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> Simple, corto pero útil
Abu-Khalil
mensaje Apr 7 2012, 02:17 PM
Publicado: #1


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TEX: \noindent Sea $X=\mathrm C[0,1]$. Para cada $f\in X,n\in\mathbb N,x_1,\ldots,x_n\in[0,1]$ y $\epsilon>0$, se define el conjunto<br />$$A(f,\epsilon,x_1,\ldots,x_n)=\left\{g\in X:|g(x_i)-f(x_i)|<\epsilon,i\in\{1,\ldots,n\}\right\}.$$<br />Muestre que la colección de todos estos conjuntos es una base para una topología en $X$. ¿Qué significa que una sucesión $(f_n)$ converja a $f$ en dicha topología?<br />


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Krebante
mensaje Apr 7 2012, 03:02 PM
Publicado: #2


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Claramente TEX: $f \in A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n)$, por lo que los conjuntos recubren TEX: $X$. Por otro lado,

TEX: $$A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n) \cap A(g, \delta, y_1, \dotsc, y_m) = \{ h \in X \ \mid\ |h(x_i) - f(x_i)| < \varepsilon, |h(y_j) - g(y_j)| < \delta \quad \forall i, \forall j\}.$$


Para probar que los conjuntos son una base, basta ver que para todo TEX: $h$ en esa intersección existen TEX: $\eta > 0$ y TEX: $z_1, \dotsc, z_k \in [0, 1]$ tales que TEX: $A(h, \eta, z_1, \dotsc, z_k) \subseteq A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n) \cap A(g, \delta, y_1, \dotsc, y_m)$. Suponemos entonces que la intersección no es vacía y tomamos

TEX: $$\eta =  \frac{\min\{\min_i \{ \varepsilon - |h(x_i) - f(x_i)|\}, \min_j \{ \delta - |h(y_j) - g(y_j)| \}\}}{2} $$,

TEX: $z_1 = x_1, \dotsc, z_n = x_n, z_{n + 1} = y_1, \dotsc, z_{n + m} = y_m$. Así, si TEX: $u \in A(h, \eta, z_1, \dotsc, z_k)$, entonces

TEX: $$|u(x_i) - f(x_i)| \leq |u(x_i) - h(x_i)| + |h(x_i) - f(x_i)| < \eta +|h(x_i) - f(x_i)| < \varepsilon$$

y
TEX: $$|u(y_j) - g(y_j)| \leq |u(y_j) - h(y_j)| + |h(y_j) - g(y_j)| < \eta +|h(x_i) - g(x_i)| < \delta$$


por la elección de TEX: $\eta$. Luego, TEX: $u \in A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n) \cap A(g, \delta, y_1, \dotsc, y_m)$ y se concluye que los conjuntos son base de una única topología TEX: $\tau$.

De lo probado anteriormente se concluye que los conjuntos TEX: $A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n)$ forman una base de vecindades de TEX: $f$ (ya que si tomamos TEX: $A(g, \delta, y_1, \dotsc, y_m)$ que contenga a TEX: $f$, existirá un conjunto de esta forma en la intersección). Así,

TEX: \begin{align*}<br />f_k \to f \text{ en } \tau&\iff \forall \varepsilon > 0, \forall x_1, \dotsc, x_n \in [0, 1], \exists k_0 \in \mathbb{N}, f_k \in A(f, \varepsilon, x_1, \dotsc, x_n) \quad \forall k \geq k_0 \\<br />&\iff \forall \varepsilon > 0, \forall x_1, \dotsc, x_n \in [0, 1], \exists k_0 \in \mathbb{N}, |f_k(x_i) - f(x_i)| < \varepsilon \quad \forall i, \forall k \geq k_0 \\<br />&\iff \forall \varepsilon > 0, \forall x \in [0, 1], \exists k_0 \in \mathbb{N}, |f_k(x) - f(x)| < \varepsilon \quad \forall k \geq k_0 \\<br />&\iff \forall x \in [0, 1], f_k(x) \to f(x) \\<br />&\iff f_k \to f \text{ puntualmente}.<br />\end{align*}

(donde la tercera equivalencia se justifica porque se puede ocupar la tercera línea para finitos TEX: $x_i \in [0, 1]$ y tomar el máximo TEX: $k_0$).


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Abu-Khalil
mensaje Apr 7 2012, 04:27 PM
Publicado: #3


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Bien, justamente esa era la idea.

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