Liên hệ page để tải tài liệu
https://www.facebook.com/garmentspace
My Blog: http://congnghemayblog.blogspot.com/
http://congnghemay123.blogspot.com/
Từ khóa tìm kiếm tài liệu : Wash jeans garment washing and dyeing, tài liệu ngành may, purpose of washing, definition of garment washing, tài liệu cắt may, sơ mi nam nữ, thiết kế áo sơ mi nam, thiết kế quần âu, thiết kế veston nam nữ, thiết kế áo dài, chân váy đầm liền thân, zipper, dây kéo trong ngành may, tài liệu ngành may, khóa kéo răng cưa, triển khai sản xuất, jacket nam, phân loại khóa kéo, tin học ngành may, bài giảng Accumark, Gerber Accumarkt, cad/cam ngành may, tài liệu ngành may, bộ tài liệu kỹ thuật ngành may dạng đầy đủ, vật liệu may, tài liệu ngành may, tài liệu về sợi, nguyên liệu dệt, kiểu dệt vải dệt thoi, kiểu dệt vải dệt kim, chỉ may, vật liệu dựng, bộ tài liệu kỹ thuật ngành may dạng đầy đủ, tiêu chuẩn kỹ thuật áo sơ mi nam, tài liệu kỹ thuật ngành may, tài liệu ngành may, nguồn gốc vải denim, lịch sử ra đời và phát triển quần jean, Levi's, Jeans, Levi Straus, Jacob Davis và Levis Strauss, CHẤT LIỆU DENIM, cắt may quần tây nam, quy trình may áo sơ mi căn bản, quần nam không ply, thiết kế áo sơ mi nam, thiết kế áo sơ mi nam theo tài liệu kỹ thuật, tài liệu cắt may,lịch sử ra đời và phát triển quần jean, vải denim, Levis strauss cha đẻ của quần jeans. Jeans skinny, street style áo sơ mi nam, tính vải may áo quần, sơ mi nam nữ, cắt may căn bản, thiết kế quần áo, tài liệu ngành may,máy 2 kim, máy may công nghiệp, two needle sewing machine, tài liệu ngành may, thiết bị ngành may, máy móc ngành may,Tiếng anh ngành may, english for gamrment technology, anh văn chuyên ngành may, may mặc thời trang, english, picture, Nhận biết và phân biệt các loại vải, cotton, chiffon, silk, woolCÁCH MAY – QUY CÁCH LẮP RÁP – QUY CÁCH ĐÁNH SỐTÀI LIỆU KỸ THUẬT NGÀNH MAY –TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT – QUY CÁCH ĐÁNH SỐ - QUY CÁCH LẮP RÁP – QUY CÁCH MAY – QUY TRÌNH MAY – GẤP XẾP ĐÓNG GÓI
3-BẢNG MÃ LỖI CỦA CÁC HÃNG ĐIỀU HÒA .pdf - ĐIỆN LẠNH BÁCH KHOA HÀ NỘI
Luận án tiến sĩ toán học định lý điểm bất động cho một số ánh xạ co suy rộng trên các không gian kiểu mêtric và ứng dụng
1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN ĐỨC THÀNH
ĐỊNH LÝ ĐIỂM BẤT ĐỘNG
CHO MỘT SỐ ÁNH XẠ CO SUY RỘNG TRÊN
CÁC KHÔNG GIAN KIỂU MÊTRIC
VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC
NGHỆ AN - 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN ĐỨC THÀNH
ĐỊNH LÝ ĐIỂM BẤT ĐỘNG
CHO MỘT SỐ ÁNH XẠ CO SUY RỘNG TRÊN
CÁC KHÔNG GIAN KIỂU MÊTRIC
VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC
Chuyên ngành: Toán Giải tích
Mã số: 62 46 01 02
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. TRẦN VĂN ÂN
2. TS. KIỀU PHƯƠNG CHI
NGHỆ AN - 2015
3. iii
LỜI CAM ĐOAN
Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trần Văn Ân
và TS. Kiều Phương Chi. Tôi xin cam đoan rằng các kết quả trình bày trong
luận án là hoàn toàn trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và
luận án không trùng lặp với bất kỳ tài liệu nào khác.
Tác giả
4. iv
LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS.
Trần Văn Ân và TS. Kiều Phương Chi. Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc đối với những người Thầy - PGS. TS. Trần Văn Ân và TS. Kiều
Phương Chi của mình, những người đã đặt bài toán và hướng nghiên cứu cho
tác giả. Tác giả đã học được rất nhiều kiến thức khoa học, nhận được sự chia
sẻ, yêu thương của các Thầy trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Đinh Huy Hoàng.
Thầy luôn tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu, để tác giả học tập và hoàn thành luận án.
Tác giả xin được bày tỏ sự cảm ơn đến Ban chủ nhiệm khoa Sư phạm Toán
học, Tổ Giải tích và các đồng nghiệp trong khoa Sư phạm Toán - Trường Đại
học Vinh đã quan tâm động viên cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác
giả tập trung học tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Phòng đào tạo Sau đại học và các
phòng ban khác của Trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả
hoàn thành nhiệm vụ của nghiên cứu sinh.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS Erdal Karapinar, Department of Mathe-
matics, Atilim University, 06836 Incek, Ankara, Turkey và GS Ljubomir Ciric,
Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade, 12-35 Aleksinackih
Rudara, Belgrade, Serbia and Montenegro vì những giúp đỡ to lớn trong việc
trao đổi tài liệu và thảo luận các bài toán liên quan.
Xin cảm ơn các thầy cô giáo, các anh chị em nghiên cứu sinh của Trường
Đại học Vinh và tất cả bạn bè của tác giả về những chia sẻ, động viên trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
5. v
Cuối cùng, tác giả vô cùng biết ơn mọi thành viên trong gia đình của mình,
đã luôn tạo mọi điều kiện và dành tất cả sự quan tâm, chia sẻ mọi khó khăn
cùng tác giả suốt những năm tháng qua để tác giả có thể hoàn thành luận án
này.
Nghệ An, năm 2015
Tác giả
6. 1
MỤC LỤC
Mục lục 1
Mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1 Điểm bất động của một số ánh xạ T-co suy rộng trong
không gian mêtric 12
1.1. Điểm bất động của ánh xạ T-co kiểu Meir-Keeler . . . . . . . 12
1.2. Điểm bất động của ánh xạ T-co kiểu tựa co Ciric . . . . . . . 20
1.3. Điểm bất động chung của các ánh xạ T-co kiểu (ψ, ϕ)-co yếu . 29
2 Điểm bất động của một số lớp ánh xạ co suy rộng trong
không gian mêtric riêng 39
2.1. Không gian mêtric riêng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2. Điểm bất động của ánh xạ co suy rộng trong không gian mêtric
riêng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3. Điểm bất động chung của các ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co yếu trong
không gian mêtric riêng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3 Điểm bất động bộ đôi của một số ánh xạ co suy rộng
trong không gian mêtric riêng có thứ tự bộ phận và ứng
dụng 82
3.1. Điểm bất động bộ đôi của một số ánh xạ co suy rộng trong
không gian mêtric riêng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2. ´Ưng dụng vào một lớp phương trình tích phân phi tuyến . . . 92
7. 2
3.3. ´Ưng dụng vào bài toán cân bằng không cộng tác trong lý thuyết
trò chơi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Kết luận và kiến nghị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Danh mục công trình liên quan trực tiếp đến luận án . . . 105
Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8. 3
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Lý thuyết điểm bất động và ứng dụng là lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn
của toán học hiện đại. Đây là lĩnh vực đã và đang thu hút được sự quan
tâm của rất nhiều nhà toán học trong và ngoài nước. Lý thuyết điểm bất
động là một công cụ quan trọng để nghiên cứu các hiện tượng phi tuyến.
Nó có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của Toán học như
sự tồn tại nghiệm của các phương trình vi, tích phân, hệ phương trình
tuyến tính, phương trình hàm, quỹ đạo đóng của hệ động lực... Hơn nữa,
nó còn có nhiều ứng dụng trong các ngành khoa học khác như khoa học
máy tính, lý thuyết điều khiển, lý thuyết trò chơi, vật lý toán, sinh học,
kinh tế... Sự phát triển mạnh mẽ của lý thuyết điểm bất động có thể nói
bắt nguồn từ những ứng dụng rộng rãi của nó.
1.2. Xuất phát từ ba định lý điểm bất động nổi tiếng: Định lý điểm bất
động Brouwer (1911, [22]), định lý điểm bất động Banach (1922, [9]), định
lý điểm bất động Tarski (1955, [60]), lý thuyết điểm bất động có thể được
chia thành ba hướng nghiên cứu chính: Lý thuyết điểm bất động tôpô, lý
thuyết điểm bất động mêtric và lý thuyết điểm bất động rời rạc. Cùng với
việc nghiên cứu sự tồn tại nghiệm của các phương trình vi phân thường,
nguyên lý ánh xạ co Banach là trung tâm của lý thuyết điểm bất động
trên các không gian mêtric: "Mỗi ánh xạ co từ một không gian mêtric
đầy đủ (X, d) vào chính nó luôn có duy nhất điểm bất động". Sự ra đời
của nguyên lý ánh xạ co Banach cùng với ứng dụng của nó đã mở ra sự
phát triển mới của lý thuyết điểm bất động mêtric.
9. 4
1.3. Hướng nghiên cứu lý thuyết điểm bất động mêtric phát triển chủ
yếu theo 3 vấn đề sau: Mở rộng các điều kiện co cho các ánh xạ; mở rộng
các định lý điểm bất động đã biết lên các không gian có cấu trúc tương
tự không gian mêtric; và tìm các ứng dụng của chúng. Đối với vấn đề
mở rộng điều kiện co của ánh xạ, chúng ta đã biết được những lớp ánh
xạ co tiêu biểu được kể đến như của Kannan ([39]), Boyd-Wong ([21]),
Meir-Keeler ([42]), Reich ([54]), Ciric ([29]), Zamfirescu ([62]), Hardy -
Rogers ([36]), Ciric ([27]), Berinde ([14])... Ngoài ra, người ta còn đề xuất
thêm những loại ánh xạ co suy rộng như: Φ-co, co yếu, tựa co, hầu co...
Đối với vấn đề mở rộng không gian, người ta đã đề xuất các định lý điểm
bất động đối với các ánh xạ co trên những lớp không gian có cấu trúc
tương tự không gian mêtric như: Không gian mêtric suy rộng, không gian
mêtric nón, không gian 2-mêtric, không gian b-mêtric... Đặc biệt, năm
1992, trong dự án nghiên cứu về sự hiển thị ngôn ngữ và lưu thông mạng
máy tính, S. G. Matthew ([45]) đã đề xuất và xây dựng khái niệm không
gian mêtric riêng. Sau đó, các định lý điểm bất động đối với các ánh xạ
co trên lớp không gian này cũng được thiết lập. Và gần đây, người ta rất
quan tâm tới việc thiết lập các định lý điểm bất động của ánh xạ co suy
rộng trên lớp không gian này, xuất phát từ một số ý nghĩa và ứng dụng
của chúng. Theo mạch vấn đề về ứng dụng của các định lý điểm bất động
mêtric, ngoài những ứng dụng truyền thống đã biết, gần đây, người ta đã
tìm được những ứng dụng sâu sắc hơn của các định lý điểm bất động cho
các ánh xạ co suy rộng trên các không gian có cấu trúc kiểu không gian
mêtric vào những lĩnh vực khác nhau của toán học, kinh tế và kỹ thuật.
Có thể nói, cả 3 mạch vấn đề trên không phát triển tách rời nhau mà luôn
luôn đồng hành, gắn bó mật thiết với nhau. Những vấn đề trên đang thu
hút khá đông những người làm việc trong lĩnh vực toán giải tích trong và
ngoài nước. Đặc biệt, cả 3 mạch vấn đề trên vẫn còn những bài toán thời
sự đang được đặt ra nghiên cứu và giải quyết.
10. 5
Với các lý do nêu trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu cho luận án
của mình là: "Định lý điểm bất động cho một số ánh xạ co suy
rộng trên các không gian kiểu mêtric và ứng dụng".
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là mở rộng một số kết quả về sự tồn tại điểm
bất động của một số lớp ánh xạ trên các lớp không gian như: không gian
mêtric, không gian mêtric riêng, không gian mêtric riêng có thứ tự bộ
phận và tìm hiểu ứng dụng của chúng trong việc chứng minh sự tồn tại
nghiệm của một số lớp phương trình tích phân và bài toán cân bằng không
cộng tác trong lý thuyết trò chơi.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các không gian mêtric, không gian
mêtric riêng, các ánh xạ co suy rộng trên không gian mêtric, không gian
mêtric riêng, điểm bất động, điểm bất động bộ đôi của một số lớp ánh
xạ trong không gian mêtric, không gian mêtric riêng, một số lớp phương
trình tích phân.
4. Phạm vi nghiên cứu
Luận án nghiên cứu các định lý điểm bất động đối với các ánh xạ trong
không gian mêtric, không gian mêtric riêng và ứng dụng vào bài toán sự
tồn tại nghiệm của các phương trình tích phân và bài toán cân bằng không
cộng tác trong lý thuyết trò chơi.
5. Phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Giải tích
hàm, lý thuyết phương trình vi phân, phương trình tích phân và lý thuyết
điểm bất động trong quá trình thực hiện đề tài.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án đã mở rộng được một số kết quả về sự tồn tại điểm bất động
trong không gian mêtric, không gian mêtric riêng. Đồng thời, áp dụng
các kết quả thu được vào việc chứng minh sự tồn tại nghiệm của một số
11. 6
lớp phương trình tích phân và bài toán cân bằng không cộng tác trong lý
thuyết trò chơi.
Luận án có thể làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên, học viên cao
học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Toán giải tích nói chung, lý thuyết
điểm bất động trên các không gian kiểu mêtric và ứng dụng nói riêng.
7. Tổng quan và cấu trúc luận án
7.1. Tổng quan luận án
Năm 2010, S. Moradi và M. Omid ([47]) đã đề xuất lớp ánh xạ T-co
và thu được một số kết quả về sự tồn tại điểm bất động của chúng. Cho
(X, d) là không gian mêtric và các ánh xạ T, S : X → X. Ánh xạ S được
gọi là T-co nếu tồn tại k ∈ [0, 1) sao cho
d(TSx, TSy) kd(Tx, Ty), với mọi x, y ∈ X.
Khi Tx = x với x ∈ X thì ánh xạ T-co trở thành ánh xạ co thông thường.
Sự xuất hiện của lớp ánh xạ T-co đã thu hút sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu lý thuyết điểm bất động mêtric. Với mục đích nghiên cứu các
định lý điểm bất động của các ánh xạ dưới điều kiện T-co suy rộng, trong
Chương 1, chúng tôi thu được một số định lý điểm bất động cho lớp ánh
xạ kiểu T-co. Trong Mục 1.1, chúng tôi thu được các kết quả về sự tồn tại
điểm bất động của các lớp ánh xạ T-co kiểu Meir-Keeler. Cụ thể, chúng
tôi chứng minh Định lý 1.1.5 và Định lý 1.1.8 khẳng định sự tồn tại duy
nhất điểm bất động của lớp ánh xạ T-co kiểu Meir-Keeler trong không
gian mêtric đầy đủ. Trong Mục 1.2, chúng tôi thu được các kết quả về sự
tồn tại điểm bất động của các lớp ánh xạ T-co kiểu tựa co Ciric. Cụ thể,
chúng tôi thiết lập Định lý 1.2.2, Hệ quả 1.2.5, Hệ quả 1.2.6 và Hệ quả
1.2.7 khẳng định sự tồn tại duy nhất điểm bất động của lớp ánh xạ T-co
kiểu tựa co Ciric trong không gian mêtric đầy đủ. Trong Mục 1.3, chúng
tôi thu được các kết quả về sự tồn tại điểm bất động chung của lớp các
ánh xạ T-co kiểu (ψ, ϕ)-co yếu. Cụ thể, chúng tôi thiết lập Định lý 1.3.2
12. 7
khẳng định sự tồn tại duy nhất điểm bất động chung của lớp các ánh xạ
T-co kiểu (ψ, ϕ)-co yếu trong không gian mêtric. Chúng tôi cũng đưa ra
Ví dụ 1.1.7, Ví dụ 1.2.4 và Ví dụ 1.3.5 nhằm minh họa cho các định lý,
cũng như để chỉ ra rằng các kết quả của chúng tôi là thực sự mở rộng so
với các kết quả đã biết.
Nếu chúng ta thực sự để ý thì sẽ thấy rằng không phải mọi tính chất,
tiên đề của không gian mêtric đều được sử dụng trong các phép chứng
minh sự tồn tại điểm bất động của các ánh xạ co trên không gian mêtric.
Câu hỏi đặt ra là: Với những không gian nào là không gian suy rộng hay
tương tự không gian mêtric thì sẽ tồn tại điểm bất động của các loại ánh
xạ co? Câu trả lời khẳng định đã có, đặc biệt gần đây là lớp không gian
mêtric riêng. Khái niệm không gian mêtric riêng nhận được bằng cách
thay thế đẳng thức d(x, x) = 0 trong định nghĩa của mêtric bởi bất đẳng
thức d(x, x) d(x, y) với mọi x, y. Rõ ràng, với không gian mêtric riêng
(X, p) thì có thể xảy ra trường hợp p(x, x) > 0 với x ∈ X. Do vậy, bài
toán nghiên cứu điểm bất động và các ứng dụng của chúng trên không
gian mêtric riêng sẽ có nhiều ý nghĩa vì chúng ta không thể áp dụng mọi
kỹ thuật chứng minh của các lớp ánh xạ co trong không gian mêtric vào
các lớp ánh xạ co trong lớp không gian mêtric riêng. Với mục đích nghiên
cứu không gian mêtric riêng và các định lý điểm bất động cho một số lớp
ánh xạ co suy rộng trên không gian mêtric riêng, trong Chương 2, chúng
tôi đề xuất một số kết quả về sự tồn tại điểm bất động của các lớp ánh
xạ co suy rộng trong không gian mêtric riêng. Đầu tiên, trong Mục 2.1,
chúng tôi trình bày một số khái niệm, tính chất cơ bản và đặc trưng của
không gian mêtric riêng cần dùng về sau. Tiếp theo, trong Mục 2.2, chúng
tôi thiết lập Định lý 2.2.3, Định lý 2.2.9, Hệ quả 2.2.10, Hệ quả 2.2.11, Hệ
quả 2.2.12 và Hệ quả 2.2.13 về sự tồn tại điểm bất động đối với các ánh
xạ co suy rộng trong các không gian mêtric riêng. Các kết quả của mục
này là sự mở rộng thật sự các kết quả gần đây của D. Ilic, V. Pavlovic
13. 8
và V. Rakocevic ([37]), ([38]) I. Altun, F. Sola và H. Simsek ([8]). Trong
Mục 2.3, chúng tôi thiết lập Định lý 2.3.3, Hệ quả 2.3.7 và Hệ quả 2.3.8 về
sự tồn tại điểm bất động chung của hai ánh xạ cho ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co
yếu trong các không gian mêtric riêng. Đây là sự mở rộng kết quả của T.
Abdeljawad, E. Karapinar và K. Tas ([2]). Ngoài ra, chúng tôi xây dựng
Ví dụ 2.2.14, Ví dụ 2.2.15 và Ví dụ 2.3.6 nhằm minh họa cho các kết quả
và sự mở rộng.
Năm 2006, theo hướng mở rộng các định lý điểm bất động trong không
gian mêtric đầy đủ (X, d) và ứng dụng của chúng vào bài toán giá trị
biên tuần hoàn , T. G. Bhaskar, V. Lakshmikantham ([10]) đã đưa ra khái
niệm điểm bất động bộ đôi của các ánh xạ F : X × X → X có tính chất
đơn điệu trộn và thu được một số kết quả cho lớp ánh xạ đó trên không
gian mêtric sắp thứ tự bộ phận. Tiếp nối kết quả này, nhiều tác giả khác
như V. Lakshmikantham và L. Ciric ([43]), N. V. Luong và N. X. Thuan
([44]), V. Berinde ([12, 13])... đã mở rộng và chứng minh nhiều kết quả đa
dạng cho loại ánh xạ này. Các kết quả thu được đã được các tác giả áp
dụng vào việc chứng minh sự tồn tại nghiệm của một số lớp phương trình
tích phân phi tuyến.
Năm 2012, khi mở rộng nguyên lý ánh xạ co Banach trong không gian
mêtric, D. Wardowski ([61]) đã đề xuất khái niệm ánh xạ F-co và chứng
minh một số định lý điểm bất động cho ánh xạ kiểu F-co. Cho (X, d) là
không gian mêtric. Ánh xạ T : X × X → X được gọi là F − co nếu tồn
tại F ∈ F và τ ∈ R+ thỏa mãn
τ + F(d(Tx, Ty)) F(d(x, y))
với mọi x, y ∈ X. Trong đó, F là họ các hàm F : R+ → R thỏa mãn các
điều kiện (F1) và (F2)
(F1) F tăng ngặt và liên tục.
(F2) Với mỗi dãy {an} ⊂ R+, ta có lim
n→∞
an = 0 nếu và chỉ nếu
14. 9
lim
n→∞
F(an) = −∞.
Tiếp nối các kết quả của D. Wardowski, năm 2013, M. Sgroi và C. Vetro
([59]) đã mở rộng các kết quả đó cho các ánh xạ đa trị, ánh xạ đa trị đóng
F- co kiểu Hardy-Rogers trên các không gian mêtric và không gian mêtric
có thứ tự bộ phận. D. Paesano và C. Vetro ([51]) đã thiết lập các định
lý điểm bất động cho các ánh xạ đa trị trên các không gian mêtric riêng.
Câu hỏi đặt ra ở đây là: Có thể xây dựng được ánh xạ kiểu F-co cho các
định lý điểm bất động bộ đôi trong lớp không gian mêtric riêng và tìm
các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau được không? Để trả
lời câu hỏi trên, trong Chương 3, Mục 3.1, chúng tôi phát biểu và chứng
minh Định lý 3.1.4, Định lý 3.1.5, Định lý 3.1.7 và Hệ quả 3.1.6 về sự tồn
tại điểm bất động bộ đôi cho các ánh xạ kiểu F-co trên các không gian
mêtric riêng có thứ tự bộ phận. Sau đó, ở Mục 3.2, bằng cách đưa thêm
khái niệm nghiệm bộ đôi trên và dưới, áp dụng các định lý điểm bất động
ở mục trên, chúng tôi chứng tỏ được sự tồn tại duy nhất nghiệm của một
lớp phương trình tích phân phi tuyến kiểu Fredholm. Cuối cùng, trong
Mục 3.3, tiếp tục áp dụng kết quả thu được ở Mục 3.1, chúng tôi chứng
minh được sự tồn tại điểm bất động bộ đôi kéo theo sự tồn tại điểm cân
bằng không cộng tác trong trò chơi với hai người chơi.
7.2 Cấu trúc luận án
Nội dung luận án được trình bày trong 3 chương. Ngoài ra, luận
án còn có Lời cam đoan, Lời cảm ơn, Mục lục, Mở đầu, Kết luận và Kiến
nghị, Danh mục công trình khoa học của nghiên cứu sinh liên quan trực
tiếp đến luận án và Tài liệu tham khảo.
Chương 1 trình bày mở rộng các định lý điểm bất động của một số
lớp ánh xạ trên không gian mêtric cho các ánh xạ kiểu T-co. Trong Mục
1.1, chúng tôi nghiên cứu điểm bất động của ánh xạ T-co cho các ánh
xạ co Meir-Keeler. Trong Mục 1.2, chúng tôi nghiên cứu điểm bất động
của ánh xạ T-co cho các ánh xạ tựa co Ciric. Trong Mục 1.3, chúng tôi
15. 10
nghiên cứu điểm bất động của ánh xạ T-co cho các ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co
yếu. Các kết quả của chương này đã được đăng trên các tạp chí Arab
Journal of Mathematical Sciences, Abstract and Applied Analysis và
International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences.
Chương 2 nhằm trình bày một số mở rộng các kết quả về điểm bất
động cho lớp các ánh xạ co suy rộng, ánh xạ kiểu hầu co suy rộng, ánh
xạ kiểu (ψ, ϕ)-co yếu trong các không gian mêtric riêng. Mục 2.1 dành để
trình bày một số khái niệm, tính chất cơ bản của không gian mêtric riêng.
Trong Mục 2.2, chúng tôi đưa ra các định lý điểm bất động cho các ánh
xạ co suy rộng trong các không gian mêtric riêng. Trong Mục 2.3, chúng
tôi đưa ra các định lý điểm bất động chung cho các ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co
yếu trong các không gian mêtric riêng. Các kết quả của chương này đã
được đăng và nhận đăng trên các tạp chí Mathematical and Computer
Modelling, Journal of Nonlinear Science and Applications, Bulletin of
the Iranian Mathematical Society.
Chương 3 dành cho việc nghiên cứu sự tồn tại điểm bất động bộ đôi
của ánh xạ trong các không gian mêtric riêng có thứ tự bộ phận và các
ứng dụng của nó. Mục 3.1 dành cho việc trình bày và chứng minh định
lý điểm bất động bộ đôi của một lớp ánh xạ kiểu F-co trong không gian
mêtric riêng. Trong Mục 3.2, chúng tôi đã ứng dụng kết quả tìm được để
nghiên cứu sự tồn tại nghiệm của phương trình tích phân phi tuyến kiểu
Fredholm. Cuối cùng, trong Mục 3.3, chúng tôi áp dụng kết quả tìm được
của điểm bất động bộ đôi vào bài toán cân bằng không cộng tác trong lý
thuyết trò chơi. Các kết quả của chương này đã được đăng trên tạp chí
Journal of Inequalities and Applications.
Các kết quả chính của luận án đã được viết thành 07 bài báo, trong đó
có 04 bài đã công bố trong các tạp chí thuộc danh mục ISI và 01 bài báo
đã được nhận đăng trên tạp chí thuộc danh mục ISI. Các kết quả trong
16. 11
nội dung của luận án cũng đã được báo cáo tại:
• Seminar của Tổ Giải tích thuộc Khoa Sư phạm Toán, Trường Đại
học Vinh.
• Các Hội nghị NCS của Trường Đại học Vinh (2011 - 2015).
• Hội nghị Toán học phối hợp Việt - Pháp tại Huế 20-24/8/2012.
• Đại hội Toán học Toàn quốc lần thứ 8 tại Nha Trang 10-14/8/2013.
17. 12
CHƯƠNG 1
ĐIỂM BẤT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ ÁNH XẠ T-CO SUY
RỘNG TRONG KHÔNG GIAN MÊTRIC
Chương này dành để trình bày khái niệm ánh xạ T-co. Đồng thời,
chúng tôi phát biểu và chứng minh một số định lý điểm bất động của ánh
xạ T-co cho một số ánh xạ co Meir-Keeler ([42]), tựa co Ciric ([27]) và
(ψ, ϕ)-co yếu ([32]) trong lớp các không gian mêtric.
1.1. Điểm bất động của ánh xạ T-co kiểu Meir-Keeler
Trong mục này, chúng tôi trình bày khái niệm ánh xạ T-co, đồng thời
phát biểu và chứng minh một số mở rộng của ánh xạ T-co cho ánh xạ co
Meir-Keeler ([42]).
Trước hết chúng ta đến với định nghĩa sau.
1.1.1 Định nghĩa. ([47]) Cho (X, d) là không gian mêtric và các ánh xạ
T, S : X → X. Ánh xạ S được gọi là T-co nếu tồn tại k ∈ [0, 1) sao cho
d(TSx, TSy) kd(Tx, Ty), với mọi x, y ∈ X. (1.1)
Rõ ràng, nếu ta chọn Tx = x với mọi x ∈ X thì ánh xạ T-co là ánh xạ
co Banach.
1.1.2 Ví dụ. Lấy X = [1, ∞) với mêtric thông thường d(x, y) = |x − y|
với mọi x, y ∈ X. Xét các ánh xạ Tx = 2 −
1
x
và Sx = 6x trên X. Rõ
18. 13
ràng, S không là ánh xạ co. Mặt khác, với mọi x, y ∈ X ta có
d(TSx, TSy) = 2 −
1
6x
− 2 +
1
6y
=
1
6
1
y
−
1
x
=
1
6
(2 −
1
x
) − (2 −
1
y
)
=
1
6
d(Tx, Ty).
Điều này chứng tỏ S là ánh xạ T-co.
1.1.3 Định nghĩa. ([47]) Cho (X, d) là không gian mêtric, ánh xạ T :
X → X được gọi là hội tụ dãy (sequentially convergent) nếu với bất kỳ
dãy {yn} ⊂ X mà dãy {Tyn} hội tụ thì dãy {yn} hội tụ.
1.1.4 Định nghĩa. ([42]) Cho (X, d) là không gian mêtric, ánh xạ S :
X → X được gọi là co Meir-Keeler nếu với mỗi ε > 0 tồn tại δ > 0 sao
cho ε d(x, y) < ε + δ kéo theo d(Sx, Sy) < ε với mọi x, y ∈ X.
Định lý sau là mở rộng kết quả của Meir-Keeler ([42]).
1.1.5 Định lý. Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ. Giả sử ánh
xạ T : X → X đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy và nếu ánh xạ S : X → X
thỏa mãn điều kiện:
với mỗi ε > 0 tồn tại δ > 0 sao cho
ε d(Tx, Ty) < ε + δ kéo theo d(TSx, TSy) < ε,
(1.2)
với mọi x, y ∈ X thì S có điểm bất động duy nhất z ∈ X và lim
n→∞
Tnx =
z với mọi x ∈ X.
Chứng minh. Lấy x0 ∈ X tùy ý, ta xây dựng hai dãy lặp {xn} và {yn}
như sau:
xn+1 = Sxn và yn = Txn với n = 0, 1, 2, ... (1.3)
Để ý rằng, nếu yn0+1 = yn0
với số tự nhiên nào đó n0 ∈ N thì Txn0+1 =
Txn0
. Vì T là đơn ánh nên xn0+1 = xn0
. Điều này kéo theo Sxn0
= xn0
.
Vì thế xn0
là điểm bất động của S. Do đó, ta có thể giả sử
yn+1 = yn với mọi n ∈ N. (1.4)
19. 14
Từ (1.4) ta có d(yn, yn+1) > 0 với mọi n ∈ N. Hơn nữa, từ giả thiết (1.2)
ta suy ra Kn = {d(yn, yn+1)} = {d(Txn, Txn+1)} là dãy giảm các số thực
không âm. Do đó, tồn tại ε0 0 sao cho lim
n→∞
d(yn, yn+1) = ε0. Ta chứng
minh ε0 = 0. Thật vậy, giả sử ngược lại ε0 > 0, khi đó tồn tại δ0 = δ(ε0)
và m ∈ N sao cho
ε0 < d(ym, ym+1) = d(Txm, Txm+1) < ε0 + δ0.
Từ (1.2) ta có
d(TSxm, TSxm+1) = d(Txm+1, Txm+2) = d(ym+1, ym+2) < ε0.
Điều này mâu thuẫn với dãy {d(yn, yn+1)} là dãy giảm hội tụ đến ε0. Do
đó, ta có
lim
n→∞
d(yn, yn+1) = lim
n→∞
d(Txn, Txn+1) = 0. (1.5)
Bây giờ, ta chứng minh {yn} là dãy Cauchy. Lấy ε > 0 tùy ý và chọn
δ = δ(ε) thỏa mãn δ ε. Từ (1.5), ta suy ra tồn tại số nguyên dương M
sao cho
d(yn−1, yn) = d(Txn−1, Txn) < δ với mọi n > M. (1.6)
Cố định số tự nhiên M, để chứng minh {yn} với n > M là dãy Cauchy,
ta chỉ cần chứng tỏ
d(yn, yn+p) = d(Txn, Txn+p) ε với p = 1, 2, · · · . (1.7)
Thật vậy, vì δ ε, kết hợp với (1.6) và (1.2) nên bất đẳng thức (1.7) đúng
cho trường hợp p = 1. Bây giờ, giả sử bất đẳng thức (1.7) đúng với số tự
nhiên p ∈ N. Từ (1.6) và giả thiết quy nạp ta có
d(Txn−1, Txn+p) = d(yn−1, yn+p) d(yn−1, yn) + d(yn, yn+p) < δ + ε.
Do đó, từ (1.2) ta suy ra
d(TSxn−1, TSxn+p) = d(Txn, Txn+p+1) = d(yn, yn+p+1) < ε. (1.8)
20. 15
Điều này chứng tỏ bất đẳng thức (1.7) đúng với mọi p ∈ N. Do đó, {yn}
là dãy Cauchy. Hơn nữa, vì X là không gian đầy đủ nên tồn tại w ∈ X
sao cho
lim
n→∞
yn = lim
n→∞
Txn = lim
n→∞
TSn
x0 = w. (1.9)
Vì T là hội tụ dãy nên {xn} = {Snx0} hội tụ tới z ∈ X. Lại do T liên
tục nên ta có Tz = w. Mặt khác, nhờ điều kiện (1.2) kết hợp với giả thiết
T liên tục nên ta suy ra TS liên tục. Do đó, ta có
w = lim
n→∞
yn+1 = lim
n→∞
TSxn = TSz.
Điều này kéo theo TSz = Tz. Hơn nữa, vì T là đơn ánh nên ta có Sz = z.
Cuối cùng, ta sẽ chứng minh z là điểm bất động duy nhất của S. Giả
sử ngược lại, tồn tại w ∈ X sao cho w = z và Sw = w. Khi đó, ta có
d(z, w) > 0. Vì T đơn ánh nên d(Tz, Tw) > 0. Với ε = d(Tz, Tw) > 0
này, theo giả thiết tồn tại δ = δ(ε) sao cho ε d(Tz, Tw) < ε + δ. Từ
(1.2) ta suy ra d(TSz, TSw) = d(Tz, Tw) < ε. Ta gặp mâu thuẫn. Vậy,
định lý được chứng minh.
Nếu ta cho Tx = x với mọi x ∈ X trong Định lý 1.1.5 thì ta nhận được
định lý sau.
1.1.6 Định lý. ([42]) Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và ánh xạ
S : X → X. Nếu với mỗi ε > 0 tồn tại δ > 0 sao cho ε d(x, y) < ε+δ
kéo theo d(Sx, Sy) < ε với mọi x, y ∈ X thì S có điểm bất động duy
nhất.
Tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày một ví dụ để chứng tỏ Định lý 1.1.5
là mở rộng thực sự của Định lý 1.1.6.
1.1.7 Ví dụ. Lấy X = [1, 8] với mêtric thông thường trên R: d(x, y) =
|x − y| với mọi x, y ∈ X. Khi đó, (X, d) là không gian mêtric đầy đủ.
Xét ánh xạ Sx =
8
√
x
với x ∈ X. Dễ thấy, x = 4 là điểm bất động duy
21. 16
nhất của S. Đầu tiên, ta chứng minh S không thỏa mãn điều kiện co
Meir-Keeler. Thật vậy, theo điều kiện co Meir-Keeler với mỗi ε > 0 tồn
tại δ > 0 để với mọi x, y ∈ X sao cho
ε d(x, y) = |x − y| < ε + δ
ta có
d(Sx, Sy) =
8
√
x
−
8
√
y
= 8
|x − y|
√
xy(
√
x +
√
y)
< ε
Tuy nhiên, tồn tại ε0 = 3 để với mọi δ > 0 ta có d(Sx, Sy) 8 nếu
√
xy(
√
x +
√
y) 8 (chẳng hạn x = 1, y = 4).
Do đó, điều kiện co Meir-Keeler không thỏa mãn với mọi δ > 0.
Bây giờ, ta sẽ chứng minh S thỏa mãn các điều kiện trong Định lý
1.1.5. Thật vậy, xét ánh xạ T : [1, +∞) → [1, +∞) xác định bởi
Tx = ln x + 1, ∀x ∈ X.
Rõ ràng, T đơn ánh, liên tục và hội tụ dãy. Với mỗi ε > 0, nếu ta chọn
δ =
ε
3
thì với mọi x, y ∈ X mà
ε d(Tx, Ty) = | ln x − ln y| < ε + δ =
4
3
ε
ta có
d(TSx, TSy) = ln
8
√
x
− ln
8
√
y
=
1
2
| ln x − ln y| <
2
3
ε < ε.
Điều này chứng tỏ S thỏa mãn các điều kiện trong Định lý 1.1.5.
Tiếp theo, chúng tôi trình bày một mở rộng khác của Định lý 1.1.6.
1.1.8 Định lý. Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và F : X → X
là ánh xạ liên tục. Giả sử ánh xạ T : X → X là đơn ánh, liên tục, hội
tụ dãy và với mỗi ε > 0 tồn tại δ > 0 sao cho với mọi x, y ∈ X ta có
ε MT (x, y) < ε + δ kéo theo d(TFx, TFy) < ε, (1.10)
22. 17
trong đó
MT (x, y) = max d(Tx, Ty), d(Tx, TFx), d(Ty, TFy),
1
2
[d(Tx, TFy) + d(Ty, TFx)] .
Khi đó, F có điểm bất động duy nhất x ∈ X.
Chứng minh. Lấy x0 ∈ X tùy ý, ta xây dựng hai dãy lặp {xn} và {yn}
như sau:
xn+1 = Fxn và yn = Txn với n = 0, 1, 2, ... (1.11)
Để ý rằng, nếu yn0+1 = yn0
với số tự nhiên nào đó n0 ∈ N thì Txn0+1 =
Txn0
. Vì T là đơn ánh nên xn0+1 = xn0
, điều này kéo theo Fxn0
= xn0
.
Do đó, xn0
là điểm bất động của F. Vì vậy, ta có thể giả sử
yn+1 = yn với mọi n ∈ N. (1.12)
Do đó, δn := d(yn+1, yn) > 0 với mọi n ∈ N. Bây giờ, ta sẽ chứng minh
rằng {yn} là dãy Cauchy. Thật vậy, nếu tồn tại số tự nhiên n ∈ N sao cho
δn−1 < δn thì ta có
MT (xn−1, xn) = max{d(Txn−1, Txn), d(Txn−1, TFxn−1),
d(Txn, TFxn),
1
2
[d(Txn−1, TFxn) + d(Txn, TFxn−1)]}
= max{d(yn, yn+1), d(yn−1, yn), d(yn, yn+1),
1
2
d(yn−1, yn+1)}
max{d(yn, yn+1), d(yn−1, yn),
1
2
d(yn−1, yn) + d(yn, yn+1)}
< d(yn, yn+1) + d(yn−1, yn) = δn + δn−1
(1.13)
và MT (xn−1, xn) d(yn−1, yn) = δn−1. Từ (1.10), ta có d(TFxn−1, TFxn) <
δn−1, suy ra δn < δn−1. Ta gặp mâu thuẫn. Do đó, δn δn−1 với mọi số
tự nhiên n ∈ N. Điều này chứng tỏ {δn} là dãy giảm các số thực dương.
Do đó, tồn tại số thực r 0 sao cho lim
n→∞
δn = inf
n
δn = r. Ta chứng minh
23. 18
r = 0. Thật vậy, nếu r > 0 thì tồn tại δ > 0 sao cho
r MT (x, y) < r + δ kéo theo d(TFx, TFy) < r.
Vì lim
n→∞
δn = inf
n
δn = r nên tồn tại số tự nhiên N sao cho
r δn < r + δ
với mọi n N. Vì d(yn, yn+1) d(yn−1, yn) và bất đẳng thức (1.13) nên
ta có
MT (xn−1, xn) = d(yn−1, yn) = δn−1.
Do đó, nếu n N + 1 thì
r MT (xn−1, n) < r + δ,
điều này kéo theo d(TFxn−1, TFxn) = d(yn, yn+1) < r. Ta gặp mâu
thuẫn. Do vậy, lim
n→∞
δn = inf
n
δn = 0.
Tiếp theo, ta chứng minh {yn} là dãy Cauchy. Giả sử ngược lại, {yn}
không là dãy Cauchy, khi đó tồn tại ε > 0 và dãy con {yn(k)} của {yn}
sao cho d(yn(k), yn(k+1)) > 2ε. Với ε này, theo giả thiết tồn tại δ > 0 sao
cho
ε MT (x, y) < ε + δ kéo theo d(TFx, TFy) < ε.
Đặt δ0 = min{ε, δ}. Vì lim
n→∞
δn = inf
n
δn = 0 nên tồn tại N ∈ N sao cho
δm <
δ0
4
với m N. Với n(k) N, nếu d(yn(k), yn(k+1)−1) ε +
δ0
2
thì
d(yn(k), yn(k+1)) d(yn(k), yn(k+1)−1) + d(yn(k+1)−1, yn(k+1))
ε +
δ0
2
+
δ0
4
< 2ε.
Ta gặp mâu thuẫn với d(yn(k), yn(k+1)) > 2ε. Do đó, tồn tại số tự nhiên l
mà n(k) l n(k + 1) sao cho
d(yn(k), yl) > ε +
δ0
2
.
24. 19
Gọi l là số tự nhiên bé nhất sao cho l n(k) thỏa mãn
d(yn(k), yl) ε +
δ0
2
.
Khi đó, ta nhận được
d(yn(k), yl−1) < ε +
δ0
2
.
Mặt khác
d(yn(k), yl) d(yn(k), yl−1) + d(yl−1, yl) < ε +
δ0
2
+
δ0
4
= ε +
3δ0
4
.
Do đó, tồn tại số tự nhiên l mà n(k) l n(k + 1) thỏa mãn
ε +
δ0
2
d(yn(k), yl) < ε +
3δ0
4
.
Bởi vì
d(yn(k), yl) < ε +
3δ0
4
< ε + δ0
d(yn(k), yn(k)+1) = δn(k) <
δ0
4
< ε + δ0
d(yl, yl+1) δl <
δ0
4
< ε + δ0
và
1
2
[d(yn(k), yl+1) + d(yn(k)+1, yl)]
1
2
[d(yn(k), yl) + d(yl, yl+1) + d(yn(k)+1, yn(k)) + d(yn(k), yl)]
= d(yn(k), yl) +
1
2
[+d(yl, yl+1) + d(yn(k)+1, yn(k))]
< ε +
3δ0
4
+
δ0
4
= ε + δ0
nên ta có
MT (xn(k), xl) < ε + δ0 ε + δ.
Điều này kéo theo
d(yn(k)+1, yl+1) = d(TFxn(k), TFxl) < ε.
25. 20
Mặt khác
d(yn(k)+1, yl+1) d(yn(k), yl) − d(yn(k), yn(k)+1) − d(yl, yl+1)
> ε +
δ0
2
−
δ0
4
−
δ0
4
= ε.
Ta gặp mâu thuẫn. Vậy, {yn} là dãy Cauchy. Vì (X, d) là không gian
mêtric đầy đủ nên tồn tại y ∈ X sao cho
lim
n→∞
yn = lim
n→∞
Txn = y.
Hơn nữa vì T hội tụ dãy nên ta suy ra tồn tại x ∈ X sao cho {xn} hội
tụ tới x. Từ tính liên tục của F ta có x = lim
n→∞
xn+1 = lim
n→∞
Fxn = Fx.
Cuối cùng, ta sẽ chứng minh tính duy nhất của điểm bất động. Nếu tồn
tại y ∈ X mà y = Fy và y = x thì
MT (x, y) = d(Tx, Ty) > 0.
Từ điều kiện (1.10) ta có
ε d(Tx, Ty) < ε + δ kéo theo d(Tx, Ty) < ε.
Ta gặp mâu thuẫn. Vậy, định lý được chứng minh.
1.2. Điểm bất động của ánh xạ T-co kiểu tựa co Ciric
Trong mục này, chúng tôi trình bày khái niệm ánh xạ tựa co Ciric, đồng
thời phát biểu và chứng minh một số mở rộng của ánh xạ T-co cho ánh
xạ tựa co Ciric ([27]).
1.2.1 Định nghĩa. ([27]) Cho (X, d) là không gian mêtric, ánh xạ S :
X → X được gọi là tựa co nếu tồn tại 0 q < 1 sao cho
d(Sx, Sy) q max d(x, y), d(x, Sx), d(y, Sy), d(x, Sy), d(y, Sx) ,
(1.14)
với mọi x, y ∈ X.
26. 21
Cho ánh xạ T : X → X, với tập con Y ⊂ X và với mỗi x ∈ X đặt:
1. δ(Y ) = sup{d(x, y) : x, y ∈ Y }.
2. O(x, n) = {x, Tx, T2x, · · · , Tnx} với n ∈ N.
3. O(x, ∞) = {x, Tx, T2x, · · · }.
Định lý sau là một mở rộng định lý ánh xạ tựa co Ciric.
1.2.2 Định lý. Cho (X, d) là không gian mêtric, T : X → X là ánh
xạ đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy và ánh xạ S : X → X. Giả sử tồn tại
q ∈ [0, 1) sao cho
d(TSx, TSy) q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy),
d(Tx, TSy), d(Ty, TSx)}
(1.15)
với mọi x, y ∈ X và mọi dãy Cauchy có dạng {TSnx} đều hội tụ trong
X. Khi đó, ta có
(i) d(TSi, TSj) qδ O(Tx, n) , với mọi i, j ∈ {1, 2, ..., n}, mọi x ∈
X và n ∈ N,
(ii) δ O(Tx, ∞) 1
1−qd(Tx, TSx), với mọi x ∈ X,
(iii) S có điểm bất động duy nhất b ∈ X,
(iv) lim
n→∞
TSnx = Tb với mọi x ∈ X.
Chứng minh. Với x ∈ X tùy ý, số tự nhiên n 1 và i, j ∈ {1, 2, ..., n},
ta có
TSi−1
x, TSi
x, TSj−1
x, TSj
x ∈ O(Tx, n).
Ta quy ước S0x = x với mọi x ∈ X. Từ (1.15) ta có
d(TSi
x, TSj
x) = d TS(Si−1
x), TS(Sj−1
x)
q max d(TSi−1
x, TSj−1
x); d(TSi−1
x, TSi
x),
d(TSj−1
x, TSj
x), d(TSi−1
x, TSj
x), d(TSi
x, TSj−1
x)
qδ O(Tx, n) .
27. 22
Do đó, khẳng định (i) được chứng minh.
Bây giờ ta chứng minh khẳng định (ii). Ta có
δ O(Tx, 1) δ O(Tx, 2) · · · δ O(Tx, n) δ O(Tx, n+1) · · · ,
điều này kéo theo
δ O(Tx, ∞) = sup δ O(Tx, n) : n ∈ N .
Vì vậy, ta chỉ cần chứng tỏ rằng δ O(Tx, n)
1
1 − q
d(Tx, TSx) với mọi
n ∈ N. Thật vậy, vì O(Tx, n) = {Tx, TSx, ..., TSnx} là tập hữu hạn với
mỗi số tự nhiên n và
d(TSi
x, TSj
y) qδ O(Tx, n) , ∀i, j ∈ {1, 2, ..., n}
với 0 q < 1, ta suy ra tồn tại k ∈ {1, 2, ..., n} sao cho
d(Tx, TSk
x) = δ O(Tx, n) .
Sử dụng bất đẳng thức tam giác và khẳng định (i) ta nhận được
d(Tx, TSk
x) d(Tx, TSx) + d(TSx, TSk
x)
d(Tx, TSx) + qδ O(Tx, n)
= d(Tx, TSx) + qd(Tx, TSk
x).
Do đó, δ O(Tx, n) = d(Tx, TSkx)
1
1 − q
d(Tx, TSx). Vậy, khẳng định
(ii) được chứng minh.
Để chứng minh khẳng định (iii) ta lấy x0 ∈ X tùy ý và xây dựng các
dãy lặp {xn} và {yn} như sau:
xn+1 = Sxn và yn = Txn = TSn
x0 n = 0, 1, 2, ...
Ta chứng minh rằng {yn} là dãy Cauchy. Thật vậy, không mất tính tổng
quát ta có thể giả sử n < m, trong đó n, m ∈ N. Từ (i) ta nhận được
d(yn, ym) = d(TSn
x0, TSm
x0)
= d(TSSn−1
x0, TSm−n+1
Sn−1
x0)
qδ O(TSn−1
x0, m − n + 1) .
28. 23
Từ giả thiết n < m ta suy ra tồn tại l ∈ {1, m − n + 1} sao cho
δ O(TSn−1
x0, m − n + 1) = d(TSn−1
x0, TSl
Sn−1
x0),
và
d(TSn−1
x0, TSl
Sn−1
x0) = d(TSSn−2
x0, TSl+1
Sn−2
x0)
qδ O(TSn−2
x0, l + 1) .
Do đó, ta có
d(yn, ym) = d(TSn
x0, TSm
x0) qδ O(TSn−1
x0, m − n + 1)
q2
δ O(TSn−2
x0, m − n + 2) .
Lập luận tương tự ta nhận được
d(yn, ym) = d(TSn
x0, TSm
x0) ... qn
δ O(TSx0, m) .
Vì δ O(TSx0, m) δ O(TSx0, ∞)
1
1 − q
d(Tx0, TSx0) nên ta có
d(yn, ym) = d(TSn
x0, TSm
x0)
qn
1 − q
d(Tx0, TSx0).
Điều này chứng tỏ {yn} = {TSnx0} là dãy Cauchy. Theo giả thiết, mỗi
dãy Cauchy có dạng {TSnx0} hội tụ trong X ta suy ra
lim
n→∞
TSn
x0 = a ∈ X.
Vì T là hội tụ dãy nên ta có lim
n→∞
Snx0 = b ∈ X. Hơn nữa, vì T liên tục
nên ta nhận được
lim
n→∞
TSn
x0 = Tb. (1.16)
Do vậy, ta có Tb = a. Tiếp theo, ta sẽ chứng minh Sb = b. Thật vậy, ta
29. 24
có
d(TSb, Tb) d(Tb, TSn+1
x0) + d(TSn+1
x0, TSb)
d(Tb, TSn+1
x0) + q max d(Tb, TSn
x0), d(Tb, TSb),
d(TSn
x0, TSn+1
x0), d(Tb, TSn+1
x0), d(TSn
x0, TSb)
d(Tb, TSn+1
x0) + q max d(Tb, TSn
x0), d(Tb, TSb),
d(TSn
x0, TSn+1
x0), d(Tb, TSn+1
x0), d(TSn
x0, Tb) + d(Tb, TSb)
d(Tb, TSn+1
x0) + q d(Tb, TSn+1
x0) + d(TSn
x0, TSn+1
x0)
+ d(TSn
x0, Tb) + d(Tb, TSb) .
Từ các bất đẳng thức trên ta suy ra
d(Tb, TSb)
1
1 − q
(1 + q)d(Tb, TSn+1
x0)
+ qd(Tb, TSn
x0) + qd(TSn
x0, TSn+1
x0) .
Cho n → ∞ và kết hợp với đẳng thức lim
n→∞
TSnx0 = Tb, ta nhận được
d(TSb, Tb) = 0, có nghĩa là TSb = Tb. Hơn nữa, vì T là đơn ánh nên
Sb = b. Cuối cùng, ta chứng tỏ b là điểm bất động duy nhất của S. Thật
vậy, giả sử b và b là các điểm bất động của S. Khi đó, ta có Sb = b và
Sb = b . Từ (1.15) ta suy ra
d(Tb, Tb ) = d(TSb, TSb )
q max{d(Tb, TSb), d(Tb , TSb ),
d(Tb, TSb ), d(Tb , TSb), d(Tb, Tb )}
= qd(Tb, Tb ).
Hơn nữa, vì 0 q < 1 nên ta có d(Tb, Tb ) = 0. Vậy, Tb = Tb . Mặt khác,
vì T đơn ánh nên b = b . Vậy, khẳng định (iii) được chứng minh. Khẳng
định (iv) được suy trực tiếp từ (1.16).
Định lý được chứng minh.
30. 25
Nếu ta cho Tx = x với mọi x ∈ X trong Định lý 1.2.2 thì ta nhận được
định lý ánh xạ tựa co Ciric ([27]).
1.2.3 Hệ quả. ([27]) Cho (X, d) là không gian mêtric và ánh xạ S :
X → X. Nếu tồn tại q ∈ [0, 1) sao cho
d(Sx, Sy) q max d(x, y), d(x, Sx), d(y, Sy), d(x, Sy), d(y, Sx) ,
(1.17)
với mọi x, y ∈ X và mọi dãy Cauchy có dạng {Snx} hội tụ trong X
thì S có duy nhất điểm bất động.
Ví dụ sau chứng tỏ rằng Định lý 1.2.2 là mở rộng thực sự của Định lý
ánh xạ tựa co Ciric 1.2.3.
1.2.4 Ví dụ. Lấy X = R+ với mêtric thông thường: d(x, y) = |x − y|
với mọi x, y ∈ X. Rõ ràng (X, d) là không gian mêtric đầy đủ. Xét ánh
xạ Sx =
x2
x + 1
với mọi x ∈ X. Ta có
d(Sx, S2x) =
4x2
2x + 1
−
x2
x + 1
=
x2(2x + 3)
(2x + 1)(x + 1)
;
d(x, Sx) = x −
x2
x + 1
=
x
x + 1
;
d(2x, S2x) = 2x −
4x2
2x + 1
=
2x
2x + 1
;
d(x, S2x) =
4x2
2x + 1
− x =
2x2 − x
2x + 1
;
d(2x, Sx) = 2x −
x2
x + 1
=
x2 + 2x
x + 1
;
d(x, 2x) = x.
Do đó, với x đủ lớn ta có
max d(x, 2x), d(x, Sx), d(2x, S2x), d(x, S2x), d(2x, Sx) =
x2 + 2x
x + 1
.
Cho x = x và y = 2x trong bất đẳng thức (1.17) ta nhận được
d(Sx, S2x) q max d(x, 2x), d(x, Sx), d(2x, S2x), d(x, S2x), d(2x, Sx) .
31. 26
Từ các phép tính toán ở trên ta suy ra
x(2x + 3)
(2x + 1)(x + 2)
q.
Cho x → ∞ ta nhận được q 1, điều này mâu thuẫn với giả thiết
q ∈ [0, 1). Do đó, ánh xạ S không thỏa mãn điều kiện (1.17). Tuy nhiên,
dễ thấy 0 là điểm bất động duy nhất của S.
Tiếp theo, ta sẽ chứng minh rằng S thỏa mãn các điều kiện trong Định
lý 1.2.2 với Tx = ex − 1 và q =
1
2
. Thật vậy, dễ kiểm tra được T đơn ánh,
liên tục và hội tụ dãy trên R+. Hơn nữa, ta có
d(TSx, TSy) = e
x2
x+1 − e
y2
y+1
và
d(Tx, Ty) = |ex
− ey
|.
Bây giờ, ta sẽ chứng tỏ rằng ánh xạ S thỏa mãn điều kiện co (1.15) với
ánh xạ T được xác định ở trên. Muốn vậy, ta chứng minh S thỏa mãn
d(TSx, TSy)
1
2
d(Tx, Ty) với mọi x, y ∈ X. (1.18)
Thật vậy, lấy bất kỳ x, y ∈ X mà x = y thì bất đẳng thức trên thỏa mãn.
Vì vậy, không mất tính tổng quát ta có thể giả sử x > y. Khi đó, bất đẳng
thức (1.18) trở thành
|e
x2
x+1 − e
y2
y+1 |
1
2
|ex
− ey
|, với mọi x > y. (1.19)
Bởi vì φ(t) = e
t2
t+1 và ψ(t) = et là các hàm tăng trên R+ nên từ bất đẳng
thức (1.19) ta suy ra
e
x2
x+1 −
ex
2
e
y2
y+1 −
ey
2
, với mọi x > y. (1.20)
Xét hàm ϕ(t) = e
t2
t+1 − et
2 với t ∈ R+. Dễ kiểm tra được ϕ là hàm giảm
32. 27
trên R+. Do vậy, bất đẳng thức (1.18) thỏa mãn và ta có
d(TSx, TSy)
1
2
d(Tx, Ty)
1
2
max d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy),
d(Tx, TSy), d(Ty, TSx)
vói mọi x, y ∈ X. Điều này chứng tỏ ánh xạ S thỏa mãn các điều kiện
của Định lý 1.2.2.
Từ Định lý 1.2.2 ta nhận được hệ quả sau.
1.2.5 Hệ quả. Cho (X, d) là không gian mêtric, T : X → X là ánh
xạ đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy và ánh xạ S : X → X. Giả sử tồn tại
q ∈ [0, 1) sao cho
d(TSx, TSy) q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy),
d(Tx, TSy) + d(Ty, TSx)
2
}
(1.21)
với mọi x, y ∈ X và mọi dãy Cauchy dạng {TSnx} hội tụ trong X.
Khi đó
a) S có điểm bất động duy nhất b ∈ X.
b) lim
n→∞
TSnx = Tb với x ∈ X.
Chứng minh. Ta có
q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy),
d(Tx, TSy) + d(Ty, TSx)
2
}
q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy), d(Tx, TSy), d(Ty, TSx)}
Do đó, từ các bất đẳng thức (1.15) và (1.21), hệ quả được chứng minh.
Từ Định lý 1.2.2 ta thu được hệ quả sau.
33. 28
1.2.6 Hệ quả. Cho (X, d) là không gian mêtric, T : X → X là ánh
xạ đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy và ánh xạ S : X → X. Giả sử tồn tại
q ∈ [0, 1) sao cho
d(TSk
x, TSk
y) q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSk
x),
d(Ty, TSk
y), d(Tx, TSk
y), d(Ty, TSk
x)}
(1.22)
với mọi x, y ∈ X, mọi số tự nhiên k và mọi dãy Cauchy dạng {TSnx}
hội tụ trong X. Khi đó S có điểm bất động duy nhất b ∈ X.
Chứng minh. Thay S bởi ánh xạ Sk trong Định lý 1.2.2 ta suy ra Sk
có điểm bất động duy nhất b ∈ X. Do đó ta có Skb = b và Sk(Sb) =
Sk+1b = S(Skb) = Sb. Điều này chứng tỏ Sb là điểm bất động của Sk.
Vì Sk có điểm bất động duy nhất nên ta có Sb = b, điều đó chứng tỏ b là
điểm bất động của S. Cuối cùng, nếu a là điểm bất động khác của S thì
Ska = Sk−1a = ... = Sa = a. Do đó, a là điểm bất động của Sk, chứng
tỏ a = b. Vậy, hệ quả được chứng minh.
Từ Định lý 1.2.2 ta cũng thu được hệ quả sau.
1.2.7 Hệ quả. Cho (X, d) là không gian mêtric, T : X → X là ánh
xạ đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy và ánh xạ S : X → X. Nếu tồn tại
các ai 0, i = 1, 2, ..., 5 sao cho
5
i=1
ai < 1 thỏa mãn
d(TSx, TSy) a1d(Tx, Ty) + a2d(Tx, TSx) + a3d(Ty, TSy)
+ a4d(Tx, TSy) + a5d(Ty, TSx)
(1.23)
với mọi x, y ∈ X và mọi dãy Cauchy dạng {TSnx} hội tụ trong X thì
(a) S có điểm bất động duy nhất b ∈ X.
(b) lim
n→∞
TSnx = Tb.
34. 29
Chứng minh. Ta có
d(TSx, TSy) a1d(Tx, Ty) + a2d(Tx, TSx) + a3d(Ty, TSy)
+ a4d(Tx, TSy) + a5d(Ty, TSx)
(a1 + a2 + a3 + a4 + a5) max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx),
d(Ty, TSy), d(Tx, TSy), d(Ty, TSx)}
= q max{d(Tx, Ty), d(Tx, TSx), d(Ty, TSy),
d(Tx, TSy), d(Ty, TSx)},
trong đó q =
5
i=1
ai < 1. Vậy, từ điều kiện (1.23) và điều kiện (1.15) ta suy
ra hệ quả được chứng minh.
1.3. Điểm bất động chung của các ánh xạ T-co kiểu (ψ, ϕ)-co
yếu
Trong mục này, chúng tôi phát biểu và chứng minh kết quả về điểm
bất động chung của các ánh xạ T-co cho ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co yếu.
Ký hiệu Ψ:={ψ : R+ → R+} là họ các hàm thỏa mãn các điều kiện
(i) ψ liên tục, không giảm;
(ii) ψ(t) = 0 nếu và chỉ nếu t = 0
và Φ :={ϕ : R+ → R+} là họ các hàm thỏa mãn các điều kiện
(iii) ϕ nửa liên tục dưới;
(iv) ϕ(t) = 0 nếu và chỉ nếu t = 0.
Dễ thấy, với mọi t ∈ R+ thì ψ1(t) = t, ψ2(t) =
t
t + 1
, và ψ3(t) = t2 ∈ Ψ
còn ϕ1(t) = min{t, 1}, ϕ2(t) = ln(1 + t) ∈ Φ. Năm 2009, theo hướng mở
rộng các kết quả về điểm bất động cho các ánh xạ kiểu co yếu, D. Doric
([32]) đã đề xuất và chứng minh kết quả về điểm bất động chung của hai
ánh xạ.
1.3.1 Định lý. ([32]) Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và các
35. 30
ánh xạ f, g : X → X. Nếu tồn tại các hàm ψ ∈ Ψ và ϕ ∈ Φ sao cho
ψ d(fx, gy) ψ M(x, y) − ϕ M(x, y) , (1.24)
với mọi x, y ∈ X, trong đó
M(x, y) = max d(x, y), d(x, fx), d(y, gy),
d(x, gy) + d(y, fx)
2
,
thì f và g có điểm bất động chung duy nhất.
Mở rộng Định lý 1.3.1 cho ánh xạ T-co, chúng tôi thu được kết quả
sau.
1.3.2 Định lý. Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và T : X → X
là đơn ánh, liên tục, hội tụ dãy. Cho các ánh xạ f, g : X → X. Nếu
tồn tại các hàm ψ ∈ Ψ và ϕ ∈ Φ sao cho
ψ d(Tfx, Tgy) ψ M(Tx, Ty) − ϕ M(Tx, Ty)) , (1.25)
với mọi x, y ∈ X, trong đó
M(Tx, Ty) = max d(Tx, Ty), d(Tx, Tfx), d(Ty, Tgy),
d(Tx, Tgy) + d(Ty, Tfx)
2
thì f và g có điểm bất động chung duy nhất.
Chứng minh. Vì T đơn ánh nên M(Tx, Ty) = 0 nếu và chỉ nếu x = y.
Do đó, nếu f và g có điểm bất động chung thì điểm bất động chung là
duy nhất. Lấy x0 ∈ X tùy ý, ta xây dựng hai dãy lặp {xn} và {yn} như
sau:
x2n+2 = fx2n+1, x2n+1 = gx2n và yn = Txn, với mọi n = 0, 1, 2, ...
Ta chứng minh {yn} là dãy Cauchy. Muốn vậy, đầu tiên, ta chứng minh
36. 31
lim
n→∞
d(yn+1, yn) = 0. Thật vậy, nếu n lẻ thì từ giả thiết của hàm ϕ ta có
ψ(d(yn+1, yn)) = ψ d(Txn+1, Txn) = ψ d(Tfxn, Tgxn−1)
ψ M(Txn, Txn−1) − ϕ M(Txn, Txn−1)
ψ M(Txn, Txn−1)
= ψ max d(Txn, Txn−1), d(Tfxn, Txn), d(Tgxn−1, Txn−1),
d(Tgxn, Txn−1) + d(Tfxn−1, Txn)
2
= ψ max d(yn, yn−1), d(yn+1, yn), d(yn, yn−1),
d(yn−1, yn+1)
2
ψ max d(yn, yn−1), d(yn+1, yn),
d(yn−1, yn) + d(yn, yn+1)
2
.
(1.26)
Nếu d(yn, yn+1) > d(yn−1, yn) 0 thì M(Txn, Txn−1) = d(yn, yn+1). Do
đó, ta có
ψ d(yn, yn+1) ψ d(yn, yn+1) − ϕ d(yn, yn+1) .
Theo giả thiết ϕ(t) > 0 với mọi t > 0 nên ta gặp mâu thuẫn với giả sử
d(yn, yn+1) > 0. Do đó, từ (1.26) ta có
d(yn+1, yn) M(Txn, Txn−1) d(yn, yn−1).
Lập luận tương tự cho trường hợp n chẵn ta cũng nhận được
d(yn+1, yn) M(Txn, Txn−1) d(yn, yn−1).
Vì vậy, ta có
d(yn+1, yn) M(Txn, Txn−1) d(yn, yn−1) (1.27)
với mọi n và {d(yn, yn+1)} là dãy không tăng các số thực không âm. Do
đó, tồn tại số thực r 0 sao cho
lim
n→∞
d(yn, yn+1) = lim
n→∞
M(Txn−1, Txn) = r.
37. 32
Vì hàm ϕ nửa liên tục dưới nên ta có
ϕ(r) lim
n→∞
inf ϕ(M(Txn, Txn−1)).
Cho n → ∞ trong bất đẳng thức sau
ψ(d(yn, yn+1)) ψ(M(Txn, Txn−1)) − ϕ M(Txn, Txn−1) ,
ta nhận được
ψ(r) ψ(r) − lim
n→∞
inf ϕ(M(Txn, Txn−1)) ψ(r) − ϕ(r),
điều này kéo theo ϕ(r) 0. Theo giả thiết của hàm ϕ ta suy ra ϕ(r) = 0.
Vậy, r = 0 và
lim
n→∞
d(yn, yn+1) = 0. (1.28)
Từ bất đẳng thức (1.27) ta có
lim
n→∞
M(Txn, Txn−1) = 0.
Vì lim
n→∞
d(yn, yn+1) = 0 nên để chứng minh {yn} là dãy Cauchy ta chỉ
cần chứng minh {y2n} là dãy Cauchy. Giả sử ngược lại, {y2n} không là
dãy Cauchy. Khi đó, tồn tại ε > 0 sao cho ta có thể tìm được hai dãy con
{y2n(k)} và {y2m(k)} của {y2n} sao cho với n(k) là số tự nhiên bé nhất
thỏa mãn
n(k) > m(k) > k, d(y2m(k), y2n(k)) > ε.
Do đó
d(y2m(k), y2m(k)−2) < ε. (1.29)
Từ (1.29) ta có
ε d(y2m(k), y2n(k))
d(y2m(k), y2n(k)−2) + d(y2n(k)−2, y2n(k)−1) + d(y2n(k)−1, y2n(k))
< ε + d(y2n(k)−2, y2n(k)−1) + d(y2n(k)−1, y2n(k)).
38. 33
Cho k → ∞ và sử dụng bất đẳng thức (1.28) ta nhận được
lim
k→∞
d(y2m(k), y2n(k)) = ε. (1.30)
Mặt khác, ta có
|d(y2m(k), y2n(k)+1) − d(y2m(k), y2n(k))| d(y2n(k), y2n(k)+1);
|d(y2m(k)−1, y2n(k)) − d(y2m(k), y2n(k))| d(y2m(k)−1, y2m(k)).
Từ các bất đẳng thức (1.28) và (1.30) ta nhận được
lim
k→∞
d(y2m(k)−1, y2n(k)) = lim
k→∞
d(y2m(k), y2n(k)+1) = ε. (1.31)
Hơn nữa, ta có
|d(y2m(k)−1, y2n(k)+1) − d(y2m(k)−1, y2n(k))| d(y2n(k), y2n(k)+1).
Kết hợp với các bất đẳng thức (1.28) và (1.31) ta thu được
lim
k→∞
d(y2m(k)−1, y2n(k)+1) = ε. (1.32)
Từ cách xác định M(Tx, Ty) và từ các đẳng thức (1.28), (1.30), (1.31) và
(1.32) ta suy ra
lim
k→∞
M(Tx2m(k)−1, Tx2n(k)) = ε.
Từ điều kiện co (1.25) ta có
ψ(d(y2m(k), y2n(k)+1)) = ψ(d(Tx2m(k)), Tx2n(k)+1))
= ψ(d(Tfx2m(k)−1), Tgx2n(k)))
ψ M(Tx2m(k)−1, Tx2n(k)) − ϕ M(Tx2m(k)−1, Tx2n(k)) .
Cho k → ∞ và sử dụng các bất đẳng thức (1.31) và (1.32) ta nhận được
ψ(ε) ψ(ε) − ϕ(ε).
Điều này mâu thuẫn với giả thiết ϕ(t) > 0 với mọi t > 0. Vậy, {yn} là
dãy Cauchy. Vì X là không gian mêtric đầy đủ nên tồn tại u ∈ X sao cho
39. 34
lim
n→∞
yn = lim
n→∞
Txn = u. Vì T hội tụ dãy nên ta suy ra dãy {xn} hội tụ
tới v ∈ X. Lại vì T liên tục nên ta có u = lim
n→∞
yn = lim
n→∞
Txn = Tv.
Bây giờ, ta chứng minh v = fv = gv. Thật vậy, giả sử v = fv, vì T
đơn ánh nên ta có u = Tv = Tfv. Do đó d(Tv, Tfv) > 0. Hơn nữa, vì
lim
n→∞
y2n+1 = lim
n→∞
y2n = u và lim
n→∞
d(y2n, y2n+1) = 0 nên ta tìm được số
tự nhiên N0 ∈ N sao cho với mỗi số tự nhiên n N0 ta có
d(y2n+1, u) <
d(Tv, Tfv)
4
, d(y2n, u) <
d(Tv, Tfv)
4
,
và
d(y2n, y2n+1) <
d(Tv, Tfv)
4
.
Do đó, ta có
d(Tv, Tfv) M(Tv, Tx2n)
= max d(Tv, Tx2n), d(Tv, Tfv), d(Tx2n, Tgx2n),
d(Tv, Tgx2n) + d(Tx2n, Tfv)
2
= max d(u, y2n), d(Tv, Tfv), d(y2n, y2n+1),
d(u, y2n+1) + d(y2n, Tfv)
2
max d(u, y2n), d(Tv, Tfv), d(y2n, y2n+1),
d(u, y2n+1) + d(y2n, Tv) + d(Tv, Tfv)
2
max
d(Tv, Tfv)
4
, d(Tv, Tfv),
d(Tv, Tfv)
4
,
d(Tv, Tfv)
4
+
d(Tv, Tfv)
4
+ d(Tv, Tfv)
2
max{d(Tv, Tfv),
3
4
d(Tv, Tfv)} = d(Tv, Tfv).
40. 35
Vì vậy, M(Tv, Tx2n) = d(Tv, Tfv) với mọi số tự nhiên n N0. Từ
ψ d(Tfv, y2n+1) = ψ d(Tfv, Tx2n+1) = ψ d(Tfv, Tgx2n)
ψ M(Tv, Tx2n) − ϕ M(Tv, Tx2n)
= ψ d(Tv, Tfv) − ϕ d(Tv, Tfv) ,
cho n → ∞ ta nhận được
ψ d(Tfv, Tv) ψ d(Tv, Tfv) − ϕ d(Tv, Tfv) .
Theo giả thiết của hàm ϕ, ta gặp mâu thuẫn. Do đó, v = fv. Lập luận
tương tự ta cũng có v = gv.
Để chứng minh tính duy nhất của điểm bất động chung ta giả sử tồn
tại w ∈ X sao cho w = fw = gw. Khi đó, ta có
M(Tv, Tw) = max d(Tv, Tw), d(Tv, Tfv), d(Tw, Tgw),
d(Tv, Tgw) + d(Tfv, Tw)
2
= max d(Tv, Tw),
d(Tv, Tw) + d(Tv, Tw)
2
= d(Tw, Tv).
Do đó
ψ d(Tv, Tw) = ψ d(Tfv, Tgw) ψ M(Tv, Tw) − ϕ M(Tv, Tw)
= ψ d(Tv, Tw) − ϕ d(Tv, Tw) .
Điều này kéo theo d(Tv, Tw) = 0. Vậy, Tv = Tw. Vì T đơn ánh nên ta
suy ra w = v. Định lý được chứng minh.
1.3.3 Nhận xét. 1) Trong Định lý 1.3.2, nếu ta chọn Tx = x với mọi
x ∈ X thì ta nhận được Định lý 1.3.1.
2) Trong Định lý 1.3.2, nếu ta chọn ψ(t) = t với mọi t ∈ R+ thì ta
nhận được dạng T-co suy rộng cho kết quả sau đây.
41. 36
1.3.4 Định lý. ([63]) Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và các
ánh xạ f, g : X → X. Nếu tồn tại hàm ϕ ∈ Φ sao cho
d(fx, gy) M(x, y) − ϕ M(x, y) ,
với mọi x, y ∈ X, trong đó
M(x, y) = max d(x, y), d(x, fx), d(y, gy),
d(x, fy) + d(y, gx)
2
thì f và g có điểm bất động chung duy nhất.
Ví dụ sau chứng tỏ Định lý 1.3.2 là mở rộng thực sự của Định lý 1.3.1.
1.3.5 Ví dụ. Lấy X = [1, +∞) và d là mêtric thông thường: d(x, y) =
|x − y| với mọi x, y ∈ X. Xét các ánh xạ f(x) = g(x) = 4
√
x với mọi
x ∈ X. Dễ thấy 16 là điểm bất động chung duy nhất của f và g. Ta chứng
minh rằng f và g không thỏa mãn điều kiện co (1.24) trong Định lý 1.3.1.
Thật vậy, giả sử tồn tại các hàm ψ ∈ Ψ và ϕ ∈ Φ sao cho bất đẳng thức
(1.24) thỏa mãn. Khi đó, ta có
ψ(d(fx, gy)) ψ(M(x, y)) − ϕ(M(x, y)), với mọi x, y ∈ X. (1.33)
hay
ψ(4|
√
x −
√
y|) ψ(M(x, y)) − ϕ(M(x, y)), với mọi x, y ∈ X, (1.34)
trong đó M(x, y) = max{d(x, y), d(fx, x), d(gy, y),
1
2
[d(gx, y)+d(fy, x)]}.
Với x = 4 và y = 1, ta có
M(x, y) = max{3, 4, 3,
7
2
} = 4.
Do đó, bất đẳng thức (1.34) trở thành
ψ(4) ψ(4) − ϕ(4).
Suy ra ϕ(4) 0. Ta gặp mâu thuẫn với giả thiết ϕ(t) > 0 với mọi
t ∈ (0, ∞). Vậy f và g không thỏa mãn Định lý 1.3.1.
42. 37
Tiếp theo, ta chứng minh rằng f và g thỏa mãn mọi điều kiện trong
Định lý 1.3.2. Thật vậy, xét ánh xạ Tx = ln x + 1 với mọi x ∈ X. Dễ
thấy T đơn ánh, liên tục và hội tụ dãy. Cho ψ(t) = t và ϕ(t) =
t
3
với mọi
t ∈ R+. Để chứng minh f và g thỏa mãn điều kiện co (1.25) trong Định
lý 1.3.2 ta cần kiểm tra bất đẳng thức sau
| ln 4
√
x − ln 4
√
y|
2
3
M(x, y), với mọi x, y ∈ [1, +∞).
Bất đẳng thức trên tương đương với
1
2
ln
x
y
2
3
M(Tx, Ty), với mọi x, y ∈ [1, +∞). (1.35)
Mặt khác, ta có
M(Tx, Ty) = max | ln x − ln y|, | ln 4
√
x − ln x|, | ln 4
√
y − ln y|,
| ln 4
√
y − ln x| + | ln 4
√
x − ln y|
2
| ln x − ln y| = ln
x
y
.
Chứng tỏ bất đẳng thức (1.35) thỏa mãn. Vậy, f và g thỏa mãn mọi điều
kiện trong Định lý 1.3.2.
Kết luận chương 1
Chương 1 của luận án đạt được các kết quả sau:
• Đưa ra Định lý 1.1.5 và Định lý 1.1.8 khẳng định sự tồn tại duy
nhất điểm bất động của ánh xạ T-co kiểu Meir-Keeler trong không gian
mêtric đầy đủ. Đưa ra Ví dụ 1.1.7 minh họa cho Định lý 1.1.5 cũng như
để chỉ ra rằng kết quả của chúng tôi là mở rộng thực sự so với kết quả của
Meir-Keeler ([42]).
Các kết quả này đã được công bố trong bài báo: Kieu Phuong Chi,
Erdal Karapinar and Tran Duc Thanh (2012), A generalization of the
43. 38
Meir-Keeler type contraction, Arab Journal of Mathematical Sciences,
18, 141-148.
• Đưa ra các Định lý 1.2.2, Hệ quả 1.2.5, Hệ quả 1.2.6 và Hệ quả 1.2.7
khẳng định sự tồn tại duy nhất điểm bất động cho ánh xạ T-co kiểu tựa
co Ciric trong không gian mêtric đầy đủ. Đưa ra Ví dụ 1.2.4 minh họa cho
Định lý 1.2.2 cũng như để chỉ ra rằng kết quả của chúng tôi là mở rộng
thực sự so với kết quả của Ciric ([27]).
Các kết quả này đã được công bố trong bài báo: Erdal Karapinar,
Kieu Phuong Chi and Tran Duc Thanh (2012), A generalization of Ciric
quasi-contraction, Abstract and Applied Analysis, Article ID 518734, 9
pages, doi:10.1155/2012/518734.
• Đưa ra Định lý 1.3.2 khẳng định sự tồn tại duy nhất điểm bất động
chung của ánh xạ T-co kiểu (ψ, ϕ)-co yếu trong không gian mêtric đầy đủ.
Đưa ra Ví dụ 1.3.5 minh họa cho Định lý 1.3.2 cũng như để chỉ ra rằng
kết quả của chúng tôi là mở rộng thực sự so với kết quả D. Doric ([32]).
Các kết quả này đã được công bố trong bài báo: T. V. An, K. P. Chi,
E. Karapinar and T. D. Thanh (2012), An extension of generalized (ψ, ϕ)-
weak contractions, International Journal of Mathematics and Mathe-
matical Sciences, Vol 2012, Article ID 431872, 11pages doi:10.1155/2012/431872.
44. 39
CHƯƠNG 2
ĐIỂM BẤT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LỚP ÁNH XẠ CO SUY
RỘNG TRONG KHÔNG GIAN MÊTRIC RIÊNG
Chương này dành để nghiên cứu sự tồn tại điểm bất động của một số
lớp ánh xạ co suy rộng trong các không gian mêtric riêng. Trong mục thứ
nhất, chúng tôi trình bày khái niệm không gian mêtric riêng, một số tính
chất tôpô, sự hội tụ của dãy trong không gian mêtric riêng và mối quan
hệ giữa không gian mêtric riêng với không gian mêtric. Mục thứ hai dành
để trình bày một số định lý điểm bất động cho ánh xạ co suy rộng trong
không gian mêtric riêng. Chú ý rằng, các kỹ thuật chứng minh trong các
định lý ở mục trên hoàn toàn khác với các kỹ thuật chứng minh đã có
trong các không gian mêtric. Trong mục cuối cùng của chương, chúng tôi
thiết lập các định lý điểm bất động đối với ánh xạ co yếu thông qua một
số định lý điểm bất động chung cho các ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co yếu.
2.1. Không gian mêtric riêng
Năm 1992, trong dự án nghiên cứu về sự hiển thị ngôn ngữ và lưu thông
mạng máy tính, S. G. Matthew ([45]) đã đề xuất và xây dựng khái niệm
không gian mêtric riêng. Các khái niệm, tính chất tôpô, sự hội tụ của dãy,
mối quan hệ giữa không gian mêtric riêng và không gian mêtric, nguyên
lý ánh xạ co Banach trong không gian gian mêtric riêng đã được S. G.
Matthew trình bày tại hội nghị quốc tế về Tôpô và ứng dụng lần thứ 8
([46]).
Khái niệm không gian mêtric riêng nhận được bằng cách thay thế
45. 40
đẳng thức d(x, x) = 0 trong định nghĩa của mêtric bởi bất đẳng thức
d(x, x) d(x, y) với mọi x, y. Trước hết, chúng ta nhắc lại một số khái
niệm và tính chất cơ bản cần dùng về sau.
2.1.1 Định nghĩa. ([45, 46]) Cho X là tập hợp khác rỗng, ánh xạ
p : X × X → R+ được gọi là một mêtric riêng (partial metric) trên X
nếu với bất kỳ x, y, z ∈ X các điều kiện sau được thỏa mãn
(P1) x = y nếu và chỉ nếu p(x, x) = p(y, y) = p(x, y).
(P2) p(x, x) p(x, y).
(P3) p(x, y) = p(y, x).
(P4) p(x, z) p(x, y) + p(y, z) − p(y, y).
Tập X cùng với một mêtric riêng p trên nó được gọi là không gian
mêtric riêng (partial metric space) và ký hiệu là (X, p).
2.1.2 Ví dụ. ([45, 46]) 1) Cho X = R+ và ánh xạ p : X × X → R+
được xác định bởi p(x, y) = max{x, y} với mọi x, y ∈ X. Khi đó, (X, p)
là không gian mêtric riêng. Hơn nữa, (X, p) không là không gian mêtric
vì p(x, x) = x > 0 với mọi x > 0.
2) Cho X = {[a, b] : a, b ∈ R, a b} và ánh xạ p : X × X → R+ được
xác định bởi
p([a, b], [c, d]) = max{b, d} − min{a, c},
với mọi [a, b], [c, d] ∈ X. Khi đó, (X, p) là không gian mêtric riêng.
3) Cho X = [0, 1] ∪ [2, 3] và ánh xạ p : X × X → R+ được xác định
bởi
p(x, y) =
|x − y| nếu {x, y} ⊂ [0, 1]
max{x, y} nếu {x, y} ∩ [2, 3] = ∅,
với mọi x, y ∈ X. Khi đó, (X, p) là không gian mêtric riêng.
2.1.3 Mệnh đề. ([45, 46]) Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng.
Khi đó, các ánh xạ ps, pm : X × X → R+ cho bởi
ps
(x, y) = 2p(x, y) − p(x, x) − p(y, y)
46. 41
và
pm
(x, y) = max{p(x, y) − p(x, x), p(x, y) − p(y, y)}
xác định các mêtric tương đương trên X.
2.1.4 Định nghĩa. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng,
> 0 và x ∈ X. Khi đó, tập
Bp(x, ) := {y ∈ X : p(x, y) < p(x, x) + }
được gọi là hình cầu mở tâm x bán kính .
2.1.5 Định lý. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng. Khi
đó, tập các hình cầu mở trong X là cơ sở của một tôpô τp trên X. Hơn
nữa, không gian (X, τp) là T0 - không gian.
2.1.6 Định nghĩa. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng.
1) Dãy {xn} trong X được gọi là hội tụ tới x ∈ X nếu và chỉ nếu
p(x, x) = lim
n→∞
p(xn, x).
2) Dãy {xn} trong X được gọi là dãy Cauchy nếu và chỉ nếu
lim
n,m→∞
p(xn, xm) tồn tại hữu hạn.
3) Không gian (X, p) được gọi là đầy đủ nếu mọi dãy Cauchy {xn}
trong X hội tụ tới x ∈ X theo tôpô τp.
4) Hàm f : X → X được gọi là liên tục tại x0 ∈ X nếu với mỗi ε > 0,
tồn tại δ > 0 sao cho f(B(x0, δ)) ⊂ B(f(x0), ε).
2.1.7 Định nghĩa. ([58]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng.
1) Dãy {xn} trong X được gọi là 0-Cauchy nếu lim
n,m→∞
p(xn, xm) = 0.
2) Không gian (X, p) được gọi là 0-đầy đủ nếu mọi dãy 0-Cauchy trong
X hội tụ theo tôpô τp tới x ∈ X sao cho p(x, x) = 0.
2.1.8 Nhận xét. ([58]) 1) Như ta biết, trong không gian mêtric, mỗi
dãy hội tụ đều là dãy Cauchy và giới hạn của dãy hội tụ là duy nhất. Tuy
nhiên, dãy hội tụ {xn} trong không gian mêtric riêng (X, p) có thể không
47. 42
là dãy Cauchy và giới hạn của dãy hội tụ cũng có thể không duy nhất.
Thật vậy, lấy X = R+, p(x, y) = max{x, y} với mọi x, y ∈ X và dãy {xn}
được xác định bởi
xn =
0 nếu n = 2k
1 nếu n = 2k + 1.
Rõ ràng, {xn} là dãy hội tụ trong không gian mêtric riêng (X, p) và với
mỗi x 1 ta có lim
n→∞
p(xn, x) = p(x, x). Đặt
L(xn) = {x ∈ X| lim
n→∞
p(xn, x) = p(x, x)}.
Khi đó L(xn) = [1, ∞). Hơn nữa, lim
n,m→∞
p(xn, xm) không tồn tại.
2) Nếu (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ thì (X, p) là không
gian mêtric riêng 0-đầy đủ. Điều ngược lại không đúng. Thật vậy, không
gian mêtric riêng (Q+, p) cùng với mêtric riêng p(x, y) = max{x, y} là
0-đầy đủ nhưng không đầy đủ.
2.1.9 Mệnh đề. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng. Khi
đó, ta có các khẳng định sau
(1) Nếu {xn} là dãy hội tụ trong không gian mêtric (X, ps) thì nó
là dãy hội tụ trong không gian mêtric riêng (X, p).
(2) Dãy {xn} là dãy Cauchy trong (X, p) nếu và chỉ nếu {xn} là
dãy Cauchy trong (X, ps).
(3) Không gian (X, p) đầy đủ nếu và chỉ nếu không gian (X, ps) đầy
đủ. Hơn nữa,
lim
n→∞
ps
(xn, x) = 0 ⇔ lim
n→∞
p(x, x) = lim
n→∞
p(xn, x) = lim
n,m→∞
p(xm, xn).
2.1.10 Bổ đề. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng và dãy
{xn} ⊂ X.
(1) Nếu xn → z khi n → ∞ thì lim
n→∞
p(xn, y) p(z, y) với mọi
y ∈ X.
48. 43
(2) Nếu xn → z khi n → ∞ sao cho p(z, z) = 0 thì lim
n→∞
p(xn, y) =
p(z, y) với mọi y ∈ X.
2.1.11 Bổ đề. ([45, 46]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng. Khi
đó, ta có
(1) Nếu p(x, y) = 0 thì x = y.
(2) Nếu x = y thì p(x, y) > 0.
2.1.12 Bổ đề. ([45, 46]) Cho {xn} là dãy hội tụ trong không gian
mêtric riêng (X, p) sao cho xn → x và xn → y khi n → ∞. Nếu
lim
n→∞
p(xn, xn) = p(x, x) = p(y, y)
thì x = y.
2.1.13 Bổ đề. ([45, 46]) Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng.
Khi đó, p là hàm liên tục theo nghĩa sau: Nếu xn → x và yn → y khi
n → ∞ với mọi xn, yn, x, y ∈ X thì p(xn, yn) → p(x, y) khi n → ∞.
2.2. Điểm bất động của ánh xạ co suy rộng trong không gian
mêtric riêng
Năm 2010, I. Altun, F. Sola và H. Simsek ([8]) đã đưa ra kết quả về
sự tồn tại duy nhất điểm bất động của ánh xạ co kiểu Hardy - Rogers cho
trường hợp X là không gian mêtric riêng bởi định lý sau.
2.2.1 Định lý. ([8]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) ap(x, y) + bp(Tx, x) + cp(y, Ty) + d p(Tx, y) + p(x, Ty) ,
(2.1)
với mọi x, y ∈ X, trong đó a + b + c + 2d < 1 và a, b, c, d 0. Khi đó,
T có duy nhất điểm bất động.
49. 44
Năm 2011, khi mở rộng nguyên lý ánh xạ co Banach trong không gian
mêtric riêng, D. Ilic, V. Pavlovic và V. Rakocevic ([37]) đã đề xuất và
chứng minh kết quả sau.
2.2.2 Định lý. ([37]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) max{ap(x, y), p(x, x), p(y, y)}, (2.2)
với mọi x, y ∈ X, trong đó a ∈ [0, 1). Khi đó, ta có
1) Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} là tập khác rỗng.
2) Tồn tại duy nhất u ∈ Xp sao cho Tu = u.
Mở rộng các điều kiện co ở trên với ánh xạ trong không gian mêtric
riêng, chúng tôi thu được các kết quả sau đây.
2.2.3 Định lý. Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
p(x, x), p(y, y) ,
(2.3)
với mọi x, y ∈ X, trong đó a, b, c ∈ [0, 1) và d ∈ [0,
1
2
). Khi đó, ta có
1) Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} là tập khác rỗng.
2) Tồn tại duy nhất u ∈ Xp sao cho Tu = u.
Để chứng minh định lý ta cần một số kết quả bổ trợ. Đặt L =
max{a, b, c, 2d} và với mỗi x ∈ X, ta xây dựng dãy lặp {xn} bởi x0 =
x, xn = Txn−1, với mọi n = 1, 2, ...
2.2.4 Bổ đề. Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ, T :
X → X là ánh xạ thỏa mãn Định lý 2.2.3 và m, n, k là các số tự nhiên
50. 45
thỏa mãn m n k 1. Khi đó, nếu p(xn, xm) > p(xi, xi) với mọi
i ∈ {n − k, ..., n − 1} ∪ {m − k, ..., m − 1} thì
p(xm, xn) Lk
p(xi0
, xj0
)
với i0, j0 nào đó thuộc {n − k, ..., m}.
Chứng minh. Ta chứng minh khẳng định trên bằng quy nạp. Với k = 1
thì từ giả thiết ta có p(xm, xn) > max{p(xm−1, xm−1), p(xn−1, xn−1)}. Vì
vậy, áp dụng điều kiện co (2.3) ta có
p(xm, xn) = p(Txm−1, Txn−1)
max ap(xm−1, xn−1), bp(xm−1, Txm−1), cp(xn−1, Txn−1),
d[p(xm−1, Txn−1) + p(xn−1, Txm−1)], p(xm−1, xm−1), p(xn−1, xn−1)
max Lp(xm−1, xn−1), Lp(xm−1, xm), Lp(xn−1, xn),
L
2
[p(xm−1, xn) + p(xn−1, xm)], p(xm−1, xm−1), p(xn−1, xn−1)
L max p(xm−1, xn−1), p(xm−1, xm), p(xn−1, xn),
p(xm−1, xn), p(xn−1, xm)
= Lp(xi0
, xj0
)
(2.4)
với i0, j0 nào đó thuộc {n − 1, ..., m}. Giả sử khẳng định đúng với k > 1
và m n k. Lấy m n k + 1 sao cho
p(xm, xn) > p(xi, xi) (2.5)
với mọi i ∈ {n − (k + 1), ..., n − 1} ∪ {m − (k + 1), ..., m − 1}. Khi đó, từ
p(xm, xn) > max{p(xm−1, xm−1), p(xn−1, xn−1)} và (2.3) ta có
p(xm, xn) Lp(xm1
, xn1
), (2.6)
trong đó (m1, n1) ∈ (m−1, n−1), (m−1, m), (n−1, n), (m−1, n), (n−
1, m), (m, n−1), (n, m−1) nếu m > n và (m1, n1) ∈ (n−1, n−1), (n−
51. 46
1, n) nếu n = m. Vì vậy
m1 n1 n − 1 k.
Khi đó với bộ ba m1 n1 k, từ chứng minh trên ta suy ra p(xm1
, xn1
) >
p(xi, xi) với mọi i ∈ {m1 − k, ..., m1 − 1} ∪ {n1 − k, ..., n1 − 1}. Vì nếu
ngược lại tồn tại
i ∈{m1 − k, ..., m1 − 1} ∪ {n1 − k, ..., n1 − 1}
⊂ {m − (k + 1), ..., m − 1} ∪ {n − (k + 1), ..., n − 1}
sao cho p(xm1
, xn1
) p(xi, xi), thì nhờ (2.6) và lập luận trên suy ra tồn
tại
i ∈{m1 − k, ..., m1 − 1} ∪ {n1 − k, ..., n1 − 1}
⊂ {m − (k + 1), ..., m − 1} ∪ {n − (k + 1), ..., n − 1}
sao cho
p(xm, xn) Lp(xm1
, xn1
) < p(xm1
, xn1
) p(xi, xi).
Điều này mâu thuẫn. Do đó, theo giả thiết quy nạp áp dụng cho bộ ba
m1 n1 k ta có
p(xm1
, xn1
) Lk
p(xi0
, xj0
)
với i0, j0 nào đó thuộc {n1 − k, ..., m1} ⊂ {n − (k + 1), ..., m}. Khi đó, ta
có
p(xm, xn) Lp(xm1
, xn1
) Lk+1
p(xi0
, xj0
).
2.2.5 Bổ đề. Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ, T : X →
X là ánh xạ thỏa mãn Định lý 2.2.3 và Rx =
1
1 − L
p(x, Tx) + p(x, x)
với mỗi x ∈ X. Với mỗi x ∈ X, xét dãy {xn} xác định bởi x0 = x, xn =
Txn−1, với mọi n = 1, 2, ... Khi đó,
52. 47
1) Với mọi i, j 0 ta có
p(xi, xj) Rx. (2.7)
2) lim
n→∞
p(xn+1, xn) = lim sup
n→∞
p(xn, xn) và tồn tại i 0 sao cho
p(xi, xi) = sup
n 0
p(xn, xn).
Chứng minh. 1) Với mỗi m 1 đặt dm = max{p(xi, xj) : 0 i, j m}.
Để chứng minh khẳng định 1) ta chỉ cần chứng minh rằng: dm Rx.
Trước hết ta thấy rằng tồn tại i ∈ {0, 1, ..., m} sao cho dm = p(x0, xi).
Thật vậy, lấy i, j ∈ {0, 1, ..., m} sao cho dm = p(xi, xj). Nếu i, j = 0 thì
ta thu được ngay khẳng định. Giả sử i, j 1. Khi đó, ta có
dm = p(xi, xj) = p(Txi−1, Txj−1)
max Lp(xi−1, xj−1), Lp(xi−1, xi), Lp(xj−1, xj),
L
2
[p(xj−1, xi) + p(xi−1, xj)], p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)
max L max p(xi−1, xj−1), p(xj−1, xj), p(xi−1, xi),
p(xj−1, xi), p(xi−1, xj) , p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)
= max{Lp(xi1
, xj1
), p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)},
(2.8)
trong đó i1, j1 ∈ {0, 1, ..., m}.
- Nếu max{Lp(xi1
, xj1
), p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)} = Lp(xi1
, xj1
), thì
ta thu được
dm Lp(xi1
, xj1
) Ldm
vì L ∈ (0, 1) nên dm = 0. Do đó, từ định nghĩa của dm ta có dm =
p(x0, xk) = 0 với mọi 0 k m.
- Nếu max{Lp(xi1
, xj1
), p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)} = p(xi−1, xi−1),
thì
dm = p(xi, xj) p(xi−1, xi−1) dm.
53. 48
Suy ra dm = p(xi−1, xi−1).
- Nếu max{Lp(xi1
, xj1
), p(xi−1, xi−1), p(xj−1, xj−1)} = p(xj−1, xj−1),
thì tương tự trường hợp trên ta có dm = p(xj−1, xj−1).
Từ việc xét 3 trường hợp trên ta thấy rằng hoặc dm = p(x0, xk) = 0
với mọi 0 k m, hoặc tiếp tục quá trình trên sau hữu hạn bước ta
nhận được dm = p(x0, x0). Khẳng định được chứng minh.
Bây giờ, lấy i0 ∈ {0, 1..., m} để dm = p(x0, xi0
). Nếu i0 = 0 thì dm
Rx. Nếu i0 1 thì ta có
dm = p(x0, xi0
)
p(x0, Tx0) + p(Tx0, xi0
)
= p(x0, Tx0) + p(Tx0, Txi0−1)
p(x0, Tx0) + max{Lp(xi1
, xi2
), p(x0, x0), p(xi0−1, xi0−1)}
với i1, i2 nào đó thuộc {0, 1, ..., m}. Suy ra
dm p(x0, Tx0) + max{Ldm, p(xl, xl)},
trong đó l là số tự nhiên nhỏ nhất sao cho p(xl, xl) = max{p(xi, xi) : i =
1, 2, ..., m}. Vì vậy ta thu được
dm
p(x0, Tx0)
1 − L
Rx (2.9)
hoặc
dm p(x0, Tx0) + p(xl, xl). (2.10)
- Nếu trường hợp (2.9) xẩy ra, thì ta suy ra dm Rx với mọi m và suy
ra ngay điều cần chứng minh.
- Nếu trường hợp (2.10), thì ta suy ra rằng l = 0. Vì nếu l 1, thì từ
tính chất của l ta có
p(xl, xl) > p(xl−1, xl−1).
Do đó nhờ Bổ đề 2.2.4 áp dụng với k = 1, m = n = l ta tìm được
j1, j2 ∈ {l − 1, l} sao cho
dm p(x0, Tx0) + Lp(xj1
, xj2
) p(x0, x1) + Ldm.
54. 49
Từ bất đẳng thức cuối này ta suy ra dm Rx với mọi m. Ta thu được
điều cần chứng minh.
2) Trước tiên, chúng ta chứng minh
lim
n→∞
p(xn+1, xn) = lim sup
n→∞
p(xn, xn) = r 0.
Thật vậy, với mỗi n = 1, 2, ..., từ bất đẳng thức (2.3) và điều kiện (P4)
trong Định nghĩa 2.1.1 ta có
p(xn+1, xn) = p(Txn, Txn−1)
max{ap(xn−1, xn), bp(xn, Txn), c(xn−1, Txn−1),
d[p(xn, Txn−1) + p(Txn, xn−1)]}, p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}
= max{ap(xn, xn−1), bp(xn, xn+1), cp(xn, xn−1),
d[p(xn, xn) + p(xn−1, xn+1)], p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}
max{ap(xn, xn−1), bp(xn, xn+1), cp(xn, xn−1),
d[p(xn−1, xn) + p(xn, xn+1)], p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}
max{ap(xn, xn−1), bp(xn, xn+1), cp(xn, xn−1),
2dp(xn−1, xn), 2dp(xn, xn+1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}
max{Lp(xn, xn−1), Lp(xn, xn+1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}.
(2.11)
- Nếu tồn tại số tự nhiên n0 sao cho
max{Lp(xn0
, xn0−1), Lp(xn0
, xn0+1), p(xn0
, xn0
), p(xn0−1, xn0−1)} = Lp(xn0
, xn0+1)
thì nhờ (2.11) ta thu được
p(xn0
, xn0+1) Lp(xn0
, xn0+1).
Vì L ∈ [0, 1) nên p(xn0
, xn0+1) = 0. Theo Bổ đề 2.1.11, suy ra xn0+1 = xn0
,
hay xn0+1 = Txn0
= xn0
và xn0
là điểm bất động của T. Điều này kéo
theo xn = xn0
với mọi n ≥ n0 và
lim
n→∞
p(xn+1, xn) = lim sup
n→∞
p(xn, xn) = p(xn0
, xn0
) 0.
55. 50
Hơn nữa, vì p(xn0
, xn0
) p(xn0
, Txn0
) nên ta có p(xn0
, xn0
) = 0 và
Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} (2.12)
là tập khác rỗng.
- Nếu
max{Lp(xn, xn−1), Lp(xn, xn+1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)} = Lp(xn, xn+1)
với mọi n ∈ N thì từ bất đẳng thức (2.11) ta nhận được
p(xn+1, xn) max{Lp(xn, xn−1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)} p(xn, xn−1).
(2.13)
Điều đó chứng tỏ {p(xn+1, xn)} là dãy giảm các số thực không âm. Do
đó, tồn tại số thực r 0 sao cho
lim
n→∞
p(xn+1, xn) = r.
Nếu r = 0 thì từ bất đẳng thức p(xn, xn) p(xn, xn+1) với mọi n suy ra
lim
n→∞
p(xn+1, xn) = lim
n→∞
p(xn, xn) = 0.
Nếu r > 0 thì với mỗi n = 1, 2, ... ta đặt
rn = max{Lp(xn, xn−1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}.
Từ bất đẳng thức (2.13) và lim
n→∞
p(xn+1, xn) = r ta có lim
n→∞
rn = r. Bây
giờ, ta sẽ chứng minh rn = Lp(xn, xn−1) với hữu hạn số tự nhiên n. Vì
nếu rn = Lp(xn, xn−1) với vô hạn n thì tồn tại dãy các số nguyên dương
{nk} sao cho
rnk
= Lp(xnk
, xnk−1).
Cho nk → ∞, ta suy ra r = Lr. Điều này mâu thuẫn với giả thiết
L ∈ [0, 1) và r > 0. Do đó, rn = Lp(xn, xn−1) với hữu hạn số tự nhiên n.
Kết hợp với cách xác định của rn ta có lim sup
n→∞
p(xn, xn) = r. Vì thế ta có
lim
n→∞
p(xn+1, xn) = lim sup
n→∞
p(xn, xn) = r.
56. 51
Hơn nữa, ta thấy rằng
p(xn, xn+1) rn p(xn, xn−1)
với mọi n, trong đó
rn = max{Lp(xn, xn−1), p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)}
và đồng thời rn chỉ bằng Lp(xn, xn−1) tại hữu hạn n nên tồn tại i 0
sao cho
p(xi, xi) = sup
n 0
p(xn, xn).
Điều này kéo theo
Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} (2.14)
là tập khác rỗng.
2.2.6 Nhận xét. 1) Từ chứng minh của Bổ đề 2.2.5 ta có rn = Lp(xn, xn−1)
với hữu hạn số tự nhiên n suy ra
p(xn+1, xn) max{p(xn, xn), p(xn−1, xn−1)} p(xn, xn−1)
với mọi n n0 với n0 nào đó. Vì vậy, từ các bất đẳng thức p(xn, xn)
p(xn, xn+1) và p(xn−1, xn−1) p(xn, xn−1) suy ra dãy {(p(xn, xn)} cũng
là dãy giảm kể từ n0. Do đó, sử dụng p(xi, xi) = supn 0 p(xn, xn) nếu ta
xét dãy (xn) xác định bởi x0 = xi và xn = Txn−1 thì ta luôn có thể giả
thiết
p(x0, x0) r.
2) Từ (2.12) và (2.14) trong chứng minh của Bổ đề 2.2.5 ta suy ra
khẳng định 1) của Định lý 2.2.3 được chứng minh.
2.2.7 Bổ đề. Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ, T :
X → X là ánh xạ thỏa mãn Định lý 2.2.3. Khi đó, với mỗi x ∈ X và
dãy {xn} xác định bởi x0 = x, xn = Txn−1, với mọi n = 1, 2, ... ta có
57. 52
r := lim sup
n→∞
p(xn, xn) = lim
m,n→∞
p(xm, xn).
Chứng minh. Từ chứng minh của Bổ đề 2.2.5 2) ta có r p(xn, xn) với n
đủ lớn. Vì vậy, r p(xn, xn) p(xm, xn) với mọi m, n đủ lớn. Lấy ε > 0
tùy ý. Khi đó, từ r := lim sup
n→∞
p(xn, xn) < r + ε và L < 1 tồn tại k0 sao
cho
Lk0
Rx < r + ε và p(xi, xi) < r + ε
với mọi i k0. Giả sử m n 2k0. Khi đó, nếu p(xm, xn) p(xi, xi)
với i k0 nào đó thì
p(xm, xn) r + ε.
Ngược lại, nếu p(xm, xn) > p(xi, xi) với mọi i k0 thì từ n − k0 k0 và
nhờ Bổ đề 2.2.4 ta tìm được i0, j0 n − k0 sao cho
p(xm, xn) Lk0
p(xi0
, xj0
) Lk0
Rx < r + ε.
Do đó, ta có
r p(xm, xn) < r + ε
với mọi m, n > k0. Ta nhận được
lim
m,n→∞
p(xm, xn) = r.
Chứng minh Định lý 2.2.3. Nhờ Nhận xét 2.2.6 2) ta chỉ cần chứng
minh khẳng định 2). Thật vậy, với mỗi x ∈ X, ta xây dựng dãy lặp {xn}
bởi x0 = x, xn = Txn−1, với mọi n = 1, 2, ... Khi đó, bởi Bổ đề 2.2.7 ta có
{xn} là dãy Cauchy trong (X, p). Vì (X, p) đầy đủ nên tồn tại u ∈ X sao
cho dãy {xn} hội tụ tới u khi n → ∞, có nghĩa là,
r = p(u, u) = lim
n→∞
p(xn, u) = lim
m,n→∞
p(xn, xm) = lim
n→∞
p(xn, xn).
58. 53
Ta sẽ chứng minh p(u, u) = p(u, Tu). Thật vậy, với mỗi n = 1, 2, ..., ta có
p(u, u) p(u, Tu) p(u, xn) + p(Tu, xn) − p(xn, xn). (2.15)
Từ bất đẳng thức (2.3) ta có
p(Tu, Txn−1) max{ap(u, xn−1), bp(u, Tu), cp(xn−1, Txn−1),
d[p(u, Txn−1) + p(xn−1, Tu)], p(u, u), p(xn−1, xn−1)}
max{ap(u, xn−1), bp(u, Tu), cp(xn−1, xn),
d[p(u, xn) + p(xn−1, Tu)], p(u, u), p(xn−1, xn−1)}.
(2.16)
Dễ thấy {p(Tu, Txn−1)} = {p(Tu, xn)} là dãy bị chặn. Do đó, nó có dãy
con hội tụ {p(Tu, xnk
)}. Cho nk → ∞ trong bất đẳng thức (2.16) và sử
dụng Bổ đề 2.1.10 ta nhận được
p(Tu, xnk
) max{p(u, u), Lp(u, Tu)}.
Lại cho nk → ∞ trong bất đẳng thức (2.15) và kết hợp với các bất đẳng
thức trên ta suy ra
p(u, u) = p(u, Tu).
Tiếp theo, ta sẽ chứng minh
Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X}
là tập khác rỗng. Đặt ρp = inf{p(y, y) : y ∈ X}. Với mỗi k = 1, 2, ..., ta
có thể cố định xk ∈ X sao cho
p(xk, xk) ρp +
1
k
.
Với mỗi k = 1, 2, ..., xuất phát từ xk và từ chứng minh ở trên ta có thể
tìm được uk sao cho Tnxk → uk khi n → ∞ và
ruk
:= p(uk, uk) = p(Tuk, uk).
Hơn nữa, nhờ Nhận xét 2.2.6 ta có thể giả thiết
ruk
p(uk, uk) = p(Tuk, uk).
59. 54
Ta sẽ chứng tỏ rằng
lim
m,n→∞
p(um, un) = ρp.
Thật vậy, với ε > 0 cho trước, đặt n0 :=
3
ε(1 − L)
+ 1. Khi đó với
k n0, từ bất đẳng thức (2.3) ta nhận được
ρp p(Tuk, Tuk)
max{ap(uk, uk), bp(uk, Tuk), cp(uk, Tuk), 2dp(uk, Tuk), p(uk, uk)}
max{Lp(uk, uk), p(uk, uk)} = p(uk, uk)
= ruk
p(xk, xk) ρp +
1
k
ρp +
1
n0
< ρp +
(1 − L)ε
3
.
Điều này kéo theo
Uk := p(xk, xk) − p(Txk, Txk) <
(1 − L)ε
3
.
Bây giờ, với mỗi cặp số tự nhiên m, n n0, vì p(uk, Tuk) = p(uk, uk) với
mọi k = 1, 2, ... nên
p(um, un) p(um, Tum) + p(Tun, un) + p(Tum, Tun)
− p(Tum, Tum) − p(Tun, Tun)
= Um + Un + p(Tum, Tun)
2
(1 − L)ε
3
+ p(Tum, Tun).
(2.17)
Mặt khác, ta cũng có
p(Tum, Tun) max{ap(um, un), bp(Tum, um), cp(Tun, un),
d[p(Tun, um) + p(un, Tum)], p(um, um), p(un, un)}
= max{ap(um, un), d[p(Tun, um) + p(un, Tum)],
p(um, um), p(un, un)}.
(2.18)
60. 55
Hơn nữa, vì
p(Tun, um) p(Tun, un) + p(um, un) − p(un, un) = p(um, un)
và
p(un, Tum) p(Tum, um) + p(um, un) − p(um, um) = p(um, un)
nên
p(Tum, un) + p(um, Tun) 2p(um, un).
Do đó, ta có
max{ap(um, un), d(p(Tun, um) + p(un, Tum)), p(um, um), p(un, un)}
max{ap(um, un), 2dp(um, un), p(um, um), p(un, un)}
max{Lp(um, un), p(um, um), p(un, un)}.
(2.19)
Từ các bất đẳng thức (2.18) và (2.19), ta thu được
p(Tum, Tun) max{Lp(um, un), p(um, um), p(un, un)}.
Kết hợp bất đẳng thức trên với bất đẳng thức (2.17), ta nhận được
p(um, un) 2
(1 − L)ε
3
+ max{Lp(um, un), p(um, um), p(un, un)}.
Điều này kéo theo
p(um, un) max Lp(um, un) +
2(1 − L)ε
3
,
p(um, um) +
2(1 − L)ε
3
, p(un, un) +
2(1 − L)ε
3
.
Do đó, ta có
ρp = p(um, un) max{
2ε
3
, p(um, um) +
2(1 − L)ε
3
, p(un, un) +
2(1 − L)ε
3
}
max{
2ε
3
, ρp + (1 − L)ε}
max{
2ε
3
, ρp + ε}
= ρp + ε.
61. 56
Suy ra lim
n→∞
p(um, un) = ρp, có nghĩa là {un} là dãy Cauchy. Theo giả
thiết, (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ. Do đó, tồn tại y ∈ X sao
cho un → y khi n → ∞, tức là
p(y, y) = lim
n→∞
p(un, y) = lim
m,n→∞
p(un, um) = ρp.
Điều này chứng tỏ y ∈ Xp, hay Xp = ∅. Rõ ràng, nếu y ∈ Xp thì tồn tại
u ∈ X sao cho
ry := p(u, u) = p(Tu, u),
trong đó u = lim
n→∞
Tny. Ta có
ρp p(Tu, Tu) p(Tu, u) = p(u, u) = ry p(y, y) = ρp.
Điều này kéo theo p(u, u) = p(Tu, u) = p(Tu, Tu). Vậy Tu = u. Cuối
cùng, ta sẽ chứng tỏ rằng nếu u, v ∈ Xp là hai điểm bất động của T thì
u = v. Thật vậy, vì Tu = u, Tv = v và p(u, u) = p(v, v) = ρp nên
p(u, v) = p(Tu, Tv)
max{ap(u, v), bp(u, Tu), cp(v, Tv), d(p(u, Tv) + p(v, Tu)),
p(u, u), p(v, v)}
max{Lp(u, v), p(u, u), p(v, v)}.
Từ đó suy ra (1 − L)p(u, v) 0 hoặc p(u, v) p(u, u) = p(v, v) = ρp.
Nếu (1 − L)p(u, v) 0 thì p(u, v) = 0, tức là u = v, còn nếu p(u, v)
p(u, u) = p(v, v) = ρp thì ta có p(u, v) = p(u, u) = p(v, v), tức là u = v.
Định lý được chứng minh.
2.2.8 Nhận xét. (1) Từ
max{ap(x, y), p(x, x), p(y, y)}
max{ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)], p(x, x), p(y, y)}.
và các bất đẳng thức (2.2), (2.3) suy ra Định lý 2.2.2 là hệ quả của Định
lý 2.2.3.
62. 57
(2) Từ Định lý 2.2.3, chúng ta chưa khẳng định được ánh xạ T có duy
nhất điểm bất động thuộc X. Tuy nhiên, bằng cách bổ sung các điều kiện,
trong các định lý và hệ quả sau đây, ánh xạ T sẽ có điểm bất động duy
nhất thuộc X.
2.2.9 Định lý. Giả sử (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
ánh xạ T : X → X thỏa mãn
p(Tx, Ty) M(x, y), (2.20)
với mọi x, y ∈ X, trong đó
M(x, y) = max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
ep(x, x), fp(y, y)
và a, b, c, 2d, e, f ∈ [0, 1). Khi đó, tồn tại duy nhất z ∈ X sao cho
Tz = z.
Chứng minh. Lấy x0 ∈ X, ta xây dựng dãy lặp {xn} như sau: xn =
Txn−1 với mọi n = 1, 2, ... Nếu xn0
= xn0+1 với số tự nhiên n0 0 nào
đó thì từ cách xác định của dãy {xn}, ánh xạ T có điểm bất động. Giả
sử xn = xn+1 với bất kỳ số tự nhiên n 0, khi đó theo Bổ đề 2.1.11,
p(xn, xn+1) > 0 với mọi số tự nhiên n 0.
Từ bất đẳng thức (2.20) ta có
p(Txn, Txn+1) M(xn, xn+1), (2.21)
trong đó
M(xn, xn+1) = max{ap(xn, xn+1), bp(xn, Txn), cp(xn+1, Txn+1),
d[p(xn, Txn+1) + p(xn+1, Txn)], ep(xn, xn), fp(xn+1, xn+1)}
.
Ta xét các trường hợp đối với M(x, y) .
Trường hợp 1: Nếu M(xn, xn+1) = cp(xn+1, Txn+1) = cp(xn+1, xn+2)
thì từ bất đẳng thức (2.21) ta có
p(xn+1, xn+2) = p(Txn, Txn+1) cp(xn+1, xn+2).
63. 58
Điều này mâu thuẫn với giả thiết c ∈ (0, 1), chứng tỏ
M(xn, xn+1) = cp(xn+1, Txn+1)
Trường hợp 2: Nếu M(xn, xn+1) = d[p(xn, Txn+1) + p(xn+1, Txn)] thì
từ bất đẳng thức (2.21) ta có
p(xn+1, xn+2) d[p(xn, Txn+1) + p(xn+1, Txn)]
= d[p(xn, xn+2) + p(xn+1, xn+1)]
d[p(xn, xn+1) + p(xn+1, xn+2)].
.
Do đó
p(xn+1, xn+2)
d
1 − d
p(xn, xn+1).
Từ tiên đề (P2) trong Định nghĩa 2.1.1 ta có
max{ap(xn, xn+1), bp(xn, Txn), ep(xn, xn), fp(xn+1, xn+1)} rp(xn, xn+1),
trong đó r = max{a, b, e, f}. Do đó, từ mọi trường hợp đã xét ở trên, bất
đẳng thức (2.21) trở thành
p(xn+1, xn+2) kp(xn, xn+1), (2.22)
trong đó k ∈ {r, d
1−d}. Rõ ràng 0 < k < 1. Do đó
p(xn+1, xn+2) kp(xn, xn+1) k2
p(xn−1, xn) · · · kn+1
p(x0, x1).
(2.23)
Ta chứng minh {xn} là dãy Cauchy. Không mất tính tổng quát, ta có thể
giả sử n > m. Khi đó, từ bất đẳng thức (2.23) và (P2) trong Định nghĩa
2.1.1 ta có
0 p(xn, xm) p(xn, xn−1) + p(xn−1, xn−2) + · · · + p(xm+1, xm)
− [p(xn−1, xn−1) + p(xn−2, xn−2) + · · · p(xm+1, xm+1)]
p(xn, xn−1) + p(xn−1, xn−2) + · · · + p(xm+1, xm)
[kn−1
+ kn−2
+ · · · km
]p(x0, x1)
= km 1 − kn−m
1 − k
p(x0, x1).
64. 59
Do đó, lim
n,m→∞
p(xn, xm) = 0. Điều đó chứng tỏ {xn} là dãy Cauchy trong
(X, p). Theo Mệnh đề 2.1.9 thì {xn} cũng là dãy Cauchy trong (X, ps).
Hơn nữa, vì (X, p) đầy đủ nên (X, ps) cũng đầy đủ. Vậy tồn tại z ∈ X
sao cho xn → z trong (X, ps), tức là
lim
n→∞
ps
(z, xn) = 0. (2.24)
Cũng theo Mệnh đề 2.1.9 ta có
p(z, z) = lim
n→∞
p(z, xn) = lim
n,m→∞
p(xn, xm) = 0, (2.25)
Bây giờ ta chứng minh z là điểm bất động của T. Chú ý rằng từ đẳng
thức (2.25), ta có p(z, z) = 0. Bằng cách thay x = xn và y = z vào bất
đẳng thức (2.20) ta nhận được
p(xn+1, Tz) = p(Txn, Tz) M(xn, z), (2.26)
trong đó
M(xn, z) = max{ap(xn, z), bp(xn, Txn), cp(z, Tz), d[p(xn, Tz) + p(z, Txn)],
ep(xn, xn), fp(z, z)}.
Sử dụng đẳng thức (2.25) và Bổ đề 2.1.10, cho n → ∞ ở bất đẳng thức
trên ta nhận được
p(z, Tz) M(z, z), (2.27)
trong đó
M(z, z) = max{ap(z, z), bp(z, z), cp(z, Tz), d[p(z, Tz) + p(z, z)],
ep(z, z), fp(z, z)}.
Theo đẳng thức (2.25), ta có M(z, z) = cp(z, Tz) hoặc M(z, z) = dp(z, Tz).
Trong cả hai trường hợp này ta luôn có p(Tz, z) = 0. Theo Bổ đề 2.1.11,
ta suy ra Tz = z.
Cuối cùng, ta chứng minh z là điểm bất động duy nhất của T. Giả sử
ngược lại, tồn tại w ∈ X sao cho Tw = w. Khi đó ta có
p(z, w) = p(Tz, Tw) M(z, w), (2.28)
65. 60
trong đó
M(z, w) = max ap(z, w), bp(z, Tz), cp(w, Tw), d[p(z, Tw) + p(w, Tz)],
ep(z, z), fp(w, w)
= max ap(z, w), bp(z, z), cp(w, w), d[p(z, w) + p(w, z)],
ep(z, z), fp(w, w) .
Vì a, b, c, 2d, e, f ∈ (0, 1) và tiên đề (P2) trong Định nghĩa 2.1.1 nên bất
đẳng thức (2.28) kéo theo p(z, w) = 0. Theo Bổ đề 2.1.11 ta có z = w.
Vậy, định lý được chứng minh.
Từ các định lý trên chúng ta thu được hệ quả sau
2.2.10 Hệ quả. Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và ánh
xạ T : X → X thỏa mãn
p(Tx, Ty) max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
p(x, x) + p(y, y)
2
,
(2.29)
với mọi x, y ∈ X, trong đó a, b, c ∈ [0, 1) và d ∈ [0,
1
2
).
Khi đó, Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} là tập khác
rỗng và T có duy nhất điểm bất động.
Chứng minh. Rõ ràng
max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
p(x, x) + p(y, y)
2
max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)], p(x, x), p(y, y) .
Do đó, từ Định lý 2.2.3 ta suy ra T có điểm bất động duy nhất thuộc Xp.
Bây giờ, ta chứng tỏ T có điểm bất động duy nhất thuộc X. Thật vậy,
66. 61
nếu u, v là hai điểm bất động của T thì từ bất đẳng thức (2.29) ta có
p(u, v) = p(Tu, Tv)
max ap(u, v), bp(u, Tu), cp(v, Tv), d p(u, Tv) + p(Tu, v) ,
p(u, u) + p(v, v)
2
max Kp(u, v),
p(u, u) + p(v, v)
2
.
Điều này kéo theo
p(u, v) Kp(u, v) hoặc p(u, v)
p(u, u) + p(v, v)
2
.
Nếu p(u, v) Kp(u, v) thì p(u, v) = 0 hay u = v. Còn nếu p(u, v)
p(u, u) + p(v, v)
2
thì ps(u, v) = 2p(u, v) − p(u, u) − p(v, v) = 0, nghĩa là
u = v. Vậy, hệ quả được chứng minh.
Lập luận tương tự Nhận xét 2.2.8 và Hệ quả 2.2.10 ta suy ra Định lý
2.2.1 là hệ quả của Định lý 2.2.3. Hơn nữa, từ Định lý 2.2.3 chúng ta cũng
thu được các hệ quả sau.
2.2.11 Hệ quả. ([38]) Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ
và T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) max λp(x, y), α[p(x, Tx) + p(y, Ty)], γ[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
p(x, x) + p(y, y)
2
,
(2.30)
với mọi x, y ∈ X, trong đó λ ∈ [0, 1) và α, γ ∈ [0,
1
2
). Khi đó ta có
1) Tồn tại duy nhất u ∈ Xp sao cho Tu = u.
2) p(u, u) = inf{p(y, y) : y ∈ X}.
2.2.12 Hệ quả. Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)] ,
(2.31)
67. 62
với mọi x, y ∈ X, trong đó a, b, c ∈ [0, 1) và d ∈ [0,
1
2
).
Khi đó, Xp = x ∈ X : p(x, x) = inf{p(y, y) : y ∈ X} là tập khác
rỗng và T có duy nhất điểm bất động.
2.2.13 Hệ quả. Cho (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ và
T : X → X là ánh xạ thỏa mãn
p(Tx, Ty) ap(x, y) + bp(Tx, x) + cp(y, Ty) + d[p(Tx, y) + p(x, Ty)]
+ ep(x, x) + fp(y, y)
(2.32)
với mọi x, y ∈ X, trong đó a+b+c+2d+e+f < 1, và a, b, c, d, e, f 0.
Khi đó, T có duy nhất điểm bất động.
Ví dụ sau chứng tỏ Định lý 2.2.3 là mở rộng thực sự của Định lý 2.2.2.
2.2.14 Ví dụ. Lấy X = [0, 1] ∪ [2, 3] và xét ánh xạ p : X × X → R được
xác định bởi
p(x, y) =
|x − y| nếu {x, y} ⊂ [0, 1]
max{x, y} nếu {x, y} ∩ [2, 3] = ∅.
Rõ ràng (X, p) là không gian mêtric riêng đầy đủ. Hàm T : X → X được
xác định bởi
Tx =
1
2
nếu 0 x < 1
1
4
nếu x = 1 hoặc 2 x 3.
Dễ thấy
1
2
là điểm bất động duy nhất của T. Ta chứng minh rằng T không
thỏa mãn các điều kiện kiện co trong Định lý 2.2.2.
Thật vậy, với bất kỳ
3
4
x < 1, ta có
p(Tx, T1) =
1
2
−
1
4
=
1
4
và
max{ap(x, 1), p(x, x), p(1, 1)} = max{a|x−1|, |x−x|, |1−1|} = a|x−1| <
1
4
68. 63
với mọi a ∈ [0, 1). Điều này kéo theo
max{ap(x, 1), p(x, x), p(1, 1)} > p(Tx, T1),
chứng tỏ bất đẳng thức (2.2) không thỏa mãn.
Tiếp theo, chúng ta sẽ chứng minh T thỏa mãn điều kiện co (2.3) trong
Định lý 2.2.3 với
1
3
< a, b, c, 2d < 1.
Nếu x, y ∈ [0, 1) thì
p(Tx, Ty) = 0 max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d(p(x, Ty) + p(y, Tx),
p(x, x), p(y, y) .
Nếu x = y = 1 thì điều kiện (2.3) là hiển nhiên.
Nếu y = 1 và x ∈ [0, 1) thì
p(Tx, T1) =
1
2
−
1
4
=
1
4
và
max ap(x, 1), bp(x, Tx), cp(1, T1), d[p(x, T1) + p(1, Tx)], p(x, x), p(1, 1)
= max a|x − 1|, b x −
1
2
, c 1 −
1
4
, d( x −
1
4
) + 1 −
1
2
) >
3
4
c >
1
4
,
nghĩa là
max ap(x, 1), bp(x, Tx), cp(1, T1), d]p(x, T1) + p(1, Tx)], p(x, x), p(1, 1)
> p(Tx, T1).
Trường hợp x = 1 và y ∈ [0, 1) được chứng minh tương tự.
Nếu {x, y} ∩ [2, 3] = ∅ thì
max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty), d[p(x, Ty) + p(y, Tx)], p(x, x), p(y, y)
max{p(x, x), p(y, y)} 2,
và
p(Tx, Ty) 1.
Do đó, với mọi trường hợp đã xét ở trên, điều kiện co (2.3) được thỏa
mãn. Từ đó ta có thể áp dụng Định lý 2.2.3 cho ánh xạ T.
69. 64
Ví dụ sau chứng tỏ Định lý 2.2.3 là một mở rộng thực sự của Hệ quả
2.2.11.
2.2.15 Ví dụ. Lấy X := R+ và xét ánh xạ p : X × X → R+ được cho
bởi p(x, y) = max{x, y} với mọi x, y ∈ X. Dễ thấy (X, p) là không gian
mêtric riêng đầy đủ. Hàm số T : X → X được xác định bởi
Tx = ln(1 + x) với mọi x ∈ X.
Rõ ràng 0 là điểm bất động duy nhất của T. Đầu tiên, ta khẳng định rằng
T không thỏa mãn các điều kiện của Hệ quả 2.2.11 bởi vì điều kiện (2.30)
không thỏa mãn. Thật vậy, giả sử tồn tại λ ∈ [0, 1), và α, γ ∈ [0,
1
2
) sao
cho
p(Tx, Ty) max λp(x, y), α[p(x, Tx) + p(y, Ty)], γ[p(x, Ty) + p(y, Tx)],
p(x, x) + p(y, y)
2
,
(2.33)
với mọi x, y ∈ X. Khi đó, với y = 0 và mọi x ∈ X, ta có
ln(1 + x) max λx, αx, γ x + ln(1 + x) ,
x
2
.
Cho x → 0, từ bất đẳng thức trên ta nhận được λ 1, hoặc α 1, hoặc
γ 1
2, điều này mâu thuẫn với giả thiết của α, λ, γ.
Tiếp theo, ta sẽ chứng minh T thỏa mãn các điều kiện co của Định lý
2.2.3. Tức là, ta cần kiểm tra điều kiện (2.3). Nếu x, y ∈ R+ thì không
mất tính tổng quát ta có thể giả sử rằng y x. Khi đó ta có
p(Tx, Ty) = ln(1 + x)
và
max max ap(x, y), bp(x, Tx), cp(y, Ty),
d
p(x, Ty) + p(y, Tx)
2 , p(x, x), p(y, y)
= x.
(2.34)
70. 65
Rõ ràng ln(1 + x) x với mọi x 0, do đó điều kiện (2.3) thỏa mãn.
Vì vậy, ta có thể áp dụng Định lý 2.2.3 cho T.
2.3. Điểm bất động chung của các ánh xạ kiểu (ψ, ϕ)-co yếu trong
không gian mêtric riêng
Năm 1969, khi mở rộng nguyên lý ánh xạ co Banach, D. W. Boyd và
S. W. Wong ([21]) đã giới thiệu khái niệm ánh xạ Φ-co.
Cho (X, d) là không gian mêtric, ánh xạ T : X → X được gọi là Φ-co
nếu tồn tại hàm nửa liên tục trên Φ : R+ → R+ sao cho
d(Tx, Ty) Φ(d(x, y)),
với mọi x, y ∈ X.
Năm 1997, tổng quát hóa khái niệm Φ-co, Y. I. Alber và S. Guerre-
Delabriere ([5]) đã phát biểu khái niệm ánh xạ ϕ-co yếu trong trường hợp
X là không gian Hilbert và thu được một số kết quả về điểm bất động.
Ánh xạ T : X → X được gọi là ϕ-co yếu nếu tồn tại hàm ϕ : R+ → R+
sao cho
d(Tx, Ty) d(x, y) − ϕ(d(x, y)),
với mọi x, y ∈ X, ở đây ϕ(t) = 0 khi và chỉ khi t = 0.
Năm 2001, B. E. Rhoades ([57]) đã chứng minh kết quả của Y. I. Alber
và S. Guerre-Delabriere vẫn còn đúng trong trường hợp X là không gian
mêtric bằng cách phát biểu và chứng minh định lý sau.
2.3.1 Định lý. ([57]) Cho (X, d) là không gian mêtric đầy đủ và hàm
ϕ : R+ → R+ liên tục, không giảm thỏa mãn ϕ(t) = 0 khi và chỉ khi
t = 0. Nếu T : X → X là ϕ-co yếu thì T có duy nhất điểm bất động.
Tiếp tục theo hướng giảm nhẹ điều kiện co, năm 2008, P. N. Dutta và
B. S. Choudhury ([33]) đã đưa ra điều kiện co dạng
ψ d(Tx, Ty) ≤ ψ d(x, y) − ϕ d(x, y) ,