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利普希茨连续

2020-12-09 08:17:27 百科
利普希茨连续

利普希茨连续

在数学中,特别是实分析,利普希茨连续(Lipschitz continuity)以德国数学家鲁道夫·利普希茨命名,是一个比通常连续更强的光滑性条件。直觉上,利普希茨连续函式限制了函式改变的速度,符合利普希茨条件的函式的斜率,必小于一个称为利普希茨常数的实数(该常数依函式而定)。

在微分方程中,利普希茨连续是皮卡-林德洛夫定理中确保了初值问题存在唯一解的核心条件。一种特殊的利普希茨连续,称为压缩套用于巴拿赫不动点定理。

利普希茨连续可以定义在度量空间上以及赋范向量空间上;利普希茨连续的一种推广称为赫尔德连续。

基本介绍

  • 中文名:利普希茨连续
  • 外文名:Lipschitz continuity
  • 提出人:鲁道夫·利普希茨
  • 套用範围:实分析、微积分

定义

对于在实数集的子集的函式
,若存在常数K,使得
,则称 f 符合利普希茨条件,对于f 最小的常数K 称为 f 的利普希茨常数。
K < 1,f 称为收缩映射。
利普希茨条件也可对任意度量空间的函式定义:
给定两个度量空间
。若对于函式
,存在常数K 使得
则说它符合利普希茨条件。
若存在K ≥ 1使得
则称 f 为双李普希茨(bi-Lipschitz)的。

定理

(此定理又称柯西-利普希茨定理)若已知y(t)有界,f 符合利普希茨条件,则微分方程初值问题
刚好有一个解。
在套用上,t通常属于一有界闭区间(如
)。于是y(t)必有界,故y有唯一解。

例子

符合利普希茨条件,K=14。
不符合利普希茨条件,当
定义在所有实数值的
符合利普希茨条件,K=1。
符合利普希茨条件,K=1。由此可见符合利普希茨条件的函式未必可微。
不符合利普希茨条件,
。不过,它符合赫尔德条件。
若且唯若处处可微函式f的一次导函式有界,f符利普希茨条件。这是中值定理的结果。所有C1函式都是局部利普希茨的,因为局部紧緻空间的连续函式必定有界。

性质

符合利普希茨条件的函式一致连续,也连续。
bi-Lipschitz函式是单射的。
Rademacher定理:若
且A为开集,
符利普希茨条件,则f几乎处处可微。
Kirszbraun定理:给定两个希尔伯特空间
符合利普希茨条件,则存在符合利普希茨条件的
,使得F的利普希茨常数和f的相同,且
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