泛函分析习题

第七章 度量空间和赋范线性空间

复习题:

1.设(X,d)为一度量空间,令

U(x0,?)?{x|x?X,d(x,x0)??},S(x0,?)?{x|x?X,d(x,x0)??},

问U(x0,?)的闭包是否等于S(x0,?)?

2.设C?[a,b]是区间[a,b]上无限次可微函数的全体,定义

?d(f,g)??r?012rmaxa?t?b|f(r)(t)?g(r)(t)|(t)|1?|f(r)(t)?g(r).

证明C?[a,b]按d(f,g)成度量空间.

3.设B是度量空间X中闭集,证明必有一列开集O1,O2,?,On,?包含B,而且?Onn?1??B.

4.设d(x,y)为空间X上的距离,证明

?(x,y)?dd(x,y)1?d(x,y)

也是X上的距离.

5.证明点列{fn}按题2中距离收敛于f?C[a,b]的充要条件为fn?的

各阶导数在[a,b]上一致收敛于f的各阶导数.

6.设B?[a,b],证明度量空间C[a,b]中的集

{f|当t?B时, f(t)=0}

为C[a,b]中的闭集,而集

A?{f|当t?时B,|f(t)?|a}(?a

为开集的充要条件是B为闭集.

7.设E及F是度量空间中两个集,如果d(E,F)?0,证明必有不相交开集O及G分别包含E及F.

8.设B[a,b]表示[a,b]上实有界函数全体,对B[a,b]中任意两元素

f,g?B[a,b],规定距离为

d(f,g)?sup|f(t)?g(t)|.

a?t?b证明B[a,b]不是可分区间.

9.设X是可分距离空间,f为X的一个开覆盖,即f是一族开集,使得对每个x?X,有f中开集O,使x?O,证明必可从f中选出可数个集组成X的一个覆盖.

10.设X为距离空间,A为X中子集,令f(x)?infd(x,y),x?X,证

y?A明f(x)是X上连续函数.

11.设X为距离空间,F1,F2为X中不相交的闭集,证明存在开集

G1,G2,使得G1?G2??,G1?F1,G2?F2.

12.设X,Y,Z为三个度量空间,g是Y到f是X到Y中的连续映射,

Z中的连续映射,证明复合映射(gf)(x)?g(f(x))是X到Z中的连续映

射.

13.设X是度量空间,f是X上的实函数,证明f是连续映射的充要条件是对每个实数c,集合

{x|x?X,f(x)?c}和集合{x|x?X,f(x)?c}. 都是闭集.

14.证明柯西点列是有界点列.

15.证明§1中空间S,B(A)以及离散空间都是完备的度量空间.

16.证明l?与C(0,1]的一个子空间等距同构.

17.设F是n维欧几里得空间Rn中有界闭集,A是F到自身中的映射,并且适合下列条件:对任何x,y?F(x?

d(Ax,Ay)?d(x,y),

y),有

证明映射A在F中存在唯一的不动点.

18.设X为完备度量空间,A是X到X中映射,记 an?supx?x?d(Ax,Ax?)d(x,x?)nn.

若?ann?1???,则映射A有唯一不动点.

19.设A为从完备度量空间X到Y中映射,若在开球U(x0,r) (r?0)内适合

d(Ax,Ax?)??d(x,x?),0???1.

又A在闭球S(x0,r)?{x|d(x,x0)?r

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