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习题 1.21

求证: 均为可分度量空间.

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明


1. 空间定义

  • :所有满足 的实(或复)数列 构成的线性空间,赋予范数 ,相应的度量为 。
  • :所有实(或复)数列 构成的线性空间,赋予度量
    易验证 是 上的一个度量,且 在该度量下是完备的(Fréchet 空间)。

2. 的可分性

记 为有理数集(若为复空间则取 ,它也是可数集)。定义

是可数个有限长有理数组的并,故 可数。往证 在 中稠密。

任取 及 。因为 ,存在 使得当 时 。对每个 ,选取 满足 (有理数的稠密性)。构造 。

  • 当 时,;
  • 当 时,。

因此 ,即 在 中稠密。故 是可分度量空间。


3. 的可分性

仍取 为有理数集,定义

可数。下证 在度量 下稠于 。

任取 及 。由于级数 收敛,可取 使得

对每个 ,因有理数稠密,可选 使得

(这是可行的:令 充分小,则左方可任意小。)
构造 。

计算距离

  • 第一项估计:因为 ,
  • 第二项估计:由于 ,

于是 ,故 在 中稠密。因此 也是可分度量空间。


综上, 和 均为可分度量空间。∎