Полное метрическое пространство — метрическое пространство, в котором каждая фундаментальная последовательность сходится (к элементу этого же пространства)[1].
В большинстве случаев рассматривают именно полные метрические пространства. Для неполных пространств существует операция пополнения, дающая возможность рассматривать исходное пространство как плотное множество в своём пополнении. Операция пополнения во многом аналогична операции замыкания для подмножеств.
Пополнение
Всякое метрическое пространство
можно вложить в полное пространство
таким образом, что метрика
продолжает метрику
, а подпространство
всюду плотно в
.
Такое пространство
называется пополнением
и обычно обозначается
.
Построение
Для метрического пространства
, на множестве фундаментальных последовательностей в
можно ввести отношение эквивалентности
Множество классов эквивалентности
с метрикой, определённой
является метрическим пространством. Само пространство
изометрически вкладывается в него следующим образом: точке
соответствует класс постоянной последовательности
. Получившееся пространство
и будет пополнением
.
Свойства
- Пополнение метрического пространства единственно, с точностью до изометрии.
- Пополнение метрического
пространства изометрично замыканию образа при вложении Куратовского
- Полнота наследуется замкнутыми подмножествами полного метрического пространства.
- Полные метрические пространства являются пространствами второй категории Бэра. То есть если полное пространство исчерпывается счётным объединением замкнутых множеств, то хотя бы у одного из них есть внутренние точки.
- Метрическое пространство
компактно тогда и только тогда, когда оно полно и вполне ограничено; то есть, для любого
пространство
можно покрыть конечным числом шаров радиуса
.
- Теорема Банаха о неподвижной точке. Сжимающие отображения полного метрического пространства в себя имеют неподвижную точку.
- Полнота метрического пространства не является топологическим свойством. То есть полное метрическое пространство может оказаться не полным при замене метрики на эквивалентную, то есть метрику, порождающую ту же топологию, что и исходная метрика.
- Топологическим свойством является наличие хотя бы одной полной метрики в классе метрик, порождающих топологию метрического пространства (так называемая метрическая топологическая полнота или метризуемость полной метрикой).
Примеры
Полные метрические пространства
- Множество вещественных (действительных) чисел
полно в стандартной метрике
.
- Вообще, любое конечномерное евклидово или унитарное пространство полно[1].
- Свойство полноты является обязательным в определении банахова пространства, в частности гильбертова пространства.
- Пространство непрерывных на отрезке функций с равномерной метрикой является полным метрическим пространством, а потому является банаховым, если рассматривать его как нормированное линейное пространство.
Неполные метрические пространства
- Рациональные числа
со стандартным расстоянием
являются неполным метрическим пространством. Результатом пополнения этого пространства будет множество всех вещественных чисел
.
- Также, рациональные числа могут быть снабжены p-адическим нормированием, пополнение по которому приводит к полю p-адических чисел
.
- Пространство интегрируемых (по Риману) на отрезке функций в интегральной метрике
. Результатом пополнения этого пространства будет пространство интегрируемых по Лебегу функций, заданных на том же отрезке.
Вариации и обобщения
- Если
имеет алгебраическую структуру, согласованную с метрикой, например топологического кольца, то эта структура естественным образом переносится и на его пополнение.
Литература
- Зорич В.А. Математический анализ. — Т. 2. IX, §5.
- Шилов Г.Е. Математический анализ. Специальный курс. — М.: Наука, 1961. — 436 с.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .