lipschitz條件

在數學中,特別是實分析,lipschitz條件,即利普希茨連續條件(Lipschitz continuity),以德國數學家魯道夫·利普希茨命名,是一個比通常連續更強的光滑性條件。直覺上,利普希茨連續函式限制了函式改變的速度,符合利普希茨條件的函式的斜率,必小於一個稱為利普希茨常數的實數(該常數依函式而定)。 在微分方程,利普希茨連續是皮卡-林德洛夫定理中確保了初值問題存在唯一解的核心條件。一種特殊的利普希茨連續,稱為壓縮套用於巴拿赫不動點定理。 利普希茨連續可以定義在度量空間上以及賦范向量空間上;利普希茨連續的一種推廣稱為赫爾德連續。

定義

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對於在實數集的子集的函式,若存在常數,使得,則稱符合利普希茨條件,對於最小的常數稱為的 利普希茨常數。若,稱為收縮映射。

利普希茨條件也可對任意度量空間的函式定義:

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給定兩個度量空間,。若對於函式,存在常數使得

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則說它符合利普希茨條件。

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若存在使得

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則稱為 雙李普希茨(bi-Lipschitz)的。

皮卡-林德洛夫定理

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若已知有界,符合利普希茨條件,則微分方程初值問題剛好有一個解。

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在套用上,通常屬於一有界閉區間(如)。於是必有界,故有唯一解。

例子

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符合利普希茨條件,。

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不符合利普希茨條件,當。

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定義在所有實數值的符合利普希茨條件,。

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符合利普希茨條件,。由此可見符合利普希茨條件的函式未必可微。

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不符合利普希茨條件,。不過,它符合赫爾德條件。

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若且唯若處處可微函式f的一次導函式有界,f符利普希茨條件。這是中值定理的結果。所有函式都是局部利普希茨的,因為局部緊緻空間的連續函式必定有界。

性質

符合利普希茨條件的函式一致連續,也連續。

bi-Lipschitz函式是單射的。

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Rademacher定理:若且為開集,符利普希茨條件,則f幾乎處處可微。

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Kirszbraun定理:給定兩個希爾伯特空間,符合利普希茨條件,則存在符合利普希茨條件的,使得的利普希茨常數和的相同,且。

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