在本节中,我们将介绍一些不动点结果\((α,β,psi,φ))-插值收缩。以下引理很重要,以便稍后证明Picard序列是Cauchy。
引理2
让 做一个 \((α,β,psi,φ))-度量空间的插值收缩 融入自身,假设函数 ϕ 和 ψ 满足,至少,下列条件之一以下为:
- (\(\mathbb{A}\)):
-
它可以容纳,同时,
- (\({1}\)):
-
ψ 不会减少,
- (\(a{2}\)):
-
\(φ(s)<\psi(s)\) 为所有人 \(s>0\),
- (\(a{3}\)):
-
为所有人 。
- (\(\mathbb{B}\)):
-
如果 \({s_{n}\}\子集(0,+\infty)\) 是这样一个序列 \(psi(s{k+1})\leq\phi(s{k}^{1-\beta}s{k+1}^{\beta{)\) 为所有人 \(k\in\mathbb{N}\),然后 \(\{s_{k}\}\rightarrow 0\)。
然后 是渐近正则映射。
证明
让武断,让我们定义和为所有人\(k\in\mathbb{N}\).如果有\(k_{0}\in\mathbb{N}\)这样的话,然后是的固定点.在这种情况下,相反,假设为所有人\(k\in\mathbb{N}\)。然后每个不是的固定点还有
应用收缩性条件(3.1),我们推断\(k\in\mathbb{N}\),
如果我们定义为所有人\(k\in\mathbb{N}\),前面的不等式意味着序列\(\{s_{k}\}\)满足\(磅/平方英寸(s_{k+1})\leq\phi(s_{k}^{1-\β}s_{k+1}^{β})\)为所有人\(k\in\mathbb{N}\).在条件下(\(\mathbb{B}\)),我们推断,这就完成了证明。
接下来,假设(\(\mathbb{A}\))持有。自和,属性(\(a{2}\))保证,对所有人来说\(k\in\mathbb{N}\),
考虑到功能ψ没有减少,因此
这会立即导致
作为正实数序列严格递减,它是收敛的。然后就有了这样的话
为了证明这一点我们自相矛盾地认为在这种情况下,两个序列,
正在严格减少并收敛到(请注意,如果\(β=0),然后为所有人\(k\in\mathbb{N}\)). 作为ψ是非递减的,存在以下限制,并且它们相等:
因此\(k\rightarrow+\infty\)英寸(4.1),存在以下极限,并且是有限的:
然而,这一事实与财产相矛盾(\(a{3}\))因为
因此,和是渐近正则映射。□
备注1
-
1
请注意,前面的结果表明,条件(ii)在[23,引理3.2]当我们假设(iii)成立时。
-
2
我们包括假设(\(\mathbb{B}\))因为它可以很容易地在实际例子中检查。例如,如果有\([0,1)中的\lambda\)这样的话\(磅/平方英寸=秒)和\(φ=λs)为所有人\(在(0,+\infty)中为\),然后(\(\mathbb{B}\))通常保持不变,我们不需要检查中给出的属性(\(\mathbb{A}\)).
我们在本文中的第一个主要定理是以下结果。
定理5
让 做一个 \((α,β,psi,φ))-完备度量空间的插值压缩 融入自身,假设函数 ϕ 和 ψ 满足以下属性以下为:
- (\({1}\)):
-
ψ 不会减少,
- (\(a{2}\)):
-
\(φ<psi) 为所有人 \(s>0\),
- (\(a{3}\)):
-
为所有人 。
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
首先,让我们证明不是没有固定点的。让是一个任意的初始点,让我们考虑Picard序列属于从开始也就是说,定义和为所有人\(k\in\mathbb{N}\).如果有\(k_{0}\in\mathbb{N}\)这样的话,然后是的固定点在这种情况下,证明的第一部分就完成了。接下来假设一下为所有人\(k\in\mathbb{N}\)因此引理2意味着
此外,命题1保证Picard序列的每两项是不同的,也就是说,对于任何\(k_{1},k_{2}\in\mathbb{N}\)这样的话\(k{1}\neqk{2})。
为了证明这一点是一个-柯西序列,我们用矛盾推理。假设不是-柯西。在这种情况下,引理1声明存在和两个部分子序列和属于这样的话
应用收缩性条件(3.1)和财产(\(a{2}\)),我们推断\(k\in\mathbb{N}\),
自ψ那么,就所有人而言,这并没有减少\(k\in\mathbb{N}\),
这尤其意味着,对所有人来说\(k\in\mathbb{N}\),
考虑到(4.2)–(4.4),请注意
如果\(\alpha>0\)或\(β>0\)然后,让\(k\rightarrow+\infty\)英寸(4.5),我们观察到
这与事实相矛盾为了避免这种矛盾,假设\(阿尔法=贝塔=0)在这种情况下,收缩性条件(3.1)由提供
尽管此条件比第[23],该文中引理3.3证明的相同参数表明是中的Cauchy序列因此,我们已经证明,在任何情况下,序列是-完备度量空间中的柯西。因此这样的话也就是说,
我们声称为了证明这一点,用矛盾的方式假设也就是说,.按顺序是无限的,那么\(k_{0}\in\mathbb{N}\)这样的话和为所有人\(k\geq-k{0}\).使用收缩性条件(3.1)和财产(\(a{2}\)),我们推断\(k\ geq k_{0}\),
自ψ没有减少,我们推断
自\(1-\α-\β>0\),然后,所以因此序列极限的唯一性在度量空间中保证,这是一个矛盾,因为我们假设不是的固定点。
这个矛盾最终证明了是的固定点还有Picard序列无论初始点是什么,都会收敛到这样一个不动点. □
一般来说,不动点的唯一性是不保证的。事实上,收缩性条件(3.1)那个\((α,β,psi,φ))-插值映射满足不能用于在任何两个不同的不动点之间建立关系。条件的问题
是功能吗\(\psi,\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\)不一定定义为\(t=0)因此,如果(或)是的固定点,则前面不等式的右侧没有很好地定义。一方面,当ψ是不递减的,极限
$$\lim_{s\rightarrow 0^{+}}\psi(s)$$
存在,但当函数ψ不是从下面限定的。避免最后一个案例,我们可以合理地假设ψ定义明确\(t=0)另一方面,对于\(\phi(0)\)因为条件\(φ<psi\)不会导致附加条件,除非我们假设这两个函数ϕ和ψ将在持续\(t=0)在下面的结果中,我们说明了通过假设一个附加条件来推断不动点唯一性的简单方法。
定理6
给定一个映射 来自完全度量空间 融入自身,假设有两个实数 \([0,1)中的α、β 这样的话 \(α+β<1) 和一对函数 \(\psi,\phi:[0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\) 令人满意的
对于任何 具有 (我们同意这一点 如果 \(阿尔法=0) 和 是的固定点 ,和类似的 ).此外,假设满足以下条件以下为:
- (\({1}\)):
-
ψ 不会减少 \((0,+\infty)\);
- (\(a{2}\)):
-
\(φ<psi) 为所有人 \(s>0\);
- (\(a{3}\)):
-
为所有人 ;
- (\(a{4}\)):
-
如果 \(s_{0}\在[0,+\infty中)\) 验证 \(磅/平方英寸(s_{0})\leq\phi(0)\),然后 \(s_{0}=0\)。
然后 具有唯一的不动点和Picard序列 收敛到这样一个不动点 无论起始点是什么 。
证明
让我们考虑一下限制函数\(\psi^{\prime}=\psi|_{(0,+\infty)}\),\(\phi^{\prime}=\phi|_{(0,+\infty)}:(0,++)\rightarrow\mathbb{R}\).然后是一个\((alpha、beta、psi^{prime}、phi^{prime})-插值映射。自\(\psi^{\prime}\)和\(\ phi ^{\prime}\)满足辅助条件(\({1}\)), (\(a{2}\))、和(\(a{3}\)),定理5确保映射有一个固定点和Picard序列收敛到无论起始点是什么.为了证明不动点的唯一性,假设存在两个不同的不动点第页,共页.然后在这种情况下,收缩性条件意味着
我们可以通过以下推理得出一个矛盾。
在任何情况下,所获得的矛盾导致的不动点的唯一性. □
接下来,我们将展示先前主要结果的一些后果。
推论3
让 是一个完备的度量空间,然后让 成为映射。假设存在一个常数 \((0,1)中的α) 和两个功能 \(\psi,\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\),令人满意的(\({1}\)), (\(a{2}\)),和(\(a{3}\)),这样的话
然后 有一个不动点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
它遵循定理5适用于该案件\(β=0). □
即使我们假设。
推论4
让 是一个完备的度量空间,然后让 成为映射。假设存在两个函数 \(\psi,\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\),令人满意的(\({1}\)), (\(a{2}\)),和(\(a{3}\)),这样的话
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
它遵循定理5适用于该案件\(阿尔法=贝塔=0). □
推论5
让 是一个完备的度量空间,然后让 成为映射。假设存在一个常数 \(α在(0,0.5)中) 和两个功能 \(\psi,\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\),令人满意的(\({1}\)), (\(a{2}\)),和(\(a{3}\)),这样的话
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
它与案例相对应\(α=β)在定理中5. □
推论6
让 是一个完备的度量空间,让 是映射,然后让 \(\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\) 是满足以下条件的函数以下为:
- (\(a{2}\)):
-
\(\phi(s)<s\) 为所有人 \(s>0\);
- (\(a{3}\)):
-
为所有人 。
如果我们假设存在两个常数 \(α,β在(0,1)中) 这样的话 \(α+β<1) 和
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
只需要应用定理5什么时候\(磅/平方英寸=秒)为所有人\(在(0,+\infty)中为\). □
推论7
让 是一个完备的度量空间,让 成为映射,然后让 \(\psi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\) 是满足以下条件的函数以下为:
- (\({1}\)):
-
ψ 不会减少 \((0,+\输入)\);
- (\(a{2}\)):
-
\(s<\psi(s)\) 为所有人 \(s>0\)。
如果我们假设存在两个常数 \(α,β在(0,1)中) 这样的话 \(α+β<1) 和
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
我们使用函数\(\phi:(0,+\infty)\rightarrow\mathbb{R}\)由定义\(φ=s)为所有人\(在(0,+\infty)中为\)注意,在这种情况下,对于所有人,
所以假设(\(a{3}\))可以从中推断(\(a_{1}\))和(\(a{2}\)). 因此,只需要应用定理5什么时候\(φ=s)为所有人\(在(0,+\infty)中为\). □
推论8
让 是一个完备的度量空间,然后让 成为映射。假设存在三个常数 这样的话 \(α+β<1) 和
然后 有一个固定点和Picard序列 收敛到 无论起始点是什么 。
证明
这个结果来自定理5通过使用\(磅/平方英寸=秒)和为所有人\(在(0,+\infty)中为\).此类功能明显满足条件(\({1}\)), (\(a{2}\))、和(\(a_{3}\)). □