距離関数は連続関数
距離関数は連続関数
距離空間\(\left(X,d\right)\)の距離関数\(d:X\times X\rightarrow\mathbb{R}\)は直積距離空間\(\left(X\times X,d'\right)\)上の連続関数である。
距離空間\(\left(X,d\right)\)の距離関数\(d:X\times X\rightarrow\mathbb{R}\)は直積距離空間\(\left(X\times X,d'\right)\)上の連続関数である。
\(d'\left(\left(x_{2},y_{2}\right),\left(x_{1},y_{1}\right)\right)^{2}=d\left(x_{2},x_{1}\right)^{2}+d\left(y_{2},y_{1}\right)^{2}\)であるので、\(0<\delta\)として\(d'\left(\left(x_{2},y_{2}\right),\left(x_{1},y_{1}\right)\right)<\delta\rightarrow d\left(x_{2},x_{1}\right)<\delta\land d\left(y_{2},y_{1}\right)<\delta\)となる。
このとき、
\begin{align*} d\left(x_{2},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right) & \leq d\left(x_{2},x_{1}\right)+d\left(x_{1},y_{1}\right)+d\left(y_{1},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right)\\ & =d\left(x_{2},x_{1}\right)+d\left(y_{1},y_{2}\right)\\ & <2\delta \end{align*} となり、同様に、\(d\left(x_{1},y_{1}\right)-d\left(x_{2},y_{2}\right)<2\delta\)となる。
これより、\(\left|d\left(x_{1},y_{1}\right)-d\left(x_{2},y_{2}\right)\right|<2\delta\)となるので、\(\delta=\frac{\epsilon}{2}\)とすれば、
\[ \forall\left(x_{1},y_{1}\right)\in X\times X,\forall\epsilon>0,\exists\delta>0,\forall\left(x_{2},y_{2}\right)\in X\times X;\left\{ d\left(x_{2},x_{1}\right)<\delta\land d\left(y_{2},y_{1}\right)<\delta\rightarrow\left|d\left(x_{2},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right)\right|<\epsilon\right\} \] となるので\(d\)は連続となる。
このとき、
\begin{align*} d\left(x_{2},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right) & \leq d\left(x_{2},x_{1}\right)+d\left(x_{1},y_{1}\right)+d\left(y_{1},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right)\\ & =d\left(x_{2},x_{1}\right)+d\left(y_{1},y_{2}\right)\\ & <2\delta \end{align*} となり、同様に、\(d\left(x_{1},y_{1}\right)-d\left(x_{2},y_{2}\right)<2\delta\)となる。
これより、\(\left|d\left(x_{1},y_{1}\right)-d\left(x_{2},y_{2}\right)\right|<2\delta\)となるので、\(\delta=\frac{\epsilon}{2}\)とすれば、
\[ \forall\left(x_{1},y_{1}\right)\in X\times X,\forall\epsilon>0,\exists\delta>0,\forall\left(x_{2},y_{2}\right)\in X\times X;\left\{ d\left(x_{2},x_{1}\right)<\delta\land d\left(y_{2},y_{1}\right)<\delta\rightarrow\left|d\left(x_{2},y_{2}\right)-d\left(x_{1},y_{1}\right)\right|<\epsilon\right\} \] となるので\(d\)は連続となる。
ページ情報
| タイトル | 距離関数は連続関数 |
| URL | https://www.nomuramath.com/sghz7ubc/ |
| SNSボタン |
pノルム(一般化ユークリッド空間距離)は距離空間
\[
d_{m}\left(\boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\right)=\left(\sum_{k=1}^{n}\left|x_{k}-y_{k}\right|^{m}\right)^{\frac{1}{m}}=\left\Vert \boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\right\Vert _{m}
\]
開球同士が交わるときの包含関係
\[
B\left(x_{1},r_{1}\right)\cap B\left(x_{2},r_{2}\right)\ne\emptyset\land r_{2}\leq r_{1}\Rightarrow B\left(x_{2},r_{2}\right)\subseteq B\left(x_{1},3r_{1}\right)
\]
距離空間での完備と閉集合の関係
距離空間ならば第1可算空間
距離空間$\left(X,d\right)$ならば第1可算空間となる。