連續集值映射

連續集值映射

連續集值映射(continuous set-valued mapping)是一類特殊的集值映射。設X,Y為拓撲空間,F:X→Y為集值映射,x∈X,若對於F(x)的任意鄰域V,存在x的鄰域U,使得當z∈U時有F(z)⊂V,則稱F在點x是上半連續的,若F在X的任意點都是上半連續的,則稱F為X上的上半連續集值映射。若對於Y的任意開集V,當F(x)∩V≠∅時,存在x的鄰域U,使得當z∈U時有F(z)∩V≠∅,則稱F在點x是下半連續的,若F在X的任意點都是下半連續的,則稱F為X上的下半連續集值映射。上半連續且下半連續的集值映射稱為連續集值映射。這個定義是庫拉托夫斯基(K.Kuratowski)於1932年給出的 。

定義

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稱集值映射在點處是 下半連續的,若對任何及,總有,使得成立,若在X上的每一點都是 下半連續的,則稱是在X上下半連續的。稱集值映射是 連續的,若它既是上半連續又是下半連續的 。

相關概念

集值映射

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對於兩個集合,如果按照一個對應關係(規則),使得對於中的每一元素,都有中的一個(幾個)確定的元素與之對應,那么我們把這個對應關係叫做集合到集合的 單值(多值)映射,多值映射也稱“ 集值映射”。通常用…等符號來代表映射,當表示一個由集合到集合的映射,那么記,或,對任意,對於任意集合,我們把集合叫做的象,而對任何集合,我們把集合叫做的 原象(逆象)

凹函式與凸函式

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定義1對凸集上的函式,如果不等式

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對任意的和任意成立,那么我們稱函式為上的 凹函式。當不等式是嚴格不等式時,我們叫為 嚴格凹函式

類似可定義凸函式。凹函式圖像如圖1。

圖1 圖1
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下面的定義都將限制集合是中的有界閉、凸集。

上半連續

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定義2對多值映射序列,如果當且時有,那么,我們說映射是 上半連續的

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當為單值映射時,以上就是它的連續性定義。

下半連續

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定義3若從能夠推出存在使得則稱映射為 下半連

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由定義得知,要證明映射的下半連續性,就要找出滿足定義條件的序列來。

相關性質

線性組合

關於多值映射的線性組合,我們有如下定義。

連續集值映射 連續集值映射
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定義4假定有幾個映射是上半連續的,是凸且有界閉的集合,那么映射

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叫做映射的 線性組合,並用記號。

定理1

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假定集合是凸,有界閉集,定必在上的連續函式關於是凹的,那么映射

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是上半連續的,且集合是非空凸、閉集。

定理2

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假定集合X與Y是凸、有界閉集,函式定義在上,且對x與y分別是連續的,對y是凸的,如果存在,使得對所有滿足。那么映射既是上半連續又是下半連續,並且集合是非空,凸且閉的。

定理3

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假定連續函式定義在上,其中是凸,有界閉集,對y是凹的,並且多值映射是上半且下半連續的,集非空,對任意是凸的。那么映射

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是上半連續的,集合是非空,凸且有界閉的集合。

定理4

關於多值映射的線性組合,有如下結論。

上半連續映射的線性組合也是上半連續的。

定理5

下述的日本學者卡庫坦的多值映射不動點定理,在經濟數學中占有重要地位。

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假定是凸且有界閉的中的子集,映射是上半連續的,集合是非空凸集,那么存在,使。

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