval Andrejka3 (30. 03. 2012 20:51)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Ano, chtěla jsi napsat

... vždy v tomto okolí dokážu najít nějaké racionální číslo, ...

Napíšu něco o uzavřených množinách.

Můžeme je definovat takhle:
Ať je $(P,\varrho)$ m.p. a $F \subset P$ nějaká množina.
Řekneme, že $F$ je uzavřená, právě když $P \setminus F$ je otevřená.



Taková definice je příjemná v důkazech, ale nedá se z ní hned udělat nějakou představu o uz. množinách. Důsledkem je to, že vlastně máme bijekci mezi systémem všech otevřených množin metrického prostoru a systémem všech jeho uzavřených množin. Tuto myšlenku + de Morgan vzorce lze použít pro důkaz tvrzeních, které jsou analogické těm, co platí pro otevřené mn.:

Průnik libovolného systému uzavřených množin je uzavřená množina.
Sjednocení konečného systému uzavřených množin je uzavřená množina.

Prázdná množina a metrický prostor celý jsou uzavřené množiny.
Buď $G$ otevřená a $F$ uzavřená. Co můžeme říct o následujících množinách:
$F \setminus G ,\;G \setminus F$ ?

Uzávěr: Ať $M \subset P$ množina
$\overline{M}= \bigcap_{\substack{F \text{ uzavřená}\\ F \supset M}}F$ , je to tedy nejmenší uzavřená nadmnožina množiny $M$.
$\overline{M} \supset M$
M je uzavřená, právě když $M = \overline{M}$
Uzávěr uzávěru M je totéž, co uzávěr M.
Otázka: Můžeme okamžitě říci, co je $\overline{U_{\varepsilon}(x)}$ ?

Abychom dostali ekvivalentní charakteristiku uzavřených množin, je třeba definovat konvergentní posloupnosti.
Určitě znáš prstencové okolí bodu, (nevíš, jak se píšou psací písmena v texu?) $(prst)_{\varepsilon}(x)=U_{\varepsilon}(x)\setminus \{x\}$.

Buď $\{x_n\}_{n=1}^{\infty} \subset P$ posloupnost a $x \in X$.
Řekneme, že posloupnost $x_n$ konverguje k $x$ (značíme $x_n \to x$), právě když $\lim_{n \to \infty} \varrho(x,x_n)=0$, tj.
$\varrho(x,x_n) \to 0$.
(Posloupnost nazveme konvergentní, právě když existuje nějaký bod metrického prostoru, k němuž posl. konverguje.)
Definovali jsme to pomocí konvergence posloupnosti v $\mathbb{R}$.

Spěji k ekvivalentní charakterizaci uzavřených množin, jen ještě chci napsat:
Je z našeho příkladu $A$ uzavřená? Můžeme použít nějak úspěšně použít naši definici?
edit: doplneno, oprava
Edit: Myslím, že už žádné další sáhodlouhé texty nehrozí. Pak už to jde rychle.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#17 30. 03. 2012 20:48

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:
Řekneme, že  je uzavřená, právě když $\exists G \in P : G \text{ je otevřená a } F=P \setminus G$
se dá říct jednodušeji,
Řekneme, že $F$ je uzavřená, právě když $P \setminus F$ je otevřená.
Nahradím to v textu a to původní skryju.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#18 30. 03. 2012 21:02 — Editoval Aquabellla (30. 03. 2012 21:03)

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Ano, děkuji, myslela jsem racionální číslo.

$F \setminus G$ je uzavřená
$G \setminus F$ je je otevřená

$\overline{U_{\varepsilon}(x)}$ - těžko říct, ať přemýšlím, jak přemýšlím, nevím jak tuto množinu uchopit, abych dokázala říct, zda je uzavřená nebo otevřená.

Prstencové okolí znám, bohužel na psací písmena jsem nepřišla (ani google nepomohl).

Podle mě množina A není uzavřená. Nedokážu najít uzávěr množiny (nejmenší uzavřenou nadmnožinu), protože komplement té nadmnožiny by musel být otevřený, což v našem prostoru iracionálních čísel nelze.

PS: Děkuji za doplnění :-)


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#19 30. 03. 2012 21:19 — Editoval Andrejka3 (30. 03. 2012 21:20)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Obě odpovědi jsou správně,
$F \setminus G = F \cap (P \setminus G)$, což je průnik dvou uzavřených množin, proto je výsledkem uzavřená množina.
Analogicky odůvodnění toho druhého.
$\overline{U_{\varepsilon}(x)}$ Uzávěr je vždy uzavřená množina, stejně jako je vnitřek otevřená množina :)
Já jen myslela, že by Tě mohlo svést napsat, že $\overline{U_{\varepsilon}(x)}=\{p \in P; \; \varrho(x,p) \leq \varepsilon\}$, což například není pravda v tomto případě: $\overline{U_1(2)}$ v prostoru $(\mathbb{N}, \varrho_1)$, ale je pravda pro stejně zapsané okolí v prostoru $(\mathbb{R}, \varrho_1)$, kde značím $\varrho_1$ metriku $|\cdot -\cdot|$ (abych se s tím pořád neopisovala).

Kdyby $A$ byla uzavřená, pak podle definice, musí být $P \setminus A$ otevřená. Stačí si vyjádřit, co je $P \setminus A$ a otevřenost už vyšetřit umíme. Vlastně, když to čtu podruhé, tak vidím, že něco v tom smyslu říkáš

Nerozumím ale druhé půlce tvého odůvodnění: což v našem prostoru iracionálních čísel nelze. (což neznamená, že to není dobře)
Každopádně bychom mohli dopočítat i uzávěr $A$, i z těch definic, co jsem psala, ale teď napíšu zbytek věcí.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#20 30. 03. 2012 21:32 — Editoval Andrejka3 (30. 03. 2012 21:43)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

Když víme, co je vnitřek a uzávěr, můžeme definovat hranici:
Ať je$(P,\varrho)$ m.p. a $M \subset P$ nějaká množina.
Hranicí množiny M nazveme množinu $\partial M =\overline{M} \setminus M^o$.
Je zřejmě tedy $\partial M \subset \overline{M}$.

Charakterizace uzávěru
$x \in \overline{M} \; \iff \; \forall \varepsilon > 0 \: : U_{\epsilon}(x) \cap M \neq \emptyset$ ,
což znamená, že v každém okolí bodu uzávěru M je nějaký bod množiny M, tedy ekvivalentně
$\iff \exists \{x_n\}_{n=1}^{\infty} \subset M \: : \; x_n \to x$. Lze tedy též říci, že uzávěr množiny je množina všech limit všech konvergentních posloupností z $M$ (ty limity už v M být nemusí). Tato charakterizace bývá dobře použitelná v příkladech.
Můžeš ji zkusit aplikovat a spočítat $\overline{A}$.
Z tohoto okamžitě získáme i hranici.

Pár dalších tvrzení:
$\partial M = \overline{M} \cap \overline{P \setminus M}$ , tedy
$x \in \partial M \; \iff \; \forall \varepsilon>0:\; U_{\varepsilon}(x) \cap M \neq \emptyset \;\wedge \; U_{\varepsilon}(x) \cap (P \setminus M) \neq \emptyset$ , což odpovídá intuici, že bod hranice má libovolně blízko jak body množiny, tak body, které do ní nepatří, takze jako důsledek:
existují posloupnosti v M resp. v jejím doplňku, které obě konvergují k onomu bodu x hranice M.
Příklad: Jak vypadá hranice $[0,1)$ v prostoru $(\mathbb{R},\varrho_1)$ ?

Závěrem shrnutí:
$M \text{ uzavřená } \iff M=\overline{M} \iff \partial M \subset M \iff (x_n \to x \; \wedge \; \{x_n\} \subset M \Rightarrow x \in M)$.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#21 31. 03. 2012 12:46

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Super, díky, teď už se v těch definicích vyznám.

Když spočítáme uzávěr, tak určit hranici už je lehké. Jen nevím, jak prakticky aplikovat definice uzávěru na příklad.


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#22 31. 03. 2012 15:12 — Editoval Andrejka3 (31. 03. 2012 15:20)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

$A = (0, 1) \cap \mathbb I$
Naše metrika je stejná, na jakou jsme zvyklí z vyšetřování konvergence reálných posloupností (obvykle analýza v prvním ročníku). Jen jsme na menší množině, $P=[0,1]$.
Spočítejme $\overline{A}$ pomocí

Lze tedy též říci, že uzávěr množiny $A$ je množina všech limit všech konvergentních posloupností z $A$

Takže vyberme si libovolný bod našeho metrického prostoru, $x \in [0,1]$.
Je-li $x \in A$, pak triviálně posloupnost $x_n=x$ konverguje k $x$ a zároveň $\{x_n\}=\{x\} \subset A$. Ještě jednodušeji, víme z definice: $A \subset \overline{A}$, takže tento případ jsme nemuseli ani řešit.
Je-li naopak $x \in P \setminus A$, pak je to nějaké racionální číslo z intervalu $[0,1]$. Ale v každém okolí tohoto čísla se nachází nějaké iracionální číslo z intervalu $(0,1)$, tedy z $A$. Mohu tedy zkonstruovat posloupnost $x_n \to x$, takovou, že $\{x_n\} \subset A$. Musí tedy být $x \in \overline{A}$.
Je proto $\overline{A}=P$ .

nebo pomocí

$x \in \overline{M} \; \iff \; \forall \varepsilon > 0 \: : U_{\epsilon}(x) \cap M \neq \emptyset$

Takže vyberme si libovolný bod našeho metrického prostoru, $x \in [0,1]$.
Je-li $x \in A$, pak $\forall \varepsilon>0:\; x \in U_{\varepsilon}(x) \cap A$, tedy je neprázdná a je tedy $x \in \overline{A}$. Ještě jednodušeji, víme z definice: $A \subset \overline{A}$, takže tento případ jsme nemuseli ani řešit.
Je-li naopak $x \in P \setminus A$, pak je to nějaké racionální číslo z intervalu $[0,1]$. Ale v každém okolí tohoto čísla se nachází nějaké iracionální číslo z intervalu $(0,1)$, tedy z $A$. Musí tedy být $x \in \overline{A}$.

proto $\overline{A}=P$ .

Nebo pomocí definice:

$\overline{A}= \bigcap_{\substack{F \text{ uzavřená}\\ F \supset A}}F$

Je -li $F \supset A$ a je uzavřená, pak $G=P \setminus F$ je otevřená a $G \subset P \setminus A$. Odkud
$\bigcap_{\substack{F \text{ uzavřená}\\ F \supset A}}F =\bigcap_{\substack{G \text{ otevřená}\\ G \subset P \setminus A}}(P \setminus G)$ ale
$P \setminus A =[0,1] \cap \mathbb{Q}$, tedy jediná její otevřená podmnožina je $\emptyset$. Proto
$\bigcap_{\substack{G \text{ otevřená}\\ G \subset P \setminus A}}(P \setminus G)=P \setminus \emptyset = P$ .
edit: jeste jeden vypocet.


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#23 31. 03. 2012 15:40 — Editoval Aquabellla (31. 03. 2012 15:46)

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Týjo, moc díky. Asi jsem v tom hledala nějaké složitosti. Teď už si budu vědět rady při aplikaci i u jiných příkladů :-)

Takže když vyšlo $\overline{A}=P$, znamená to, že množina je hustá v našem metrickém prostoru.

Ještě jednou moc díky, jsi skvělá!

edit: Hranice množiny A: $\partial A =\overline{A} \setminus A^o = P \setminus \emptyset$


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

#24 31. 03. 2012 15:46 — Editoval Andrejka3 (31. 03. 2012 15:48)

Andrejka3
Moderátor
Příspěvky: 1994
Škola: PŘF UP Olomouc (2015)
Reputace:   119 
 

Re: Metrický prostor

↑ Aquabellla:
Rádo se stalo.
Ano, znamená to, že je $A$ hustá v $P$.
A derivace množiny $A$? $A'$ ?
To je množina všech bodů metrického prostoru takových, že v každém jejich prstencovém okolí existuje bod množiny $A$.
edit: jojo, $\partial A = P$ .


What does a drowning number theorist say?
'log log log log ...'

Offline

 

#25 31. 03. 2012 15:51

Aquabellla
Moderátorka Bellla
Místo: Brno
Příspěvky: 1473
Škola: Ma-Ek PřF MUNI (11-14, Bc.), (14-16, Mgr.)
Pozice: Absolventka Bc., studentka NMgr.
Reputace:   98 
 

Re: Metrický prostor

↑ Andrejka3:

Vezmu libovolně malé prstencové okolí nějakého bodu z množiny A. Vždy v něm dokážu najít nějaké iracionální číslo. Takže $A' = A$?


Nejkratší matematický vtip: „Nechť epsilon je záporné…“
Zákon pro pedagogy: Nikdo vás neposlouchá, dokud se nespletete.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson