貝西科維奇覆蓋定理

數學上,貝西科維奇(Besicovitch)覆蓋定理是實分析的一條覆蓋定理。歐氏空間的任何一個有半徑上限的閉球族中,可以取出幾個子集,子集的球互不相交,且覆蓋原來閉球族中所有球的中心,而子集的數目上限只取決於空間的維數。

定理敘述

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

若 是 中的非退化(半徑為正數)閉球族,當中的球的半徑有有限上界,即

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

而A為當中的球的中心組成的集合。那么F中存在子集 ,每個 是可數多個互不相交的球的集合,而且

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

其中 是一個僅依賴於n的常數。

證明

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

先假設A是有界集合。依次選取球 ,選擇 為 ,適合條件 。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

若已選取 。令 。若 ,就停止;若否,選擇 為B,適合條件 。

球 B有以下性質:

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

(1)以B的選取方法可知,若j>i,則 。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

(2)將全部球B的半徑縮至三分之一,從以上不等式,可證這些縮小的球 互不相交。

(3)若有可數無限多球B,因A有界,及縮小的球不交的性質,所以球B的半徑趨向0。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

(4) 。若B數目有限,則結果明顯;若數目是無限多,假如有 ,那么F中有球B(a,r),而從上一性質知,對足夠大的j,有 ,與B的選取條件矛盾。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對k> 1,估算B和多少個之前選擇的球B相交。先將這樣的B按半徑r分成兩組: 為第一組, 為第二組。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對第一組的球 ,將其縮小成 後包含在 中。 之間互不相交,故總體積不超過 的體積。又因 ,因此 相對 的比例有一個下限,而這下限僅由維數n決定。所以第一組的球的數目有一個僅依賴於n的上限。

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對第二組的球,任取其中兩個球 。考慮以 作頂點的三角形。因B,B都和B相交,又a不在 之內,故有不等式

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

繼而證出此三角形以a為頂點的角 ,不小於一常數。

將第二組各個的球的中心和a之間連成直線,則任意兩條直線之間在a的夾角不小於arccos(61/64)。a為中心的單位球面上,這些直線中任何兩條和球面的交點,其間的球面距離,等於直線間的夾角。直線間的夾角下限,就是交點間的球面距離下限。在單位球面上所能容納的這樣的點的數目,有一個只依賴維數n的上限,這也就是第二組球的數目上限。

B和之前的球相交的數目上限,是以上兩組的上限的和,於是這個上限只依賴於維數n。這個上限加1設為M。現在從 B開始依次把球放到子集G內。輪到B時,因為之前的球中最多有M-1個和B相交,因此在M個子集G中,必定有至少一個所包含的球都不和B相交,於是可以把B加進這個子集。這樣就得出了子集G,滿足條件

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對一般的A,設

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對每個正整數l,設

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

將以上結果用到 和 上,得到子集 ,滿足條件

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理
貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

對 ,設 ,並設 。那么 的球互不相交,且有

貝西科維奇覆蓋定理 貝西科維奇覆蓋定理

因此定理得證。

參見

•維塔利覆蓋引理

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們