閉球套定理

閉球套定理

閉球套定理(closed ball nest theorem)對度量空間的完備性的一種刻畫。 歐氏空間中許多結論均依賴於空間的完備性,如直線上的閉區間套定理,平面內的閉矩形套定理等,在完備的距離空間中,許多與歐氏空間情形類似的結論仍然成立。

基本介紹

  • 中文名:閉球套定理
  • 外文名:closed ball nest theorem
  • 所屬學科:數學
  • 性質:對度量空間的完備性的一種刻畫
  • 相關概念:完備度量空間,開球,閉球等
基本介紹,定理的證明,相關結論,

基本介紹

定義1
距離空間
稱為以
為中心,
為半徑的開球
稱為以
為中心,
為半徑的閉球
閉球套定理
是完備的距離空間,
是一列閉球
如果球的半徑
,則存在唯一的點

定理的證明

證明: 由命題的條件,不難看到球心組成的序列
是一個Cauchy列。事實上,對任意n,m,若n≥m,則由
由此立得
是一個Cauchy列,由X是完備的知存在
,使得
,在不等式
中,固定m並令
,這說明
,故
若另有
,且
,則對任意n,有
由不等式
立得
,從而
,這就得到矛盾,所以
必是單點集。證畢。

相關結論

在直線上的閉區間套定理中,即使區間的長度不趨於0,所有區間的交仍然是非空的。然而,在一般距離空間中,即使空間是完備的,假如閉球套的半徑不趨於0,則其交可能是空集。
從直線上Cauchy準則與閉區間套定理的等價性,人們自然會提出這樣的問題:
在距離空間中,閉球套定理與空間的完備性是否等價?
答案是肯定的。事實上,假設在距離空間
中閉球套定理成立,為證空間的完備性,假設
是X中的Cauchy列,於是存在正整數列
,使得當
時,
作閉球
,則對任意
,由
,故
是一個閉球套,於是存在唯一的
。由
,又由
立得
,即
在X中收斂,從而
完備。

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