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        D*-度量空間廣義弱壓縮映射的不動(dòng)點(diǎn)定理

        2020-10-15 09:36:34張瑜薛西鋒
        關(guān)鍵詞:不動(dòng)點(diǎn)連續(xù)性廣義

        張瑜,薛西鋒

        (西北大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院,陜西西安710127)

        0 引 言

        不動(dòng)點(diǎn)問題是非線性泛函分析的重要組成部分, 而滿足一定壓縮條件的映射不動(dòng)點(diǎn)問題一直是研究的熱點(diǎn)。 自從1997 年ALBER 等[1]提出弱壓縮的概念以來, 越來越多的學(xué)者開始在度量空間研究弱壓縮映射的不動(dòng)點(diǎn)問題, 并向其他廣義度量空間推廣。 文獻(xiàn)[2]證明了滿足弱壓縮映射的不動(dòng)點(diǎn)定理; 文獻(xiàn)[3-6]提出了廣義的弱壓縮映射定理,推廣了文獻(xiàn)[2]的結(jié)果。 2006 年, 作為對度量空間的推廣, MUSTAFA 等[7]引入G-度量空間;文獻(xiàn)[8]進(jìn)一步推廣了弱壓縮映射,證明了G-度量空間滿足(ψ,?)弱壓縮的不動(dòng)點(diǎn)定理。 2007 年, SEDGHI等[9]提出D*-度量空間的概念, 給出了D*-度量空間的一些相關(guān)性質(zhì), 并在該空間研究了不動(dòng)點(diǎn)定理。此后,很多研究者開始研究D*-度量空間的各種不動(dòng)點(diǎn)問題。 文獻(xiàn)[10-11]研究了D*-度量空間中弱相容映射的不動(dòng)點(diǎn)問題;關(guān)于D*-度量空間中的不動(dòng)點(diǎn)定理可參看文獻(xiàn)[12-14]。 本文將廣義弱壓縮映射推廣至D*-度量空間, 借助D*-度量空間的相關(guān)性質(zhì)證明了完備D*-度量空間中滿足廣義弱壓縮映射的不動(dòng)點(diǎn)問題, 給出了幾個(gè)不動(dòng)點(diǎn)定理, 推廣了文獻(xiàn)[3]的結(jié)果。

        1 預(yù)備知識

        定義1[9]設(shè)X是非空集合, 映射D*:X3→[0,∞)滿足條件(?x,y,z,a∈X):

        (1)D*(x,y,z) ≥0;

        (2)D*(x,y,z) =0?x=y=z;

        (3)D*(x,y,z) =D*(x,z,y) =D*(z,x,y);

        (4)D*(x,y,z) ≤D*(x,y,a) +D*(a,z,z)。

        則稱(X,D*)為D*-度量空間。

        定義 2[9]設(shè)(X,D*) 為D*- 度量空間,{xn} ?X, 則有

        (1)序列{xn}收斂于x∈X當(dāng)且僅當(dāng)

        即 ?ε>0, ?n0∈Ν, 使 得 當(dāng)n≥n0時(shí) ,有D*(x,x,xn) <ε。

        (2) 稱序 列{xn}為Cauchy 列 是指?ε>0, 存 在n0∈Ν, 使得當(dāng)m,n≥n0時(shí),有D*(xn,xn,xm)<ε。

        (3) 若(X,D*)中的每個(gè)Cauchy 列在X中都是收斂的, 則稱空間(X,D*)是完備的。

        引理1[9]設(shè)(X,D*) 為D*- 度量空間, 則D*(x,x,y) =D*(x,y,y)。

        定義3[9]設(shè)(X,D*) 為D*- 度量空間, 若D*(xn,yn,zn)=D*(x,y,z), 則 稱D*是X3上 的連續(xù)函數(shù)。 其中,X3上的序列{(xn,yn,zn)}收斂于(x,y,z) ∈X3, 即

        引理2[9]設(shè)(X,D*)為D*-度量空間, 則D*是X3上的連續(xù)函數(shù)。

        引理 3[9]設(shè)(X,D*) 為D*- 度量空間,{xn} ?X, 若{xn}收斂于x∈X, 則x是唯一的。

        引理 4[9]設(shè)(X,D*) 為D*- 度量空間,{xn} ?X, 若 {xn} 收 斂 于x∈X, 則 {xn} 是Cauchy 列。

        定義4[1]設(shè)(X,d)是度量空間, 稱映射T:X→X為弱壓縮映射, 若對?x,y∈X, 均有

        其 中,?:[0,∞)→[0,∞) 是 非 減 的 連 續(xù) 函 數(shù) 且?(t)=0 ?t=0。

        定義5設(shè)(X,D*) 是D*-度量空間, 若對?x,y,z∈X, 均有

        則稱映射T:X→X為弱壓縮映射。

        定義6[15]距離控制函數(shù)ψ:[0,∞)→[0,∞)滿足以下性質(zhì):

        (1)ψ是連續(xù)的;

        (2)ψ是單調(diào)不減的;

        (3)ψ(t) =0 ?t=0。

        用Ψ 表示函數(shù)族ψ,用Φ 表示函數(shù)族?,且滿足:

        DUTTA 等[3]給出了以下定理,推廣了弱壓縮映射。

        定理1[3]設(shè) (X,d)是完備的度量空間,T:X→X, 若對?x,y∈X,有

        則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        2 主要結(jié)果

        定理2設(shè)(X,D*)是完備的D*-度量空間T:X→X上的映射, 若對?x,y,z∈X,有

        則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證 明取x0∈X, 則 存 在x1∈X, 使 得x1=Tx0, 存在x2∈X, 使得x2=Tx1, …。 定義序列{xn}:xn+1=Txn(n=0,1,2,…)。則由式(1)可得

        不等式兩邊同時(shí)取極限, 則由D*-度量空間的連續(xù)性得

        由ψ和?的性質(zhì)知,?(d) =0, 因此d=0。故

        下證{xn}是Cauchy 列。

        假設(shè){xn}不是Cauchy 列, 則當(dāng)ε>0 時(shí), 存在2個(gè) 子 序 列{xn(k)} 和{xm(k)},且m(k) >n(k) ≥k,使得

        因D*(xn,xn,xn+1)=0, 上 式 兩 邊 同 時(shí) 取 極 限,可得

        令k→∞, 由ψ和?的連續(xù)性及D*-度量空間的連續(xù)性,有

        則?(ε) =0,ε=0 與 已 知 條 件ε>0 相 矛 盾。 故{xn}是Cauchy 列。

        因(X,D*)是完備的度量空間, 則?x∈X, 使得xn→x(n→∞),

        令n→∞, 由ψ和?的連續(xù)性及D*-度量空間的連續(xù)性,得

        則D*(x,x,Tx) =0。 故Tx=x, 因此x是T的不動(dòng)點(diǎn)。

        下證不動(dòng)點(diǎn)的唯一性。

        不妨設(shè)?y∈X, 使得Ty=y且y≠x,

        又x≠y,則

        顯然矛盾, 故x=y,x是T的唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證畢!

        例1設(shè)X= [0,∞), 定義在X上的D*-度量空間為

        則(X,D*)是完備的度量空間。

        證 明定 義T:X→X為Tx=,取?(t) =,ψ(t) =t,有

        即定理2 的所有條件都滿足。 由定理2 可知,T有不動(dòng)點(diǎn), 且0 為其不動(dòng)點(diǎn)。

        證畢!

        推論1設(shè)(X,D*)是完備的D*-度量空間T:X→X上的弱壓縮映射, 則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        推論2設(shè)(X,D*)是完備的D*-度量空間T:X→X上的映射,若對?x,y,z∈X,有

        則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證明由定理2 知,Tm有唯一不動(dòng)點(diǎn), 假設(shè)x是Tm的不動(dòng)點(diǎn), 則Tm x=x。從而

        即Tx也是Tm的不動(dòng)點(diǎn)。 由不動(dòng)點(diǎn)的唯一性知,Tx=x。

        故結(jié)論成立。

        定理3設(shè)(X,D*)是完備的D*-度量空間T:X→X上的映射, 若對?x,y,z∈X,有

        則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證 明取x0∈X, 則 存 在x1∈X, 使 得x1=Tx0, 存在x2∈X, 使得x2=Tx1,…。 可定義序列{xn}為xn+1=Txn(n=0,1,2,…)。

        當(dāng)xn+1=xn時(shí), 即xn+1=Txn=xn, 則xn是T的不動(dòng)點(diǎn)。不失一般性, 假設(shè)xn+1≠xn,則由式(2)可得

        由距離控制函數(shù)ψ的性質(zhì)得

        可知{D*(xn,xn,xn+1)} 是遞減的, 記其極限為d≥0。

        不等式兩邊同時(shí)取極限, 由D*-度量空間的連續(xù)性,得

        由ψ和?的 性 質(zhì) 知,?(d) =0, 因 此d=0。

        故*(xn,xn,xn+1)=0。

        下證{xn}是Cauchy 列。

        假 設(shè){xn}不 是Cauchy 列, 則當(dāng)ε>0 時(shí),存在2個(gè) 子 序 列{xn(k)} 和{xm(k)},且m(k) >n(k) ≥k,使得。=。

        在 上 式中,令k→∞, 則 由ψ和?的連 續(xù) 性 及D*-度量空間的連續(xù)性,得

        因此?(ε) =0,ε=0 與假設(shè)條件ε>0 矛盾,故{xn}是Cauchy 列。

        由 空 間(X,D*) 的 完 備 性 知, ?x∈X, 使 得xn→x(n→∞)。

        下證x是T的不動(dòng)點(diǎn)。

        由于D*-度量空間關(guān)于3 個(gè)變量是連續(xù)的, 故

        下證不動(dòng)點(diǎn)的唯一性。

        不妨設(shè)存在y∈X, 使得Ty=y且y≠x,有

        顯然矛盾, 故x=y, 因此x是T的唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證畢!

        例2設(shè)X= [0,∞), 定義在X上的D*-度量空間為

        則(X,D*)是完備的度量空間。

        即滿足定理3 的所有條件。 故由定理3 知,T有不動(dòng)點(diǎn)。

        證畢!

        推論3設(shè)(X,D*)是完備的D*-度量空間T:X→X上 的 映 射 , 若 對 ?x,y,z∈X, 有D*(Tx,Ty,Tz) ≤max {D*(x,y,z),D*(x,Tx,z),

        則T在X中存在唯一不動(dòng)點(diǎn)。

        證明取定理3 中的ψ為恒等映射, 易證得結(jié)論成立。

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