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Geraghty压缩的最佳逼近点定理

摘要

本文的目的是为Geraghty压缩存在唯一最佳邻近点提供充分条件。

我们的论文扩展了Geraghty(Proc.Am.Math.Soc.40:604-6081973)的一个结果。

1引言

A类B类是度量空间的非空子集(X(X),d日).

操作员T型:A类B类如果存在,则称为k收缩k个[0,1)这样的话d日(T型x个,T型)k个d日(x个,)对于任何x个,A类巴纳赫收缩原理指出,当A类是的完整子集X(X)T型是映射的k收缩A类那么就变成了它自己T型在中具有唯一的固定点A类.

文献中出现了大量对这一原则的概括。特别是,以下对巴拿赫收缩原理的概括是由于杰拉蒂[1].

首先,我们介绍一下这个类这些功能β:[0,)[0,1)满足以下条件:

β( t吨 n个 )1暗示 t吨 n个 0.

定理1.1([1])

(X(X),d日) 是一个完整的度量空间,并且 T型:X(X)X(X) 成为操作员.假设存在 β如果 这样,对于任何 x个,X(X),

d日(T型x个,T型)β ( d日 ( x个 , ) ) d日(x个,).
(1)

然后 T型 具有唯一的固定点.

由于常量函数(f)(t吨)=k个,其中k个[0,1),属于定理1.1扩展了巴拿赫收缩原理。

备注1.1由于函数属于严格小于1,条件(1)意味着

d日(T型x个,T型)<d日(x个,)对于任何x个,X(X)带有x个.

因此,任何操作员T型:X(X)X(X)满足(1)是一个连续算子。

本文的目的是通过考虑非自映射来推广定理1.1T型.

首先,我们简要讨论了最佳接近点。

A类是度量空间的非空子集(X(X),d日)T型:A类X(X)成为一个映射。方程的解T型x个=x个是的固定点T型。因此,T型(A类)A类是算子存在不动点的必要条件T型。如果此必要条件不成立,则d日(x个,T型x个)>0对于任何x个A类和映射T型:A类X(X)没有任何固定点。在这种情况下,我们的目标是找到一个元素x个A类这样的话d日(x个,T型x个)在某种意义上是最小值。最佳逼近理论和最佳逼近点分析都是在这个方向上发展起来的。

在我们的上下文中,我们考虑两个非空子集A类B类完备度量空间和映射T型:A类B类.

一个自然的问题是能否找到元素 x个 0 A类这样的话d日( x个 0 ,T型 x个 0 )=最小值{d日(x个,T型x个):x个A类}.自d日(x个,T型x个)d日(A类,B类)对于任何x个A类,此问题的最佳解决方案将是d日(A类,B类)由实值函数获得φ:A类R(右)由提供φ(x个)=d日(x个,T型x个).

有关最佳邻近点的一些结果可以在中找到[29].

2符号和基本事实

A类B类是度量空间的两个非空子集(X(X),d日).

我们表示为 A类 0 B类 0 以下集合:

哪里d日(A类,B类)=inf公司{d日(x个,):x个A类B类}.

在[8],作者提出了确定集合何时 A类 0 B类 0 是非空的。

现在,我们给出以下定义。

定义2.1A类,B类是度量空间的两个非空子集(X(X),d日).A映射T型:A类B类如果存在,则称为Geraghty收缩β如果这样的话

d日(T型x个,T型)β ( d日 ( x个 , ) ) d日(x个,)对于任何x个,A类.

请注意,自β:[0,)[0,1),我们有

d日(T型x个,T型)β ( d日 ( x个 , ) ) d日(x个,)<d日(x个,)对于任何x个,A类带有x个.

因此,每个Geraghty收缩都是一个收缩映射。

在[10],作者介绍了以下定义。

定义2.2([10])

(A类,B类)是度量空间的一对非空子集(X(X),d日)具有 A类 0 然后是这对(A类,B类)据说有P(P)-属性当且仅当用于任何 x个 1 , x个 2 A类 0 1 , 2 B类 0 ,

d日 ( x个 1 , 1 ) = d日 ( A类 , B类 ) d日 ( x个 2 , 2 ) = d日 ( A类 , B类 ) }d日( x个 1 , x个 2 )=d日( 1 , 2 ).

很容易看出,对于任何非空子集A类属于(X(X),d日),这对(A类,A类)P(P)-属性。

在[10],作者证明任何一对(A类,B类)实Hilbert空间的非空闭凸子集H(H)满足P(P)-属性。

3主要结果

我们从这一节开始介绍我们的主要结果。

定理3.1 (A类,B类) 是完备度量空间的一对非空闭子集 (X(X),d日) 这样的话 A类 0 非空. T型:A类B类 成为杰拉蒂-收缩满足 T型( A类 0 ) B类 0 .假设这对 (A类,B类) P(P)-财产.然后存在一个唯一的 x个 在里面 A类 这样的话 d日( x个 ,T型 x个 )=d日(A类,B类).

证明 A类 0 我们认为它不是空的 x个 0 A类.

作为T型 x个 0 T型( A类 0 ) B类 0 ,我们可以找到 x个 1 A类 0 这样的话d日( x个 1 ,T型 x个 0 )=d日(A类,B类)同样,由于T型 x个 1 T型( A类 0 ) B类 0 ,存在 x个 2 A类 0 这样的话d日( x个 2 ,T型 x个 1 )=d日(A类,B类)重复这个过程,我们可以得到一个序列( x个 n个 )在里面 A类 0 令人满意的

d日( x个 n个 + 1 ,T型 x个 n个 )=d日(A类,B类)对于任何n个N个.

(A类,B类)P(P)-财产,我们有

d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )=d日(T型 x个 n个 1 ,T型 x个 n个 )对于任何n个N个.

考虑到这一点T型对任何人来说都是Geraghty的缩写n个N个,我们有

d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )=d日(T型 x个 n个 1 ,T型 x个 n个 )β ( d日 ( x个 n个 1 , x个 n个 ) ) d日( x个 n个 1 , x个 n个 )<d日( x个 n个 1 , x个 n个 ).
(2)

假设存在 n个 0 N个这样的话d日( x个 n个 0 , x个 n个 0 + 1 )=0.

在这种情况下,

0=d日( x个 n个 0 , x个 n个 0 + 1 )=d日(T型 x个 n个 0 1 ,T型 x个 n个 0 ),

因此,T型 x个 n个 0 1 =T型 x个 n个 0 .

因此,

d日(A类,B类)=d日( x个 n个 0 ,T型 x个 n个 0 1 )=d日( x个 n个 0 ,T型 x个 n个 0 )

这就是所期望的结果。

在相反的情况下,假设d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )>0对于任何n个N个.

由(2),(d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 ))是非负实数的递减序列,因此存在第页0这样的话

n个 d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )=第页.

在续集中,我们证明了第页=0.

假设第页>0,然后从(2)开始

0< d日 ( x个 n个 , x个 n个 + 1 ) d日 ( x个 n个 1 , x个 n个 ) β ( d日 ( x个 n个 1 , x个 n个 ) ) <1对于任何n个N个.

最后一个不等式意味着 n个 β(d日( x个 n个 1 , x个 n个 ))=1从那以后β如果,我们获得第页=0这与我们的假设相矛盾。

因此,

n个 d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )=0.
(3)

请注意,自d日( x个 n个 + 1 ,T型 x个 n个 )=d日(A类,B类)对于任何n个N个,用于,q个N个修复了,我们有d日( x个 ,T型 x个 1 )=d日( x个 q个 ,T型 x个 q个 1 )=d日(A类,B类),自(A类,B类)满足P(P)-属性,d日( x个 , x个 q个 )=d日(T型 x个 1 ,T型 x个 q个 1 ).

在下文中,我们证明了( x个 n个 )是一个柯西序列。

在相反的情况下,我们有

啜饮 , n个 d日( x个 n个 , x个 )>0.

利用三角不等式,

d日( x个 n个 , x个 )d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )+d日( x个 n个 + 1 , x个 + 1 )+d日( x个 + 1 , x个 ).

由(2)及之后d日( x个 n个 + 1 , x个 + 1 )=d日(T型 x个 n个 ,T型 x个 ),根据上述评论,我们

d日 ( x个 n个 , x个 ) d日 ( x个 n个 , x个 n个 + 1 ) + d日 ( T型 x个 n个 , T型 x个 ) + d日 ( x个 + 1 , x个 ) d日 ( x个 n个 , x个 n个 + 1 ) + β ( d日 ( x个 n个 , x个 ) ) d日 ( x个 n个 , x个 ) + d日 ( x个 + 1 , x个 ) ,

这给了我们

d日( x个 n个 , x个 ) ( 1 β ( d日 ( x个 n个 , x个 ) ) ) 1 [ d日 ( x个 n个 , x个 n个 + 1 ) + d日 ( x个 + 1 , x个 ) ] .

啜饮 , n个 d日( x个 n个 , x个 )>0以及(3), 啜饮 n个 d日( x个 n个 , x个 n个 + 1 )=0从上一个不等式可以看出

啜饮 , n个 ( 1 β ( d日 ( x个 n个 , x个 ) ) ) 1 =.

因此, 啜饮 , n个 β(d日( x个 n个 , x个 ))=1.

考虑到这一点β如果,我们得到 啜饮 , n个 d日( x个 n个 , x个 )=0这与我们的假设相矛盾。

因此,( x个 n个 )是一个柯西序列。

( x个 n个 )A类A类是完整度量空间的闭子集(X(X),d日),我们可以找到 x个 A类这样的话 x个 n个 x个 .

由于任何Geraghty收缩都是收缩映射,因此是连续的,我们有T型 x个 n个 T型 x个 .

这意味着d日( x个 n个 + 1 ,T型 x个 n个 )d日( x个 ,T型 x个 ).

考虑到顺序(d日( x个 n个 + 1 ,T型 x个 n个 ))是具有值的常量序列d日(A类,B类),我们推断

d日 ( x个 , T型 x个 ) =d日(A类,B类).

这意味着 x个 是的最佳接近点T型.

这证明了我们定理存在的部分。

对于唯一性,假设 x个 1 x个 2 是两个最佳接近点T型具有 x个 1 x个 2 .

这意味着

d日( x个 ,T型 x个 )=d日(A类,B类)=1,2.

使用P(P)-财产,我们有

d日( x个 1 , x个 2 )=d日(T型 x个 1 ,T型 x个 2 ).

利用以下事实T型是Geraghty收缩

d日( x个 1 , x个 2 )=d日(T型 x个 1 ,T型 x个 2 )β ( d日 ( x个 1 , x个 2 ) ) d日( x个 1 , x个 2 )<d日( x个 1 , x个 2 ),

这是一个矛盾。

因此, x个 1 = x个 2 .

这就完成了证明。 □

4个示例

为了说明我们的结果,我们给出了一些例子。

示例4.1考虑X(X)= R(右) 2 使用通常的度量标准。

A类B类是的子集X(X)由定义

A类={0}×[0,)B类={1}×[0,).

显然,d日(A类,B类)=1A类,B类是的非空闭子集X(X).

此外,很容易看出 A类 0 =A类 B类 0 =B类.

T型:A类B类映射定义为

T型(0,x个)= ( 1 , 自然对数 ( 1 + x个 ) ) 对于任何(0,x个)A类.

在续集中,我们检查了一下T型是Geraghty收缩。

事实上,对于(0,x个),(0,)A类具有x个,我们有

d日 ( T型 ( 0 , x个 ) , T型 ( 0 , ) ) = d日 ( ( 1 , 自然对数 ( 1 + x个 ) ) , ( 1 , 自然对数 ( 1 + ) ) ) = | 自然对数 ( 1 + x个 ) 自然对数 ( 1 + ) | = | 自然对数 ( 1 + x个 1 + ) | .
(4)

现在,我们证明

|自然对数 ( 1 + x个 1 + ) |自然对数 ( 1 + | x个 | ) .
(5)

假设x个>(同样的推理适用于>x个).

然后,因为ϕ(t吨)=自然对数(1+t吨)严格来说是在增加[0,),我们有

自然对数 ( 1 + x个 1 + ) =自然对数 ( 1 + + x个 1 + ) =自然对数 ( 1 + x个 1 + ) 自然对数(1+x个)=自然对数 ( 1 + | x个 | ) .

这证明了(5)。

考虑到(4)和(5),我们有

d日 ( T型 ( 0 , x个 ) , T型 ( 0 , ) ) = | 自然对数 ( 1 + x个 1 + ) | 自然对数 ( 1 + | x个 | ) = 自然对数 ( 1 + | x个 | ) | x个 | | x个 | = ϕ ( d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) ) d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) = β ( d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) ) d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) ,
(6)

哪里ϕ(t吨)=自然对数(1+t吨)对于t吨0、和β(t吨)= ϕ ( t吨 ) t吨 对于t吨>0β(0)=0.

显然,当x个=,满足不等式(6)。

很容易看出β(t吨)= 自然对数 ( 1 + t吨 ) t吨 如果通过使用基本微积分。

因此,T型是Geraghty的缩写。

注意这对(A类,B类)满足P(P)-属性。

的确,如果

然后 x个 1 = 1 x个 2 = 2 因此,

d日 ( ( 0 , x个 1 ) , ( 0 , x个 2 ) ) =| x个 1 x个 2 |=| 1 2 |=d日 ( ( 1 , 1 ) , ( 1 , 2 ) ) .

根据定理3.1,T型有一个独特的最佳接近点。

显然,这一点是(0,0)A类.

条件A类B类是度量空间的非空闭子集(X(X),d日)不是Geraghty收缩存在唯一最佳邻近点的必要条件T型:A类B类正如下面的例子所证明的那样。

示例4.2考虑X(X)= R(右) 2 具有通常的度量和X(X)由提供

A类={0}×[0,)B类={1}×[0, π 2 ).

显然,d日(A类,B类)=1B类不是的闭子集X(X).

请注意 A类 0 =0×[0, π 2 ) B类 0 =B类.

我们考虑映射T型:A类B类定义为

T型(0,x个)=(1,阿卡坦x个)对于任何(0,x个)A类.

现在,我们检查一下T型是Geraghty收缩。

事实上,对于(0,x个),(0,)A类具有x个,我们有

d日 ( T型 ( 0 , x个 ) , T型 ( 0 , ) ) =d日 ( ( 1 , 阿卡坦 x个 ) , ( 1 , 阿卡坦 ) ) =|阿卡坦x个阿卡坦|.
(7)

在下文中,我们需要证明

|阿卡坦x个阿卡坦|阿卡坦|x个|.
(8)

事实上,假设x个>(同样的论点适用于>x个).

放置阿卡坦x个=α阿卡坦=β(请注意α>β自从函数ϕ(t吨)=阿卡坦t吨对于t吨0正在严格增加)。

考虑到这一点

棕褐色的(αβ)= 棕褐色的 α 棕褐色的 β 1 + 棕褐色的 α 棕褐色的 β

从那以后α,β[0, π 2 ),我们有棕褐色的α,棕褐色的β[0,)因此,从上一个不等式可以看出

棕褐色的(αβ)棕褐色的α棕褐色的β.

应用ϕ(请注意ϕ(t吨)=阿卡坦t吨)最后一个不等式,并考虑到ϕ,我们有

αβ阿卡坦(棕褐色的α棕褐色的β),

或同等标准,

阿卡坦x个阿卡坦=αβ阿卡坦(x个),

这证明了(8)。

通过(7)和(8),我们得到

d日 ( T型 ( 0 , x个 ) , T型 ( 0 , ) ) = | 阿卡坦 x个 阿卡坦 | 阿卡坦 | x个 | = 阿卡坦 | x个 | | x个 | | x个 | = β ( d日 ( 0 , x个 ) , d日 ( 0 , ) ) d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 0 , ) ) ,
(9)

哪里β(t吨)= 阿卡坦 t吨 t吨 对于t吨>0β(0)=0显然,不等式(9)满足(0,x个),(0,)A类具有x个=.

现在,我们证明β如果.

事实上,如果β( t吨 n个 )= 阿卡坦 t吨 n个 t吨 n个 1,然后是序列( t吨 n个 )是一个有界序列,因为在相反的情况下, t吨 n个 因此β( t吨 n个 )0。假设 t吨 n个 0。这意味着存在ϵ>0这样,对于每个n个N个,存在 n个 n个具有 t吨 n个 ϵ.的有界字符( t吨 n个 )给出了子序列的存在性( t吨 k个 n个 )属于( t吨 n个 )具有( t吨 k个 n个 )收敛的。假设 t吨 k个 n个 .来自β( t吨 n个 )1,我们获得 阿卡坦 t吨 k个 n个 t吨 k个 n个 阿卡坦 =1并且,作为阿卡坦x个=x个 x个 0 =0,我们获得=0.

因此, t吨 k个 n个 0这与事实相矛盾 t吨 k个 n个 ϵ对于任何n个N个.

因此, t吨 n个 0这证明了β如果.

与示例4.1中使用的参数类似的参数证明了(A类,B类)P(P)-属性。

另一方面,关键是(0,0)A类是最佳接近点T型自从

d日 ( ( 0 , 0 ) , T型 ( 0 , 0 ) ) =d日 ( ( 0 , 0 ) , ( 1 , 阿卡坦 0 ) ) =d日 ( ( 0 , 0 ) , ( 1 , 0 ) ) =1=d日(A类,B类).

此外,(0,0)是唯一的最佳接近点T型.

的确,如果(0,x个)A类是最佳接近点T型,然后

1=d日(A类,B类)=d日 ( ( 0 , x个 ) , T型 ( 0 , x个 ) ) =d日 ( ( 0 , x个 ) , ( 1 , 阿卡坦 x个 ) ) = 1 + ( x个 阿卡坦 x个 ) 2 ,

这给了我们

x个=阿卡坦x个.

考虑到这个方程的唯一解是x个=0,我们已经证明了T型具有唯一的最佳接近点,即(0,0).

注意,在这种情况下B类未关闭。

由于对于任何非空子集A类属于X(X),这对(A类,A类)满足P(P)-属性,我们有以下推论。

推论4.1 (X(X),d日) 是一个完整的度量空间,并且 A类 是X的非空闭子集. T型:A类A类 成为杰拉蒂-收缩.然后 T型 具有唯一的固定点.

证明A类=B类,预期结果如下。 □

请注意,当A类=X(X),推论4.1是由Gerahty引起的定理1.1[1].

工具书类

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  10. Sankar Raj,V:非自映射的Banach收缩原理。预打印

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致谢

本研究部分得到了“大加那利拉斯帕尔马斯大学”ULPGC 2010-006项目的支持。

作者信息

作者和附属机构

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通讯作者

与的通信K萨达兰加尼.

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相互竞争的利益

作者声明,他们没有相互竞争的利益。

作者的贡献

这三位作者在本文中贡献均等。他们阅读并批准了最后的手稿。

权利和权限

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关于本文

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Caballero,J.、Harjani,J.和Sadarangani,K。Geraghty压缩的最佳邻近点定理。不动点理论应用 2012, 231 (2012). https://doi.org/10.1186/1687-1812-2012-231

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