Тема к зачёту
.doc
(X,Y)
(X’,Y’)
X
X’,
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
f
(X,Y)
f
(X,Y).
Функция
f
(X,Y)
= X
Y
монотонна.
Функция f (X,Y) = X \ Y не монотонна.
-
Пусть А – произвольное ч.у.м. Следующие функции моно-
тонны:
• f
(x)
= x,
f
: A
A
(тождественная функция);
• f
(x1,x2,…,xn)
= a
,
f
:
An
A
(постоянная
функция);
• f
(x1,x2,…,xn)
= xi
,
f
:
An
A
(проекция);
• f
(x,y)
= sup{x,y},
f
:
A2
A
;
• f
(x,y)
= inf{x,y},
f
:
A2
A.
Утверждение 5. Суперпозиция монотонных функций есть монотонная функция.
Доказательство. Пусть, например, и A, B и C - какие-либо ч.у.м. и
имеем
монотонные функции f
: A2
B
A,
g
:
A
B
A
h
:
B
B.
Тогда
функция s(x,y)
= f(x,g(x,y),h(y))
также монотонна:
(x,y)
(x’,y’)
x
x’,
y
y’
h(y)
h(y’),
g(x,y)
g(x’,y’)
f
(x,
g(x,y),
h(y))
f
(x’,
g(x’,y’),
h(y’)),
т.е.
s(x,y)
s(x’,y’).
Ч.т.д.
Определение.
Пусть f
: A
A
–
отображение множества А
в
себя. Элемент а
А
называется
неподвижной
точкой отображения
f
,
если f
(a)
= a
.
Теорема Тарского. Всякое монотонное отображение решетки в себя имеют наименьшую и наибольшую неподвижные точки.
Доказательство.
Пусть f
:
A
A
монотонное
отображения. Положим
В
= {x
A
| f
(x)
x}.
Благодаря тому, что А – полная решетка, это множество имеет инфимум c = inf B. Имеем:
с
= inf
B
(
х
B)
c
x
(монотонность
f
)
(
х
B)
f
(c)
f
(x)
(
х
B)
f
(c)
f
(x)
x
(
х
B)
f
(с)
x
f
(с)
– нижняя грань для B
f(c)
inf
B,
т.е.
f
(с)
с
(1)
(монотонность
f
)
f
(f
(с))
f
(с)
f
(c)
B
inf
B
f
(c),
т.е.
c
f
(c)
.
(2)
Из (1) и (2) получаем, что c = inf B – неподвижная точка отображения f : f (c) = c. Покажем, что с – наименьшая неподвижная точка:
x
–
неподвижная точка
f
(x)
= x
x
B
inf
B
x
c
x.
Двойственным
образом, взяв В’
= {x
A
| f
(x)
x},
получим, что супремум d
= sup
B’
является
наибольшей неподвижной точкой отображения
f.
Ч.т.д.
Определения.
Пусть
А
и В
– произвольные
полные верхние (нижние) полурешетки.
Отображение и f
:
A
B
называется непрерывным
сверху (снизу)
,
если для любого множества Х
А
верно, что
f
(sup
X)
= sup
f
(X)
(соответственно,
f
(inf
X)
= inf
f
(X)).
Пусть
А
и В
– произвольные
решетки. Отображение и f
:
A
B
называется непрерывным,
если для любого множества Х
А
верно, что
f
(sup
X)
= sup
f
(X)
и
f
(inf
X)
= inf
f
(X).
Примеры.
Пусть
А
= {x
R
| 0
x
1}
– отрезок вещественной прямой с концами
0 и 1. Пусть в А
задано
обычное отношение порядка «
»,
означающее «меньше или равно». Ясно,
что А
является полной решеткой. Тогда:
(1) всякое непрерывное отображение (в обычном смысле, принятом в математическом анализе) является непрерывным в полной решетке А ;
(2)
функция
f
(x)
= 0, если 0
х
<1,
и f
(1)
= 1 является монотонной, но не является
непрерывной. В самом деле, возьмем,
например, множество X
= {1–1/n
|
n
= 1,2,…}.
Тогда имеем sup
X
=1,
f
(sup
X)
= 1, sup
f
(X)
= 0 и поэтому f
(sup
X)
sup
f
(X).
Утверждение 6. Пусть А и В – полные решетки. Тогда любое непрерывное отображение А в В монотонно.
Доказательство. Имеем для непрерывного отображения f :
x
y
sup{x,y}
= y
f
(sup{x,y})
= f
(y)
sup{f
(x),
f
(y)}
= f
(y)
f
(x)
f
(y).
Таким образом, функция f монотонна. Ч.т.д.
Утверждение
7. Пусть
А
и В
– полные
решетки и f
:
A
A
– непрерывное
отображение. Тогда наименьшей и наибольшей
неподвижными точками для
f
являются:
c = sup{f n(┴) | n = 0,1,2,…} и d = inf{f n(┴) | n = 0,1,2,…}.
Доказательство. Имеем:
c
= sup{f
n(┴)
| n
=
0,1,2,…} =
sup{{f
0(┴)}
{f
n(┴)
| n
= 1,2,…}}
=
sup{{┴}
{f
n(┴)
| n
=1,2,…}
= sup{f
n(┴)
| n
=
1,2,…};
f (c) = f (sup{f n(┴) | n = 0,1,2,…})
= (благодаря непрерывности f) sup f ({f n(┴) | n = 0,1,2,…})
= sup{f n+1(┴) | n = 0,1,2,…} = sup{f n(┴) | n = 1,2,…} = c.
Следовательно, f (c) = c, т.е. с – неподвижная точка отображения f.
Если х – какая-либо неподвижная точка, то благодаря монотонности f имеем:
┴
х
f
(┴)
f
(x)
=
x
f
(┴)
x
f
(f
(┴))
= f
2(┴)
f
(x)
= x
f
2(┴)
x
f 3(┴)
x
…
Отсюда
c
= sup{f
n(┴)
| n
= 0,1,2,…}
x.
Следовательно,
с
-
наименьшая неподвижная точка.
Двойственным образом доказывается, что d – наибольшая неподвижная точка. Ч.т.д.
Рассматривая еще раз доказательство утверждения 11, можно заметить, что фактически здесь операция супремума применялась к частному виду множеств, а именно, к так называемым цепям.
Цепью в ч.у.м. А называется представленное последовательностью множество Х = {xn | n = 0,1,2,…} такое, что либо
x0
х1
х2
…
хn
–1
хn
…
,
либо
x0
х1
х2
…
хn
–1
хn
…
.
В первом случае говорят, что цепь является неубывающей, во втором случае – невозрастающей.
Ясно,
что множество {f
n(┴)
| n
= 0,1,2,…}
является неубывающей цепью, так как по
монотонности f
из
┴
f(┴)
получаем
f
(┴)
f
2(┴)
и, значит, имеем ┴
f(┴)
f
2(┴)
f
3(┴)
…
f
n-1(┴)
f
n(┴)
…
. Двойственным образом, множество {f
n(T)
| n
= 0,1,2,…}
является невозрастающей цепью.
Определение.
Ч.у.м.
называется полным
по неубывающим (по
невозрастающим)
цепям,
если в нем всякая неубывающая
(соответственно, невозрастающая) цепь
имеет супремум (соответственно, инфимум).
Коротко такие ч.у.м. будем называть
-полными
(соответственно,
-полными).
Определение.
Пусть
А
–
-полное
(
-полное)
ч.у.м. Отображение
f
:
A
A
называется непрерывным
снизу (соответственно,
сверху),
если для любой невозрастающей
(соответственно,
неубывающей)
цепи Х
А
имеет
место соотношение f
(sup
X)
= sup
f
(X)
(соответственно,
соотношение
f
(inf
X)
= inf
f
(X)
).
Свойство
ч.у.м быть
-полным
или
-полным
сохраняется при декартовых произведениях
и при образовании множеств функций.
Утверждение
8. Если
А
и
В –
-полные
(
-полные)
ч.у.м. Тогда декартово произведение
А
В
является
-полным
(соответственно,
-полным).
Доказательство.
Пусть X
– неубывающая
цепь в А
В.
Очевидно,
что проекции
X1
= {x
A
|
(
y)
(x,y)
X}
и
X2
= {у
A
|
(
х)
(x,y)
X}
являются неубывающими цепями и, значит,
имеют супремумы a
=sup
X1
и
b
=sup
X2
. Тогда
ясно, что sup
X
= (a,b).
Ч.т.д.
Теорема
Клини. Пусть
А
–
-полное
(
-полное)
ч.у.м., содержащее наименьший элемент
┴
(соответственно, наибольший элемент
T)
и f
:
A
A
– непрерывное
снизу (соответственно, сверху) отображение.
Тогда отображение f
имеет
наименьшую неподвижную точку c
= sup{f
n(┴)
| n
= 0,1,2,…}
и наибольшую неподвижную точку d
= inf{f
n(T)
| n
= 0,1,2,…}.
Доказательство. Множество {f n(┴) | n = 0,1,2,…}, как мы видели, является неубывающей цепью. Двойственным образом, множество {f n(T) | n = 0,1,2,…}, Поэтому доказательство утверждения 13 устанавливает справедливость теоремы Клини. Ч.т.д.
3. МНОЖЕСТВА ФУНКЦИЙ
3.1. Функции со значениями в ч.у.м.
Для произвольных множеств А и В обозначим через Fun(A,B) множество всех функций, заданных на А и принимающих значения в В. Если В – ч.у.м., то порядок в В следующим образом индуцирует порядок в Fun(A,B):
f
g
df
(
x
A)
f
(x)
g(x).
Легко
видеть, что Fun(A,B)
будет решеткой, если В
– решетка.
Операции
и
в Fun(A,B)
определяются так :
(f
g)(x)
= f(x)
g(x)
и (f
g)(x)
= f(x)
g(x)
для всех х
А.
В
том случае, когда оба А
и
В –
ч.у.м., мы можем рассматривать монотонные
функции. Через Fun*(A,B)
обозначим множество всех монотонных
функций из А
в
В.
Так
как Fun*(A,B)
Fun(A,B),
то в множестве всех монотонных функций
определено отношение порядка. Таким
образом, множество Fun*(A,B)
является ч.у.м.
Ясно,
если f
и
g
– монотонные
функции, то монотонными также будут и
функции
f
g
и
f
g:
х
у
f(x)
f(у),
g(x)
g(у)
f(x)
g(x)
f(у)
g(у),
f(x)
g(x)
f(у)
g(у)
(f
g)(x)
(f
g)(x),
(f
g)(x)
(f
g)(x).
Следовательно, если В – решетка и А – ч.у.м., то Fun*(A,B) также решетка .
Утверждение 9. Если А – произвольное множество, а В является полной решеткой, то Fun(A,B) также является полной решеткой.
Доказательство.
Пусть Х
– произвольное
множество функций, Х
Fun(A,B).
Покажем, что
Х
имеет супремум. Для каждого х
А
рассмотрим
множество {f(х)
| f
X}.
Это множество, как подмножество полной
решетки В
имеет супремум sup{f(х)
| f
X}.
Положим g(x)
= sup{f(х)
| f
X}.
Докажем, что функция g(x) является супремумом множества Х : g = sup X. Если h – произвольная верхняя грань для Х, то
(
f
X)
f
h
(
f
X)
(
x
A)
f
(x)
h(x)
(
x
A)
(
f
X)
f
(x)
h(x)
(
x
A)
sup{f
(x)
| f
X
}
h(x)
(
x
A)
g
(x)
h(x)
g
h
Таким
образом, если h
–
верхняя грань для Х
, то
g
h.
C
другой стороны,
g
является верхней гранью для Х,
так из определения функции g
следует,
что f(х)
g(x)
для всех f
Х
и
всех х
А.
Значит, h
есть
наименьшая верхняя грань для Х
.
