7.4 Successioni generalizzate, o “reti”[29X]

Definizione 234

[21J]Sia nel seguito \((J,≤)\) un insieme ordinato con la proprietà filtrante

\begin{equation} ∀ x,y∈ J ~ ∃ z∈ J,~ x< z\land y< z \end{equation}
235

(Si veda la sezione ??).

Una funzione \(f:J→X\) viene chiamata rete.

Questa \(f\) è una generalizzazione del concetto di successione; infatti l’insieme \(J=ℕ\) con il suo usuale ordinamento ha la proprietà filtrante

In questa sezione ci concentriamo sul caso \(X=ℝ\).

Nota 236

[2B3]Notate che questa definizione si discosta da quella generalmente usata, si veda in [ 35 ] o in [ 15 ] ; ma è equivalente a tutti gli effetti pratici, per quanto spiegato in 4, 240, 8.

Definizione 237

[0FR] Prerequisiti:3, 62, Sez. ??.

Dato \(J\) insieme ordinato (parzialmente) e filtrante, e data \(f:J→ℝ\), vogliamo definire il concetto di limite di \(f(j)\) “per \(j→∞\)”.  1 .

  • Diremo che

    \[ \lim _{j∈ J}f(j)=l∈ ℝ \]

    se

    \[ ∀ \varepsilon {\gt}0 \, ∃ k∈ J \, ∀ j∈ J, \, j≥ k ⇒ |l-f(j)|{\lt}\varepsilon \quad . \]

    Similmente si definiscono i casi \(l=±∞\) (imitando le definizioni usate quando \(J=ℕ\).) (Questa è la definizione negli appunti del corso, cap. 4 sez. 2 in [ 3 ] )

  • Equivalentemente possiamo dire che

    \[ \lim _{j∈ J}f(j)=l∈ \overlineℝ \]

    se per ogni intorno \(U\) di \(l\) si ha che \(f(j)∈ U\) definitivamente per \(j∈ J\); dove definitivamente è stato definito in 62.

  • Ricordiamo da 61 che “un intorno di \(∞\) in \(J\)” è un sottoinsieme \(U⊆ J\) tale che \(∃ k∈ J ∀ j∈ J , j≥ k ⇒ j∈ U\). Allora possiamo imitare la definizione 189.

    Data \(l∈\overline{ℝ}\) si ha \(\lim _{j∈ J}f(j)=l\) quando per ogni intorno \(V\) “pieno” di \(l\) in \(ℝ\), esiste intorno \(U\) di \(∞\) in \(J\) tale che \(f(U)⊆ V\).

In particolare questa ultima definizione si può usare per definire i limiti di \(f:J→ E\) dove \(E\) è uno spazio topologico.

Definizione 238

[230]Presa \((a_ n)_{n\in {\mathbb {N}}}\) una successione reale, \((a_{n_ k})_{k\in {\mathbb {N}}}\) è una sottosuccessione quando \(n_ k\) è una successione strettamente crescente di numeri naturali.

Similmente presa \(f:J\to {\mathbb {R}}\), sia \(H\subseteq J\) un sottoinsieme cofinale (come definito in 58): sappiamo da 4 che \(H\) è filtrante. Allora la restrizione \(h={f}_{|{H}}\) è una rete \(h:H\to {\mathbb {R}}\), ed è detta “una sottorete di \(f\)”.

Più in generale, supponiamo che \((H,\le _ H)\) sia cofinale in \((J,\le )\) per mezzo di una mappa \(i:H\to J\); ricordiamo che questo significa (adattando ??) che

\begin{equation} \label{eq:cofinale_ H,J} ( ∀ h_ 1,h_ 2∈ H, h_ 1≤_ H h_ 2⇒ i(h_ 1)≤ i(h_ 2) ) ~ ∧~ (∀ j∈ J ~ ∃ h∈ H,~ i(h)≥ j) \quad ; \end{equation}
239

allora \(h=f \circ i\) è una sottorete.

E239

[22Z]Dimostrate che le asserzioni in 237 sono equivalenti.

E239

[0FS] Prerequisiti:237,234,5.Mostrate che se esiste il limite \(\lim _{j∈ J}f(j)\) allora è unico.

E239

[0FT]Supponiamo che \(f\) sia monotona, mostrate che \(\lim _{j∈ J} f(j)\) esiste (possibilmente infinito) e coincide con \(\sup _ J f\) (se è crescente) o con \(\inf _ J f\) (se è decrescente).

Deducete che

\begin{eqnarray*} \limsup _{j∈ J}f(j){\stackrel{.}{=}}\lim _{j∈ J} \sup _{k≥ j} f(k)\\ \liminf _{j∈ J}f(j){\stackrel{.}{=}}\lim _{j∈ J} \inf _{k≥ j} f(k) \end{eqnarray*}

sono sempre ben definiti.

E239

[0FV]Mostrate che esiste il limite \(\lim _{j∈ J}f(j)=ℓ∈\overlineℝ\) se e solo se

\[ \limsup _{j∈ J}f(j)=\liminf _{j∈ J}f(j)=ℓ~ . \]
E239

[22Y] Prerequisiti:53,4,237,234,6.Supponiamo che \(H⊆ J\) sia cofinale e sia \(h={f}_{|{H}}\) la sottorete (come definito in 238);

Supponiamo che \(\lim _{j∈ J}f(j)=l∈ \overlineℝ\) si mostri che \(\lim _{j∈ H}h(j)=l\).

Simimente se \((H,\le _ H)\) è cofinale in \((J,\le )\) per mezzo di una mappa \(i:H\to J\), e , e \(h=f \circ i\).

Nota 240

[237]Supponiamo che l’insieme \(J\) sia diretto ma non filtrante; allora per 3 esso ammette un elemento massimo che chiamiamo \(\infty \); le precedenti definizioni e proprietà si possono dare anche in questo caso, ma sono banali, in quanto si dimostra che

\[ \lim _{j\in J} f(j) = \liminf _{j\in J} f(j) = \limsup _{j\in J} f(j) = f(\infty )\quad . \]

  1. Notate che \(∞\) è un simbolo ma non è un elemento di \(J\) : se lo fosse dovrebbe essere il massimo, ma un insieme filtrante non può avere massimo, cf 3