距離空間のあいだの写像の極限の定義:トピック一覧  

  ・定義:距離空間のあいだの写像の収束・極限値/ノルム空間のあいだの写像の収束・極限値 
  
・定理: 写像の収束と点列数列の収束の関連 

 ※距離空間の間の写像の諸概念:写像の定義/連続性の定義/
 ※
写像の極限の具体例:1変数関数の収束・極限値/2変数関数の収束・極限値/ n変数関数の収束・極限値/
             実数値関数の収束・極限値/ベクトル値関数の収束・極限値  
 
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定義:距離空間から距離空間への写像の収束convergence・極限値limit 

→具体例:1変数関数の収束・極限値/ 2変数関数の収束・極限値/ n変数関数の収束・極限値/
     実数値関数の収束・極限値/ベクトル値関数の収束・極限値 
→活用例:
連続性の定義

舞台設定

「距離空間から距離空間への写像の収束・極限値」の定義は、
 以下の手順で設定された舞台の上でなされる。
Step1:2つの集合を用意する(集合ならなんでもよい)。
      ・
集合X
      ・集合Y
Step
2:集合Xの部分集合のひとつ(Xの部分集合ならなんでもよい)を、選んで、
      
集合E 
    と名づける。 
    つまり、「
E⊂X」  
Step3:「集合Xの部分集合E」から「集合Y」への写像 f を用意。
    つまり、「
f:E→Y 」 
Step4:集合Xに距離dX を定めて、集合X上に、距離空間( X , dX )を設定。
Step5:集合Yに距離dY を定めて、集合Y上に、距離空間( Y , dY )を設定。
Step6:「集合Xの部分集合E」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
Xの部分集合E」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈E⊂X」  

厳密な定義:
ε
-δ論法

「距離空間( X , dX )の点集合E上で点Pを点Aに近づけたとき、
           
f (P) が、距離空間( Y , dY )上の点Bに収束する」
「距離空間( X , dX )の点集合E上で点Pを点Aに近づけたときのf (P) の極限は
                 
距離空間( Y , dY )上の点Bである」
    f ( P )→B ( P → A ) 
             
とは、
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
  0<
dX( P, A )<δ ⇒ dY ( f (P), B )<ε   
が成り立つ
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈E)(0<dX(P, A)<δ ⇒ dY ( f (P), B )<ε)
となる。

[文献]
ルディン
『
現代解析学』4.1(p.81)。

近傍を
用いた
定義

「距離空間( X , dX )の点集合E上で点Pを点Aに近づけたとき、
         
f (P) が、距離空間( Y , dY )上の点Bに収束する」
「距離空間( X , dX )の点集合E上で点Pを点Aに近づけたときの f (P) の極限は
               
距離空間( Y , dY )上の点Bである」
    f ( P )→c ( P → A )   
           
とは、
 
距離空間( Y , dY )上の点Bの任意の「ε近傍 Uε(B)」に対して(でも)、
 ある「
Xにおける点Aの除外δ近傍U*δ(A)」が存在して、
     
f ( U*δ(A) ) ⊂ Uε(B) 
 を満たす
ということ。
この定義を別の表現でいうと、
 
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δが存在して、
        「 
f ( U*δ(A) ) ⊂ Uε(B)  」
    すなわち「 
P∈U*δ(A) ならば、f (P) ∈Uε(B)」
 を成り立たせる、
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀Uε(B))(∃U*δ(A))( f ( U*δ(A) ) ⊂ Uε(B) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)( f ( U*δ(A) ) ⊂ Uε(B) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈E)( P∈U*δ(A) ⇒ f (P) ∈Uε(B)) 
となる。

→[トピック一覧:距離空間のあいだの写像の極限]
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定義:ノルム空間からノルム空間への写像の収束convergence・極限値limit 

→具体例:1変数関数の収束・極限値/ 2変数関数の収束・極限値/ n変数関数の収束・極限値/
     実数値関数の収束・極限値/ベクトル値関数の収束・極限値 
→活用例:
連続性の定義

舞台設定

[文献]
ラング
『
現代微積分学』7章§1(p.147)。
Serge Lang Undergraduate Analysis, Part Two Chapter7§1(p.133)

厳密な定義:
ε
-δ論法

 

 

定理:距離空間から距離空間への写像の収束の、点列の収束への言い換え 

要旨

距離空間から距離空間への写像の収束は、収束点列の像の点列の収束に、言いかえられる。 

舞台設定

この定理は、以下の手順で設定された舞台の上で成り立つ。
Step1:2つの集合を用意する(集合ならなんでもよい)。
      ・
集合X
      ・集合Y
Step
2:集合Xの部分集合のひとつ(Xの部分集合ならなんでもよい)を選んで、
      
集合E 
    と名づける。 
    つまり、「
E⊂X」  
Step3:「集合Xの部分集合E」から「集合Y」への写像 f を用意。
    つまり、「
f:E→Y 」 
Step4:集合Xに距離dX を定めて、集合X上に、距離空間( X , dX )を設定。
Step5:集合Yに距離dY を定めて、集合Y上に、距離空間( Y , dY )を設定。
Step6:「集合Xの部分集合E」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
Xの部分集合E」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈E⊂X」  

[具体例]
→1変数関数の収束の、数列の収束への言い換え
→
2変数関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え
→
n変数関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え
→
実数値関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え
→
ベクトル値関数の収束の、点列の収束への言い換え

[文献]
ルディン『
現代解析学』4.2(p.82)証明付。

定理1

次の命題P,Qは互いに言い換え可能である。
つまり、命題
P⇔命題Q。
命題P:
「距離空間( X , dX )の点集合E上で点Pを点Aに近づけたとき、
    
f (P) が、距離空間( Y , dY )上の点Bに収束する」
 これを、記号であらわせば、
    f (P)→B ( P→A ) 
    
     

命題Q:
距離空間( X , dX )の点集合E上のどんな点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}についてであれ、
 
1. その点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}が点Aに収束し、
 
かつ  
 
2. その点列の各項 P1 , P2 , P3,…がどれも点Aと一致しない 
 
限り、 
 その
点列の各項 P1 , P2 , P3,…を写像fによりY上に写した像の点列 
    {
f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }
 は点B∈Yに収束する。
 つまり、
  
距離空間( X , dX )の点集合E上の任意の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}について、
   
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f ( Pi)→B (i→∞)  
 
論理記号で表すと、
   
(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f ( Pi)→B (i→∞) )

活用例

→[トピック一覧:距離空間のあいだの写像の極限]
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(reference)

ルディン『現代解析学』共立出版、1971年、4.1-4.2(pp.81-2)。