Википедия

Метрическое пространство

Метри́ческое простра́нство — множество вместе со способом измерения расстояния между его элементами — метрикой. Является центральным понятием геометрии и топологии. Впервые понятие ввёл в 1906 году Морис Фреше в связи с рассмотрением функциональных пространств.

Определения

Пара image, состоящая из множества image и функции image из его декартова квадрата в множество вещественных чисел, называется метрическим пространством, если:

  1. image (аксиома тождества);
  2. image (аксиома положительности);
  3. image (аксиома симметричности);
  4. image (аксиома треугольника или неравенство треугольника).

В этом случае:

  • множество image называется подлежащим множеством или носителем метрического пространства;
  • функция image называется метрикой или функцией расстояния;
  • элементы множества image называются точками метрического пространства;
  • иногда дополнительно предполагается, что множество image непусто.

Требование неотрицательности значений метрики является избыточным, оно следует из аксиом:

image.

Аксиомы тождества и данного неравенства треугольника вместе взятые эквивалентны следующему варианту неравенства треугольника:

image.

Эти условия выражают интуитивные понятия о концепции расстояния и поэтому называются аксиомами расстояния. Например, что расстояние между различными точками положительно и расстояние от image до image то же самое, что и расстояние от image до image. Неравенство треугольника означает, что расстояние от image до image через image не меньше, чем прямо от image до image.

Обозначения

Обычно расстояние между точками image и image в метрическом пространстве image обозначается image или image.

В метрической геометрии принято обозначение image или image, если необходимо подчеркнуть, что речь идёт о image. Также употребляются обозначения image и image (несмотря на то, что выражение image для точек image и image не имеет смысла).

В классической геометрии приняты обозначения image или image (точки обычно обозначают заглавными латинскими буквами).

Связанные определения

  • Биекция между различными метрическими пространствами image и image, сохраняющая расстояния, называется изометрией. В этом случае пространства image и image называются изометричными.
  • Если image, image и image при image, то говорят, что image сходится к image: image.
  • Если image подмножество множества image, то, рассматривая сужение image метрики image на множество image, можно получить метрическое пространство image, которое называется подпространством пространства image.
  • Метрика image на image называется внутренней, если любые две точки image и image в image можно соединить кривой с длиной, произвольно близкой к image. Пространство называется геодезическим если любые две точки image и image в image можно соединить кривой с длиной, равной image.
  • Любое метрическое пространство обладает естественной топологией, базой для которой служит множество открытых шаров, то есть множеств следующего типа:
    image,
где image есть точка в image и image — положительное вещественное число, называемое радиусом шара. Иначе говоря, множество image является открытым, если вместе с любой своей точкой оно содержит открытый шар с центром в этой точке.
    • Две метрики, определяющие одну и ту же топологию, называются эквивалентными.
    • Топологическое пространство, которое может быть получено таким образом, называется метризируемым.
  • Расстояние image от точки image до подмножества image в image определяется по формуле:
    image.
Тогда image, только если image принадлежит замыканию image.

Примеры

  • Дискретная метрика: image, если image, и image во всех остальных случаях.
  • Расстояние городских кварталов: image, где image, image — векторы.
  • В пространстве image непрерывных и ограниченных отображений из топологического пространства image в метрическое пространство image расстояние между двумя отображениями image и image определяется как:
    image.
Сходимость отображений по этой метрике равнозначна их равномерной сходимости на всём пространстве image.
    • В частном случае, когда image — компактное пространство, image — числовая прямая, получается пространство image всех непрерывных функций на пространстве image с метрикой равномерной сходимости.
  • Пусть image, image, image — пространства функций на отрезке image, соответственно интегрируемых по Лебегу, интегрируемых по Риману, и непрерывных. В них расстояние можно определить по формуле:
    image.
Для того, чтобы эта функция стала метрикой, в первых двух пространствах необходимо отождествить функции, отличающиеся на множестве меры 0. В противном случае эта функция будет всего лишь полуметрикой. (В пространстве функций, непрерывных на отрезке, функции, отличающиеся на множестве меры 0, и так совпадают.)
  • В пространстве image раз непрерывно дифференцируемых функций image метрика вводится по формуле:
    image,
где image — метрика равномерной сходимости на image (см. выше).
  • Любое нормированное пространство можно превратить в метрическое, определив функцию расстояния
    image.
Конечномерные пространства такого типа называются пространством Минковского. В случае размерности, равной двум — плоскостью Минковского.
  • Если image является последовательностью полунорм, определяющих (локально выпуклое) топологическое векторное пространство image, то:
    image
является метрикой, определяющей ту же топологию. (Можно заменить image на любую суммируемую последовательность image строго положительных чисел.)
  • Любое связное риманово многообразие image можно превратить в метрическое пространство, определив расстояние как точную нижнюю грань длин путей, соединяющих пару точек.
  • Множество вершин любого связного графа image можно превратить в метрическое пространство, определив расстояние как минимальное число рёбер в пути, соединяющем вершины. Более общо: если каждому ребру графа приписать положительное число (длину ребра), расстояние между вершинами можно определить как минимальную сумму длин рёбер вдоль любых путей из одной вершины в другую. Частным случаем является так называемая французская железнодорожная метрика, которую нередко приводят в качестве примера метрики, не порождённой нормой.
  • Расстояние редактирования графа определяет функцию расстояния между графами.
  • Расстояние Хэмминга применяется в теории кодирования.
  • [англ.], такие как расстояние Левенштейна и другие расстояния редактирования текста определяют расстояние над строками.
  • Множество компактных подмножеств image любого метрического пространства image можно превратить в метрическое пространство, определив расстояние с помощью так называемой метрики Хаусдорфа. В этой метрике два подмножества близки друг к другу, если для любой точки одного множества можно найти близкую точку в другом подмножестве. Точное определение:
    image.
  • Множество всех компактных метрических пространств (с точностью до изометрии) можно превратить в метрическое пространство, определив расстояние с помощью так называемой метрики Громова — Хаусдорфа.

Конструкции

Декартово произведение метрических пространств может быть наделено структурой метрического пространства многими способами, например:

image,
image,
image.

Эти метрики эквивалентны друг другу.

Свойства

  • Метрическое пространство компактно тогда и только тогда, когда из любой последовательности точек можно выбрать сходящуюся подпоследовательность (секвенциальная компактность).
  • Метрическое пространство может не иметь счётной базы, но всегда удовлетворяет первой аксиоме счётности — имеет счётную базу в каждой точке. Более того, каждый компакт в метрическом пространстве имеет счётную базу окрестностей. Сверх того, в каждом метрическом пространстве существует такая база, что каждая точка пространства принадлежит лишь счётному множеству её элементов — точечно-счётная база (но это свойство слабее метризуемости даже в присутствии паракомпактности и хаусдорфовости).

Вариации и обобщения

Для данного множества image, функция image называется псевдометрикой или полуметрикой на image если для любых точек image из image она удовлетворяет следующим условиям:

image;
image (симметрия);
image (неравенство треугольника).

То есть, в отличие от метрики, различные точки в image могут находиться на нулевом расстоянии. Псевдометрика естественно определяет метрику на факторпространстве image, где image.

Для данного множества image функция image называется квазиметрикой, если для любых точек image, image, image из image она удовлетворяет следующим условиям:

image;
image (квазисимметрия);
image (обобщённое неравенство треугольника).

Метрика на пространстве называется ультраметрикой, если она удовлетворяет сильному неравенству треугольника:

Для всех image, image и image в image image.

Иногда удобно рассматривать image-метрики, то есть метрики со значениями image. Для любой image-метрики можно построить конечную метрику, которая определяет ту же топологию. Например,

image или image.

Также для любой точки image такого пространства множество точек, находящихся от неё на конечном расстоянии, образует обычное метрическое пространство, называемое метрической компонентой image. В частности, любое пространство с image-метрикой можно рассматривать как набор обычных метрических пространств и определить расстояние между любой парой точек в разных пространствах равным image.

Иногда квазиметрика определяется как функция, удовлетворяющая всем аксиомам для метрики за возможным исключением симметрии. Название этого обобщения не вполне устоялось. В своей книге Смит называет их «полуметриками». Тот же термин используется часто также для двух других обобщений метрик.

image (положительность)
image (положительная определённость)
d(x, y)=d(y, x) (симметрия вычеркнута)
image (неравенство треугольника)

Примеры квазиметрики встречаются в реальной жизни. Например, если дано множество image горных сёл, время прогулки между элементами image образует квазиметрику, поскольку восхождение вверх занимает больше времени, чем спуск вниз. Другим примером является топология городских кварталов, имеющих улицы с односторонним движением, когда путь из точки image в точку image состоит из различного набора улиц по сравнению с путём из image в image.

В метаметрике все аксиомы метрики выполняются, за исключением того, что расстояние между идентичными точками не обязательно равно нулю. Другими словами, аксиомами для метаметрики являются:

image
из image следует image (но не наоборот.)
image
image.

Метаметрики появляются при изучении гиперболических метрических пространств Громова и их границ. Визуальная метаметрика на таком пространстве удовлетворяет равенству image для точек image на границе, но в противном случае image примерно равно расстоянию от image до границы. Метаметрики первым определил Юсси Вяйсяля.

Ослабление последних трёх аксиом ведёт к понятию преметрики, то есть функции, удовлетворяющей условиям:

image
image

Термин не устоялся, иногда он используется для обобщения других метрик, таких как псевдополуметрики или псевдометрики. В русскоязычной литературе (и в переводах с русского) этот термин иногда появляется как «праметрика».

Любая преметрика приводит к топологии следующим образом. Для положительного вещественного image определяется image-шар с центром в точке image как:

image.

Множество называется открытым, если для любой точки image в множестве существует image-шар с центром в image, который содержится в множестве. Любое преметрическое пространство является топологическим пространством и, фактически, . В общем случае сами image-шары не обязаны быть открытыми множествами согласно этой топологии. Как и для метрик, расстояние между двумя множествами image и image определяется как:

image.

Это определяет преметрику на булеане преметрического пространства. Если начинать с (псевдополу-)метрического пространства, то получается псевдополуметрика, то есть, симметричную преметрика. Любая преметрика приводит к [англ.]image:

image.

Префиксы псевдо-, квази- и полу- могут комбинироваться, например, псевдоквазиметрика (иногда называемая гемиметрикой) ослабляет как аксиому неразличимости, так и аксиому симметрии, и является просто преметрикой, удовлетворяющей неравенству треугольника. Для псевдоквазиметрических пространств открытые image-шары образуют базис открытых множеств. Простейшим примером псевдоквазиметрического пространства служит множество image с преметрикой, задаваемой функцией image, такой что image и image. Ассоциированное топологическое пространство является пространством Серпинского.

Множества, оснащённые расширенной псевдоквазиметрикой, изучал Уильям Ловер как «обобщённые метрические пространства». С категорной точки зрения расширенные псевдометрические пространства и расширенные псевдоквазиметрические пространства вместе с их соответствующими нерасширяющимися отображениями лучше всего ведут себя на категориях метрических пространств. Можно взять произвольные произведения и копроизведения и образовать фактор-объект с данной категорией. Если опустить слово «расширенная», можно взять только конечные произведения и копроизведения. Если опустить «псевдо», нельзя будет получить фактор-объекты. [англ.] являются обобщением метрических пространств, учитывающим эти хорошие категориальные свойства.

Линейное пространство image называется линейным метрическим пространством, если в нём задано расстояние между его элементами и алгебраические операции непрерывны в его метрике, то есть:

image
image

Пример: линейное пространство всех комплексных последовательностей можно превратить в линейное метрическое пространство при помощи введения расстояния между его элементами с помощью формулы:

image.

Гиперметрическое пространство — метрическое пространство в котором выполнены гиперметрические неравенства. То есть:

image

для любых точек image и целых чисел image таких, что image. При image и image гиперметрическое неравенство превращается в обычное неравенство треугольника:

image

Пример гиперметрического пространства: image-пространство.

Примечания

  1. Fréchet M. Sur quelques points du calcul fonctionnel. — Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo. — 1906. — 22. — pp. 1—74.
  2. Математическая энциклопедия, 1982, с. 658.
  3. Кудрявцев Л. Д. Математический анализ. II том. — М., Высшая школа, 1970. — с. 296
  4. Крейн С. Г. Функциональный анализ. — М., Наука, 1972. — с. 22-24
  5. Steen, Seebach, 1995.
  6. Smyth, 1987, с. 236–253.
  7. Rolewicz, 1987.
  8. Väisälä, 2005, с. 187–231.
  9. Булдыгин, Козаченко, 1998.
  10. Хелемский, 2004.
  11. Архангельский, Федорчук, 1988, с. 30.
  12. Pereira, Aldrovandi, 1995.
  13. Lawvere, 2002, с. 1–37.
  14. Vickers, 2005, с. 328–356.
  15. M. M. Deza, M. Laurent, Geometry of cuts and metrics, Algorithms and Combinatorics, 15, Springer-Verlag, Berlin, 1997.

Литература

  • Бураго Д. Ю., Бураго Ю. Д., Иванов С. В. Курс метрической геометрии. — 2004. — ISBN 5-93972-300-4.
  • Васильев Н. Метрические пространства. — Квант. — 1990. — № 1.
  • Васильев Н. Метрические пространства. — Квант. — 1970. — № 10.
  • Метрика // Математическая энциклопедия (в 5 томах). — М.: Советская Энциклопедия, 1982. — Т. 3. — 1184 с.
  • Скворцов В. А. Примеры метрических пространств // Библиотека «Математическое просвещение» Архивная копия от 12 января 2014 на Wayback Machine. — 2001. — Выпуск 9.
  • Шрейдер Ю. А. Что такое расстояние? // «Популярные лекции по математике». — М.: Физматгиз, 1963 г. — Выпуск 38. — 76 с.
  • (2002), Metric spaces, generalized logic, and closed categories (PDF), Reprints in Theory and Applications of Categories (1): 1–37, MR 1925933; reprinted with added commentary from Lawvere, F. William (1973), Metric spaces, generalized logic, and closed categories, Rendiconti del Seminario Matematico e Fisico di Milano, 43: 135–166 (1974), doi:10.1007/BF02924844, MR 0352214
  • Ruben Aldrovandi, J. G. Pereira. An introduction to geometrical physics : [англ.]. — Singapore : World Scientific, 1995. — 699 с. — ISBN 9810222327. — ISBN 9789810222321.
  • Rolewicz, Stefan (1987), Functional Analysis and Control Theory: Linear Systems, Springer, ISBN 90-277-2186-6
  • Smyth, M. (1987), Quasi uniformities: reconciling domains with metric spaces, in Main, M.; Melton, A.; Mislove, M.; Schmidt, D. (eds.), 3rd Conference on Mathematical Foundations of Programming Language Semantics, Lecture Notes in Computer Science, vol. 298, Springer-Verlag, pp. 236–253, doi:10.1007/3-540-19020-1_12
  • Steen, Lynn Arthur; Seebach, J. Arthur Jr. (1995) [1978], , Dover, ISBN 978-0-486-68735-3, MR 0507446
  • Väisälä, Jussi (2005), Gromov hyperbolic spaces (PDF), Expositiones Mathematicae, 23 (3): 187–231, doi:10.1016/j.exmath.2005.01.010, MR 2164775
  • Vickers, Steven (2005), Localic completion of generalized metric spaces, I, Theory and Applications of Categories, 14 (15): 328–356, MR 2182680 Архивная копия от 26 апреля 2021 на Wayback Machine
  • Архангельский А. В., Федорчук В. В. Итоги науки и техники. Современные проблемы математики. Фундаментальные направления. Том 17. — ВИНИТИ, 1988. — 232 с.
  • Булдыгин В. В., Козаченко Ю. В. Метрические характеристики случайных величин и процессов. — Киев : ТВіМС, 1998. — 290 с.
  • Хелемский А. Я. Лекции по функциональному анализу. — Москва: МЦНМО, 2004. — ISBN 5-94057-065-8.

Ссылки

  • Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), Metric space, Encyclopedia of Mathematics (англ.), Springer, ISBN 978-1-55608-010-4
  • Far and near — several examples of distance functions at cut-the-knot.

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Метрическое пространство, Что такое Метрическое пространство? Что означает Метрическое пространство?

Ne sleduet putat s metricheskim tenzorom kvadratichnoj formoj kotoraya zadayot skalyarnoe proizvedenie U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Metrika U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Prostranstvo Metri cheskoe prostra nstvo mnozhestvo vmeste so sposobom izmereniya rasstoyaniya mezhdu ego elementami metrikoj Yavlyaetsya centralnym ponyatiem geometrii i topologii Vpervye ponyatie vvyol v 1906 godu Moris Freshe v svyazi s rassmotreniem funkcionalnyh prostranstv OpredeleniyaPara M d displaystyle M d sostoyashaya iz mnozhestva M displaystyle M i funkcii d M M R displaystyle d colon M times M to mathbb R iz ego dekartova kvadrata v mnozhestvo veshestvennyh chisel nazyvaetsya metricheskim prostranstvom esli d x y 0 x y displaystyle d x y 0 Leftrightarrow x y aksioma tozhdestva d x y 0 displaystyle d x y geqslant 0 aksioma polozhitelnosti d x y d y x displaystyle d x y d y x aksioma simmetrichnosti d x z d x y d y z displaystyle d x z leqslant d x y d y z aksioma treugolnika ili neravenstvo treugolnika V etom sluchae mnozhestvo M displaystyle M nazyvaetsya podlezhashim mnozhestvom ili nositelem metricheskogo prostranstva funkciya d displaystyle d nazyvaetsya metrikoj ili funkciej rasstoyaniya elementy mnozhestva M displaystyle M nazyvayutsya tochkami metricheskogo prostranstva inogda dopolnitelno predpolagaetsya chto mnozhestvo M displaystyle M nepusto Trebovanie neotricatelnosti znachenij metriki yavlyaetsya izbytochnym ono sleduet iz aksiom 0 d x x d x y d y x 2 d x y displaystyle 0 d x x leqslant d x y d y x 2 cdot d x y Aksiomy tozhdestva i dannogo neravenstva treugolnika vmeste vzyatye ekvivalentny sleduyushemu variantu neravenstva treugolnika d x y d x z d y z displaystyle d x y leqslant d x z d y z Eti usloviya vyrazhayut intuitivnye ponyatiya o koncepcii rasstoyaniya i poetomu nazyvayutsya aksiomami rasstoyaniya Naprimer chto rasstoyanie mezhdu razlichnymi tochkami polozhitelno i rasstoyanie ot x displaystyle x do y displaystyle y to zhe samoe chto i rasstoyanie ot y displaystyle y do x displaystyle x Neravenstvo treugolnika oznachaet chto rasstoyanie ot x displaystyle x do z displaystyle z cherez y displaystyle y ne menshe chem pryamo ot x displaystyle x do z displaystyle z OboznacheniyaObychno rasstoyanie mezhdu tochkami x displaystyle x i y displaystyle y v metricheskom prostranstve M displaystyle M oboznachaetsya d x y displaystyle d x y ili r x y displaystyle rho x y V metricheskoj geometrii prinyato oboznachenie xy displaystyle xy ili xy M displaystyle xy M esli neobhodimo podcherknut chto rech idyot o M displaystyle M Takzhe upotreblyayutsya oboznacheniya x y displaystyle x y i x y M displaystyle x y M nesmotrya na to chto vyrazhenie x y displaystyle x y dlya tochek x displaystyle x i y displaystyle y ne imeet smysla V klassicheskoj geometrii prinyaty oboznacheniya XY displaystyle XY ili XY displaystyle XY tochki obychno oboznachayut zaglavnymi latinskimi bukvami Svyazannye opredeleniyaBiekciya mezhdu razlichnymi metricheskimi prostranstvami X dX displaystyle X d X i Y dY displaystyle Y d Y sohranyayushaya rasstoyaniya nazyvaetsya izometriej V etom sluchae prostranstva X dX displaystyle X d X i Y dY displaystyle Y d Y nazyvayutsya izometrichnymi Esli xn X displaystyle x n in X x X displaystyle x in X i d xn x 0 displaystyle d x n x to 0 pri n displaystyle n to infty to govoryat chto xn displaystyle x n shoditsya k x displaystyle x xn x displaystyle x n to x Esli M displaystyle M podmnozhestvo mnozhestva X displaystyle X to rassmatrivaya suzhenie dM dX M displaystyle d M d X M metriki dX displaystyle d X na mnozhestvo M displaystyle M mozhno poluchit metricheskoe prostranstvo M dM displaystyle M d M kotoroe nazyvaetsya podprostranstvom prostranstva X d displaystyle X d Metricheskoe prostranstvo nazyvaetsya polnym esli lyubaya fundamentalnaya posledovatelnost v nyom shoditsya k nekotoromu elementu etogo prostranstva Metrika d displaystyle d na M displaystyle M nazyvaetsya vnutrennej esli lyubye dve tochki x displaystyle x i y displaystyle y v M displaystyle M mozhno soedinit krivoj s dlinoj proizvolno blizkoj k d x y displaystyle d x y Prostranstvo nazyvaetsya geodezicheskim esli lyubye dve tochki x displaystyle x i y displaystyle y v M displaystyle M mozhno soedinit krivoj s dlinoj ravnoj d x y displaystyle d x y Lyuboe metricheskoe prostranstvo obladaet estestvennoj topologiej bazoj dlya kotoroj sluzhit mnozhestvo otkrytyh sharov to est mnozhestv sleduyushego tipa B x r y M d x y lt r displaystyle B x r y in M mid d x y lt r gde x displaystyle x est tochka v M displaystyle M i r displaystyle r polozhitelnoe veshestvennoe chislo nazyvaemoe radiusom shara Inache govorya mnozhestvo O displaystyle O yavlyaetsya otkrytym esli vmeste s lyuboj svoej tochkoj ono soderzhit otkrytyj shar s centrom v etoj tochke Dve metriki opredelyayushie odnu i tu zhe topologiyu nazyvayutsya ekvivalentnymi Topologicheskoe prostranstvo kotoroe mozhet byt polucheno takim obrazom nazyvaetsya metriziruemym Rasstoyanie d x S displaystyle d x S ot tochki x displaystyle x do podmnozhestva S displaystyle S v M displaystyle M opredelyaetsya po formule d x S inf d x s s S displaystyle d x S inf d x s mid s in S Togda d x S 0 displaystyle d x S 0 tolko esli x displaystyle x prinadlezhit zamykaniyu S displaystyle S PrimeryDiskretnaya metrika d x y 0 displaystyle d x y 0 esli x y displaystyle x y i d x y 1 displaystyle d x y 1 vo vseh ostalnyh sluchayah Veshestvennye chisla s funkciej rasstoyaniya d x y y x displaystyle d x y y x i evklidovo prostranstvo yavlyayutsya polnymi metricheskimi prostranstvami Rasstoyanie gorodskih kvartalov d p q p q i 1n pi qi displaystyle d mathbf p mathbf q mathbf p mathbf q sum i 1 n p i q i gde p p1 p2 pn displaystyle mathbf p p 1 p 2 dots p n q q1 q2 qn displaystyle mathbf q q 1 q 2 dots q n vektory V prostranstve F X Y displaystyle F X Y nepreryvnyh i ogranichennyh otobrazhenij iz topologicheskogo prostranstva X displaystyle X v metricheskoe prostranstvo Y displaystyle Y rasstoyanie mezhdu dvumya otobrazheniyami f1 displaystyle f 1 i f2 displaystyle f 2 opredelyaetsya kak dF f1 f2 sup dY f1 x f2 x x X displaystyle d F f 1 f 2 sup d Y f 1 x f 2 x colon x in X Shodimost otobrazhenij po etoj metrike ravnoznachna ih ravnomernoj shodimosti na vsyom prostranstve X displaystyle X V chastnom sluchae kogda X displaystyle X kompaktnoe prostranstvo Y displaystyle Y chislovaya pryamaya poluchaetsya prostranstvo C X displaystyle C X vseh nepreryvnyh funkcij na prostranstve X displaystyle X s metrikoj ravnomernoj shodimosti Pust L a b displaystyle L a b R a b displaystyle R a b C a b displaystyle C a b prostranstva funkcij na otrezke a b displaystyle a b sootvetstvenno integriruemyh po Lebegu integriruemyh po Rimanu i nepreryvnyh V nih rasstoyanie mozhno opredelit po formule d f1 f2 ab f1 x f2 x dx displaystyle d f 1 f 2 int limits a b f 1 x f 2 x dx Dlya togo chtoby eta funkciya stala metrikoj v pervyh dvuh prostranstvah neobhodimo otozhdestvit funkcii otlichayushiesya na mnozhestve mery 0 V protivnom sluchae eta funkciya budet vsego lish polumetrikoj V prostranstve funkcij nepreryvnyh na otrezke funkcii otlichayushiesya na mnozhestve mery 0 i tak sovpadayut V prostranstve k displaystyle k raz nepreryvno differenciruemyh funkcij Ck a b displaystyle C k a b metrika vvoditsya po formule dk f1 f2 max d0 f1 f2 d0 f1 f2 d0 f1 k f2 k displaystyle d k f 1 f 2 max d 0 f 1 f 2 d 0 f 1 f 2 ldots d 0 f 1 k f 2 k gde d0 displaystyle d 0 metrika ravnomernoj shodimosti na C a b displaystyle C a b sm vyshe Lyuboe normirovannoe prostranstvo mozhno prevratit v metricheskoe opredeliv funkciyu rasstoyaniya d x y y x displaystyle d x y y x Konechnomernye prostranstva takogo tipa nazyvayutsya prostranstvom Minkovskogo V sluchae razmernosti ravnoj dvum ploskostyu Minkovskogo Esli pn n N displaystyle p n n in N yavlyaetsya posledovatelnostyu polunorm opredelyayushih lokalno vypukloe topologicheskoe vektornoe prostranstvo E displaystyle E to d x y n 1 12npn x y 1 pn x y displaystyle d x y sum n 1 infty frac 1 2 n frac p n x y 1 p n x y yavlyaetsya metrikoj opredelyayushej tu zhe topologiyu Mozhno zamenit 12n displaystyle frac 1 2 n na lyubuyu summiruemuyu posledovatelnost an displaystyle a n strogo polozhitelnyh chisel Lyuboe svyaznoe rimanovo mnogoobrazie M displaystyle M mozhno prevratit v metricheskoe prostranstvo opredeliv rasstoyanie kak tochnuyu nizhnyuyu gran dlin putej soedinyayushih paru tochek Mnozhestvo vershin lyubogo svyaznogo grafa G displaystyle G mozhno prevratit v metricheskoe prostranstvo opredeliv rasstoyanie kak minimalnoe chislo ryober v puti soedinyayushem vershiny Bolee obsho esli kazhdomu rebru grafa pripisat polozhitelnoe chislo dlinu rebra rasstoyanie mezhdu vershinami mozhno opredelit kak minimalnuyu summu dlin ryober vdol lyubyh putej iz odnoj vershiny v druguyu Chastnym sluchaem yavlyaetsya tak nazyvaemaya francuzskaya zheleznodorozhnaya metrika kotoruyu neredko privodyat v kachestve primera metriki ne porozhdyonnoj normoj Rasstoyanie redaktirovaniya grafa opredelyaet funkciyu rasstoyaniya mezhdu grafami Rasstoyanie Hemminga primenyaetsya v teorii kodirovaniya angl takie kak rasstoyanie Levenshtejna i drugie rasstoyaniya redaktirovaniya teksta opredelyayut rasstoyanie nad strokami Mnozhestvo kompaktnyh podmnozhestv K M displaystyle K M lyubogo metricheskogo prostranstva M displaystyle M mozhno prevratit v metricheskoe prostranstvo opredeliv rasstoyanie s pomoshyu tak nazyvaemoj metriki Hausdorfa V etoj metrike dva podmnozhestva blizki drug k drugu esli dlya lyuboj tochki odnogo mnozhestva mozhno najti blizkuyu tochku v drugom podmnozhestve Tochnoe opredelenie D X Y inf r x X y Y d x y lt r y Y x X d x y lt r displaystyle D X Y inf left r left begin matrix forall x in X exists y in Y colon d x y lt r forall y in Y exists x in X colon d x y lt r end matrix right right Mnozhestvo vseh kompaktnyh metricheskih prostranstv s tochnostyu do izometrii mozhno prevratit v metricheskoe prostranstvo opredeliv rasstoyanie s pomoshyu tak nazyvaemoj metriki Gromova Hausdorfa Metrika Vasershtejna opredelyaet rasstoyanie mezhdu dvumya raspredeleniyami veroyatnostej KonstrukciiDekartovo proizvedenie metricheskih prostranstv mozhet byt nadeleno strukturoj metricheskogo prostranstva mnogimi sposobami naprimer dX Y x1 y1 x2 y2 dX x1 x2 dY y1 y2 displaystyle d X times Y x 1 y 1 x 2 y 2 d X x 1 x 2 d Y y 1 y 2 dX Y x1 y1 x2 y2 dX x1 x2 2 dY y1 y2 2 displaystyle d X times Y x 1 y 1 x 2 y 2 sqrt d X x 1 x 2 2 d Y y 1 y 2 2 dX Y x1 y1 x2 y2 max dX x1 x2 dY y1 y2 displaystyle d X times Y x 1 y 1 x 2 y 2 max d X x 1 x 2 d Y y 1 y 2 Eti metriki ekvivalentny drug drugu SvojstvaMetricheskoe prostranstvo kompaktno togda i tolko togda kogda iz lyuboj posledovatelnosti tochek mozhno vybrat shodyashuyusya podposledovatelnost sekvencialnaya kompaktnost Metricheskoe prostranstvo mozhet ne imet schyotnoj bazy no vsegda udovletvoryaet pervoj aksiome schyotnosti imeet schyotnuyu bazu v kazhdoj tochke Bolee togo kazhdyj kompakt v metricheskom prostranstve imeet schyotnuyu bazu okrestnostej Sverh togo v kazhdom metricheskom prostranstve sushestvuet takaya baza chto kazhdaya tochka prostranstva prinadlezhit lish schyotnomu mnozhestvu eyo elementov tochechno schyotnaya baza no eto svojstvo slabee metrizuemosti dazhe v prisutstvii parakompaktnosti i hausdorfovosti Metricheskie prostranstva s korotkimi otobrazheniyami obrazuyut kategoriyu obychno oboznachaemuyu Met Variacii i obobsheniyaDlya dannogo mnozhestva M displaystyle M funkciya d M M R displaystyle d colon M times M to mathbb R nazyvaetsya psevdometrikoj ili polumetrikoj na M displaystyle M esli dlya lyubyh tochek x y z displaystyle x y z iz M displaystyle M ona udovletvoryaet sleduyushim usloviyam d x x 0 displaystyle d x x 0 d x y d y x displaystyle d x y d y x simmetriya d x z d x y d y z displaystyle d x z leqslant d x y d y z neravenstvo treugolnika To est v otlichie ot metriki razlichnye tochki v M displaystyle M mogut nahoditsya na nulevom rasstoyanii Psevdometrika estestvenno opredelyaet metriku na faktorprostranstve M displaystyle M sim gde x y d x y 0 displaystyle x sim y iff d x y 0 Dlya dannogo mnozhestva M displaystyle M funkciya d M M R displaystyle d colon M times M to mathbb R nazyvaetsya kvazimetrikoj esli dlya lyubyh tochek x displaystyle x y displaystyle y z displaystyle z iz M displaystyle M ona udovletvoryaet sleduyushim usloviyam d x x 0 displaystyle d x x 0 d x y c d y x displaystyle d x y leqslant c cdot d y x kvazisimmetriya d x z c d x y d y z displaystyle d x z leqslant c cdot d x y d y z obobshyonnoe neravenstvo treugolnika Metrika na prostranstve nazyvaetsya ultrametrikoj esli ona udovletvoryaet silnomu neravenstvu treugolnika Dlya vseh x displaystyle x y displaystyle y i z displaystyle z v M displaystyle M d x z max d x y d y z displaystyle d x z leqslant max d x y d y z Inogda udobno rassmatrivat displaystyle infty metriki to est metriki so znacheniyami 0 displaystyle 0 infty Dlya lyuboj displaystyle infty metriki mozhno postroit konechnuyu metriku kotoraya opredelyaet tu zhe topologiyu Naprimer d x y d x y 1 d x y displaystyle d x y frac d x y 1 d x y ili d x y min 1 d x y displaystyle d x y min 1 d x y Takzhe dlya lyuboj tochki x displaystyle x takogo prostranstva mnozhestvo tochek nahodyashihsya ot neyo na konechnom rasstoyanii obrazuet obychnoe metricheskoe prostranstvo nazyvaemoe metricheskoj komponentoj x displaystyle x V chastnosti lyuboe prostranstvo s displaystyle infty metrikoj mozhno rassmatrivat kak nabor obychnyh metricheskih prostranstv i opredelit rasstoyanie mezhdu lyuboj paroj tochek v raznyh prostranstvah ravnym displaystyle infty Inogda kvazimetrika opredelyaetsya kak funkciya udovletvoryayushaya vsem aksiomam dlya metriki za vozmozhnym isklyucheniem simmetrii Nazvanie etogo obobsheniya ne vpolne ustoyalos V svoej knige Smit nazyvaet ih polumetrikami Tot zhe termin ispolzuetsya chasto takzhe dlya dvuh drugih obobshenij metrik d x y 0 displaystyle d x y geqslant 0 polozhitelnost d x y 0 x y displaystyle d x y 0 iff x y polozhitelnaya opredelyonnost d x y d y x simmetriya vycherknuta d x z d x y d y z displaystyle d x z leqslant d x y d y z neravenstvo treugolnika Primery kvazimetriki vstrechayutsya v realnoj zhizni Naprimer esli dano mnozhestvo X displaystyle X gornyh syol vremya progulki mezhdu elementami X displaystyle X obrazuet kvazimetriku poskolku voshozhdenie vverh zanimaet bolshe vremeni chem spusk vniz Drugim primerom yavlyaetsya topologiya gorodskih kvartalov imeyushih ulicy s odnostoronnim dvizheniem kogda put iz tochki A displaystyle A v tochku B displaystyle B sostoit iz razlichnogo nabora ulic po sravneniyu s putyom iz B displaystyle B v A displaystyle A V metametrike vse aksiomy metriki vypolnyayutsya za isklyucheniem togo chto rasstoyanie mezhdu identichnymi tochkami ne obyazatelno ravno nulyu Drugimi slovami aksiomami dlya metametriki yavlyayutsya d x y 0 displaystyle d x y geqslant 0 iz d x y 0 displaystyle d x y 0 sleduet x y displaystyle x y no ne naoborot d x y d y x displaystyle d x y d y x d x z d x y d y z displaystyle d x z leqslant d x y d y z Metametriki poyavlyayutsya pri izuchenii giperbolicheskih metricheskih prostranstv Gromova i ih granic Vizualnaya metametrika na takom prostranstve udovletvoryaet ravenstvu d x x 0 displaystyle d x x 0 dlya tochek x displaystyle x na granice no v protivnom sluchae d x x displaystyle d x x primerno ravno rasstoyaniyu ot x displaystyle x do granicy Metametriki pervym opredelil Yussi Vyajsyalya Oslablenie poslednih tryoh aksiom vedyot k ponyatiyu premetriki to est funkcii udovletvoryayushej usloviyam d x y 0 displaystyle d x y geqslant 0 d x x 0 displaystyle d x x 0 Termin ne ustoyalsya inogda on ispolzuetsya dlya obobsheniya drugih metrik takih kak psevdopolumetriki ili psevdometriki V russkoyazychnoj literature i v perevodah s russkogo etot termin inogda poyavlyaetsya kak prametrika Lyubaya premetrika privodit k topologii sleduyushim obrazom Dlya polozhitelnogo veshestvennogo r displaystyle r opredelyaetsya r displaystyle r shar s centrom v tochke p displaystyle p kak Br p x d x p lt r displaystyle B r p x mid d x p lt r Mnozhestvo nazyvaetsya otkrytym esli dlya lyuboj tochki p displaystyle p v mnozhestve sushestvuet r displaystyle r shar s centrom v p displaystyle p kotoryj soderzhitsya v mnozhestve Lyuboe premetricheskoe prostranstvo yavlyaetsya topologicheskim prostranstvom i fakticheski V obshem sluchae sami r displaystyle r shary ne obyazany byt otkrytymi mnozhestvami soglasno etoj topologii Kak i dlya metrik rasstoyanie mezhdu dvumya mnozhestvami A displaystyle A i B displaystyle B opredelyaetsya kak d A B infx A y Bd x y displaystyle d A B inf x in A y in B d x y Eto opredelyaet premetriku na buleane premetricheskogo prostranstva Esli nachinat s psevdopolu metricheskogo prostranstva to poluchaetsya psevdopolumetrika to est simmetrichnuyu premetrika Lyubaya premetrika privodit k angl cl displaystyle operatorname cl cl A x d x A 0 displaystyle operatorname cl A x mid d x A 0 Prefiksy psevdo kvazi i polu mogut kombinirovatsya naprimer psevdokvazimetrika inogda nazyvaemaya gemimetrikoj oslablyaet kak aksiomu nerazlichimosti tak i aksiomu simmetrii i yavlyaetsya prosto premetrikoj udovletvoryayushej neravenstvu treugolnika Dlya psevdokvazimetricheskih prostranstv otkrytye r displaystyle r shary obrazuyut bazis otkrytyh mnozhestv Prostejshim primerom psevdokvazimetricheskogo prostranstva sluzhit mnozhestvo 0 1 displaystyle 0 1 s premetrikoj zadavaemoj funkciej d displaystyle d takoj chto d 0 1 1 displaystyle d 0 1 1 i d 1 0 0 displaystyle d 1 0 0 Associirovannoe topologicheskoe prostranstvo yavlyaetsya prostranstvom Serpinskogo Mnozhestva osnashyonnye rasshirennoj psevdokvazimetrikoj izuchal Uilyam Lover kak obobshyonnye metricheskie prostranstva S kategornoj tochki zreniya rasshirennye psevdometricheskie prostranstva i rasshirennye psevdokvazimetricheskie prostranstva vmeste s ih sootvetstvuyushimi nerasshiryayushimisya otobrazheniyami luchshe vsego vedut sebya na kategoriyah metricheskih prostranstv Mozhno vzyat proizvolnye proizvedeniya i koproizvedeniya i obrazovat faktor obekt s dannoj kategoriej Esli opustit slovo rasshirennaya mozhno vzyat tolko konechnye proizvedeniya i koproizvedeniya Esli opustit psevdo nelzya budet poluchit faktor obekty angl yavlyayutsya obobsheniem metricheskih prostranstv uchityvayushim eti horoshie kategorialnye svojstva Linejnoe prostranstvo V F displaystyle V F nazyvaetsya linejnym metricheskim prostranstvom esli v nyom zadano rasstoyanie mezhdu ego elementami i algebraicheskie operacii nepreryvny v ego metrike to est xn x yn y xn yn x y displaystyle x n to x y n to y Rightarrow x n y n to x y xn x ln l lnxn lx displaystyle x n to x lambda n to lambda Rightarrow lambda n x n to lambda x Primer linejnoe prostranstvo vseh kompleksnyh posledovatelnostej mozhno prevratit v linejnoe metricheskoe prostranstvo pri pomoshi vvedeniya rasstoyaniya mezhdu ego elementami s pomoshyu formuly d x y i 1 12i xi yi 1 xi yi displaystyle d x y sum i 1 infty frac 1 2 i frac x i y i 1 x i y i Gipermetricheskoe prostranstvo metricheskoe prostranstvo v kotorom vypolneny gipermetricheskie neravenstva To est i lt jbi bj xi xj 0 displaystyle sum i lt j b i cdot b j cdot x i x j leq 0 dlya lyubyh tochek x1 xn displaystyle x 1 dots x n i celyh chisel b1 bn displaystyle b 1 dots b n takih chto bi 1 displaystyle sum b i 1 Pri b1 b2 1 displaystyle b 1 b 2 1 i b3 1 displaystyle b 3 1 gipermetricheskoe neravenstvo prevrashaetsya v obychnoe neravenstvo treugolnika x1 x2 x1 x3 x2 x3 0 displaystyle x 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 3 leq 0 Primer gipermetricheskogo prostranstva ℓ1 displaystyle ell 1 prostranstvo PrimechaniyaFrechet M Sur quelques points du calcul fonctionnel Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo 1906 22 pp 1 74 Matematicheskaya enciklopediya 1982 s 658 Kudryavcev L D Matematicheskij analiz II tom M Vysshaya shkola 1970 s 296 Krejn S G Funkcionalnyj analiz M Nauka 1972 s 22 24 Steen Seebach 1995 Smyth 1987 s 236 253 Rolewicz 1987 Vaisala 2005 s 187 231 Buldygin Kozachenko 1998 Helemskij 2004 Arhangelskij Fedorchuk 1988 s 30 Pereira Aldrovandi 1995 Lawvere 2002 s 1 37 Vickers 2005 s 328 356 M M Deza M Laurent Geometry of cuts and metrics Algorithms and Combinatorics 15 Springer Verlag Berlin 1997 LiteraturaBurago D Yu Burago Yu D Ivanov S V Kurs metricheskoj geometrii 2004 ISBN 5 93972 300 4 Vasilev N Metricheskie prostranstva Kvant 1990 1 Vasilev N Metricheskie prostranstva Kvant 1970 10 Metrika Matematicheskaya enciklopediya v 5 tomah M Sovetskaya Enciklopediya 1982 T 3 1184 s Skvorcov V A Primery metricheskih prostranstv Biblioteka Matematicheskoe prosveshenie Arhivnaya kopiya ot 12 yanvarya 2014 na Wayback Machine 2001 Vypusk 9 Shrejder Yu A Chto takoe rasstoyanie Populyarnye lekcii po matematike M Fizmatgiz 1963 g Vypusk 38 76 s 2002 Metric spaces generalized logic and closed categories PDF Reprints in Theory and Applications of Categories 1 1 37 MR 1925933 reprinted with added commentary from Lawvere F William 1973 Metric spaces generalized logic and closed categories Rendiconti del Seminario Matematico e Fisico di Milano 43 135 166 1974 doi 10 1007 BF02924844 MR 0352214 Ruben Aldrovandi J G Pereira An introduction to geometrical physics angl Singapore World Scientific 1995 699 s ISBN 9810222327 ISBN 9789810222321 Rolewicz Stefan 1987 Functional Analysis and Control Theory Linear Systems Springer ISBN 90 277 2186 6 Smyth M 1987 Quasi uniformities reconciling domains with metric spaces in Main M Melton A Mislove M Schmidt D eds 3rd Conference on Mathematical Foundations of Programming Language Semantics Lecture Notes in Computer Science vol 298 Springer Verlag pp 236 253 doi 10 1007 3 540 19020 1 12 Steen Lynn Arthur Seebach J Arthur Jr 1995 1978 Dover ISBN 978 0 486 68735 3 MR 0507446 Vaisala Jussi 2005 Gromov hyperbolic spaces PDF Expositiones Mathematicae 23 3 187 231 doi 10 1016 j exmath 2005 01 010 MR 2164775 Vickers Steven 2005 Localic completion of generalized metric spaces I Theory and Applications of Categories 14 15 328 356 MR 2182680 Arhivnaya kopiya ot 26 aprelya 2021 na Wayback Machine Arhangelskij A V Fedorchuk V V Itogi nauki i tehniki Sovremennye problemy matematiki Fundamentalnye napravleniya Tom 17 VINITI 1988 232 s Buldygin V V Kozachenko Yu V Metricheskie harakteristiki sluchajnyh velichin i processov Kiev TViMS 1998 290 s Helemskij A Ya Lekcii po funkcionalnomu analizu rus Moskva MCNMO 2004 ISBN 5 94057 065 8 SsylkiMediafajly na Vikisklade Hazewinkel Michiel ed 2001 Metric space Encyclopedia of Mathematics angl Springer ISBN 978 1 55608 010 4 Far and near several examples of distance functions at cut the knot

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто