Points of joint continuity and large oscillations

For topological spaces $X$ and $Y$ and a metric space $Z$, we introduce a new class $N(X × Y,Z)$ of mappings $f:\; X × Y → Z$ containing all horizontally quasicontinuous mappings continuous with respect to the second variable. It is shown that, for each mapping $f$ from this class and any countable-...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2010
Main Authors: Maslyuchenko, V. K., Nesterenko, V. V., Маслюченко, В. К., Нестеренко, В. В.
Format: Article
Language:Ukrainian
English
Published: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2010
Online Access:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2910
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Download file: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860508906776690688
author Maslyuchenko, V. K.
Nesterenko, V. V.
Маслюченко, В. К.
Нестеренко, В. В.
author_facet Maslyuchenko, V. K.
Nesterenko, V. V.
Маслюченко, В. К.
Нестеренко, В. В.
author_sort Maslyuchenko, V. K.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T19:40:12Z
description For topological spaces $X$ and $Y$ and a metric space $Z$, we introduce a new class $N(X × Y,Z)$ of mappings $f:\; X × Y → Z$ containing all horizontally quasicontinuous mappings continuous with respect to the second variable. It is shown that, for each mapping $f$ from this class and any countable-type set $B$ in $Y$, the set $C_B (f)$ of all points $x$ from $X$ such that $f$ is jointly continuous at any point of the set $\{x\} × B$ is residual in $X$: We also prove that if $X$ is a Baire space, $Y$ is a metrizable compact set, $Z$ is a metric space, and $f ∈ N(X×Y,Z)$, then, for any $ε > 0$, the projection of the set $D^{ε} (f)$ of all points $p ∈ X × Y$ at which the oscillation $ω_f (p) ≥ ε$ onto $X$ is a closed set nowhere dense in $X$.
first_indexed 2026-03-24T02:32:39Z
format Article
fulltext УДК 517.51 В. К. Маслюченко, В. В. Нестеренко (Чернiв. нац. ун-т) ТОЧКИ СУКУПНОЇ НЕПЕРЕРВНОСТI ТА ВЕЛИКI КОЛИВАННЯ For the topological spaces X and Y and a metric space Z, we introduce a new classN (X×Y, Z) of mappings f : X × Y → Z, which includes all mappings horizontally quasicontinuous and continuous with respect to the second variable. We establish that, for each mapping f from this class and each arbitrary countable-type set B in Y , the set CB(f) of all points x from X such that f is jointly continuous in every point of the set {x} ×B is residual in X . We also prove that if X is a Baire space, Y is a metrizable compact, Z is a metric space, and f ∈ N (X × Y, Z), then for each ε > 0, the projection onto X of the set Dε(f) of all points p ∈ X × Y , at which oscillations ωf (p) ≥ ε, is a closed nowhere dense set in X . Для топологических пространств X, Y и метрического пространства Z введен новый класс N (X × ×Y, Z) отображений f : X×Y → Z, содержащий все горизонтально квазинепрерывные и непрерывные относительно второй переменной отображения, и установлено, что для каждого отображения f из этого класса и произвольного множества B исчислимого типа в Y множество CB(f) всех точек x ∈ X таких, что f является совокупно непрерывным в каждой точке множества {x} × B, есть остаточным в X . Кроме того, доказано, что если X — беровское пространство, Y — метризуемый компакт, Z — метрическое пространство и f ∈ N (X×Y, Z), то для каждого ε > 0 проекция на X множества Dε(f) всех тех точек p ∈ X × Y , в которых колебание ωf (p) ≥ ε, является замкнутым и нигде не плотным множеством в X . 1. Вступ. У дослiдженнях множини C(f) точок сукупної неперервностi нарiзно неперервних функцiй f : X × Y → Z та їх аналогiв, що беруть свiй початок вiд славнозвiсної дисертацiї Р. Бера [1], розставлено ще далеко не всi крапки над „i”, навiть у випадку, коли простiр Z є метризовним, а на простiр Y накладаються пев- нi умови злiченностi чи розглядаються їх модифiкацiї, як-от множини злiченного типу, якi були введенi у працi [2]. Iсторiю розвитку цiєї тематики у ХХ столiттi найповнiше висвiтлено у дисертацiї [3], а новiтнi результати — в дисертацiї [4]. У цих працях наводяться iнтригуючi питання, на багато з яких i досi не знайдено вiдповiдi (див. також [5 – 9]). У данiй статтi будемо вивчати два аспекти даної тематики. Перший з них пов’я- заний з теоремою Калбрi – Труаллiка з [2], згiдно з якою для довiльних топологiчних просторiв X i Y, метризовного простору Z, нарiзно неперервного вiдображення f : X × Y → Z i множини B злiченного типу в Y множина CB(f) = {x ∈ ∈ X : {x} × B ⊆ C(f)} є залишковою в X. Як безпосереднi наслiдки цього, в [2] отримано такi результати: якщо простiр Y задовольняє першу (другу) аксiому злi- ченностi, то для кожного y ∈ Y множина Cy(f) = C{y}(f) є залишковою (множина CY (f) є залишковою). Зрозумiло, що в них умови на X, Y, Z i f зберiгаються. Цi наслiдки в [10] було перенесено на KC-функцiї, а в [11] — на KhC-функцiї (озна- чення див. у п. 2), але аналога загальної теореми Калбрi – Труаллiка для множин злiченного типу не було знайдено нi для KC-функцiй, нi тим бiльше для KhC- функцiй. Ми заповнимо цю прогалину, узагальнивши теорему Калбрi – Труаллiка не лише на KhC-функцiї, а й на функцiї з ширшого класу N , ввiвши мiнiмальнi умови на функцiю f, якi гарантують залишковiсть множини CB(f). При цьому будемо застосовувати новий метод, який використовує категорнi мiркування i не спирається, як у [2], на теорему Бера про точки розриву напiвнеперервних функцiй. Другий аспект пов’язаний з великими коливаннями. Для функцiї f : P → Z, що задана на топологiчному просторi P i набуває значень у метричному просторi Z з c© В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО, 2010 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 791 792 В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО метрикою | · − · |Z , коливання на непорожнiй множинi E ⊆ P i в точцi p ∈ P, як вiдомо, вводяться вiдповiдно формулами ωf (E) = sup p′, p′′∈E |f(p′)− f(p′′)| i ωf (p) = inf p∈intU ωf (U). Очевидно, що C(f) = {p ∈ P : ωf (p) = 0}. Тому для множиниD(f) = P \C(f) усiх розривiв функцiї f маємо D(f) = {p ∈ P : ωf (p) > 0}. Для довiльного ε > 0 покладемо Dε(f) = {p ∈ P : ωf (p) ≥ ε}. Якщо ε є фiксованим, то про точки з множини Dε(f) кажуть як про такi, що мають великi коливання. Оскiльки функцiя ωf : P → [0,+∞] неперервна зверху, то множиниDε(f) завжди замкненi в P. Якщо P = X×Y — добуток двох топологiчних просторiв, то можна розглянути проекцiю prX(Dε(f)) множини Dε(f) на простiр X, яка згiдно з теоремою Куратовського [12, с. 200] про проекцiю теж буде замкненою, якщо простiр Y компактний. Р. Бер довiв [1, с. 88 – 94], що у випадку X = [a, b], Y = [c, d] i Z = R для кожної нарiзно неперервної функцiї f : X × Y → Z i кожного ε > 0 проекцiя prX(Dε(f)) нiде не щiльна в X. Метод Бера було проаналiзовано у працi [13] i вiдповiдним чином узагальнено, що дало змогу отримати такий же результат у тому випадку, коли простiр X сильно злiченно повний i регулярний, Y — метризовний компакт, Z — метричний простiр i f : X × Y → Z — CC-функцiя, у якої всi x-розрiзи fx = = f(x, ·) : Y → Z неперервнi та множина YC(f) всiх тих y ∈ Y, для яких y-розрiзи fy = f(·, y) : X → Z неперервнi, є щiльною в Y. У працi [14] нiде не щiльнiсть проекцiї prX(Dε(f)) було доведено у випадку, коли простiр X є берiвським, Y i Z — метричнi простори i f : X × Y → Z — CU -вiдображення, яке неперервне вiдносно першої змiнної i рiвномiрно неперервне вiдносно другої, а в [15] цей результат iншим методом було перенесено на CU -функцiї. Це стало можливим в результатi розвитку попереднiх пiдходiв iз праць [16, 17]. Г. Ган у монографiї [18, с. 337] навiв одну теорему про нiде не щiльнiсть проекцiї множини Dε(f) для нарiзно неперервних функцiй вiд n змiнних, аналiз доведення якої привiв до такого результату [3] (теорема 3.4.2): якщо X — берiвський простiр, Y — метризовний компакт, Z — метричний простiр i f : X × Y → Z — KhC-функцiя, то для кожного ε > 0 множина prX(Dε(f)) нiде не щiльна в X. Крiм того, як випливає з теореми Намiоки [19], це ж має мiсце у випадку, коли простiр X сильно злiченно повний i регулярний, Y — компакт, Z — метричний простiр i вiдображення f : X × Y → Z є нарiзно неперервним. Оскiльки доведення теореми з [3] про великi коливання KhC-функцiй нiде не опублiковано, ми наведемо його тут. Потiм запропонуємо iнший пiдхiд, який дає змогу одержати вiдповiдну теорему i для вiдображень з широкого класу N , про який зазначено вище (його означення див. у п. 3). Нарештi, буде наведено приклад вiдображення f : R2 → R, квазiнеперервного вiдносно першої змiнної i рiвномiрно неперервного вiдносно другої, у якого про- екцiя множини Dε(f) на перший спiвмножник при ε = 1 2 є скрiзь щiльною, бо збiгається з Q. Цей приклад свiдчить про те, що результат Брекенрiджа – Нiшiури з [14] не можна перенести з CU -функцiй на KU -функцiї. Крiм того, визначимо функцiю f : R × (0,+∞) → R, яка не входить до класу N , але має властивiсть Гана, тобто для неї множина CY (f) є залишковою з Y = (0,+∞). 2. Горизонтально квазiнеперервнi вiдображення та їх властивостi. Нехай X i Y — топологiчнi простори, f : X → Y — вiдображення i x ∈ X. Нагадаємо, що ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 ТОЧКИ СУКУПНОЇ НЕПЕРЕРВНОСТI ТА ВЕЛИКI КОЛИВАННЯ 793 вiдображення називається квазiнеперервним у точцi x, якщо для кожного околу V точки y = f(x) в Y i кожного околу U точки x в X iснує така вiдкрита непорожня множина G в X, що G ⊆ U i f(G) ⊆ V, i просто квазiнеперервним, якщо воно є таким у кожнiй точцi x ∈ X. Вiдомо [2] (твердження 3.1.1), що вiдображення f : X → Y буде квазiнеперервним тодi i тiльки тодi, коли f(U) ⊆ f(A) для кожної вiдкритої множини U в X i для кожної щiльної в U множини A в X. Поняття квазiнеперервностi ввiв С. Кемпiстий [20], вiдштовхуючись вiд вiдповiдної власти- востi нарiзно неперервних функцiй багатьох дiйсних змiнних, яку встановили до нього В. Вольтерра i Р. Бер (для n = 2) та Г. Ган (для n > 2). Воно вивчається в оглядi [21]. Нехай X, Y i Z — топологiчнi простори i f : X × Y → Z — вiдображення. Воно називається горизонтально квазiнеперервним у точцi p = (x, y) ∈ X × Y , якщо для довiльного околу W точки z = f(x, y) у просторi Z i довiльних околiв U i V точок x i y у просторах X i Y вiдповiдно iснують точка b ∈ V i вiдкрита непорожня множина G в X такi, що G ⊆ U i f(G × {b}) ⊆ W, i просто горизон- тально квазiнеперервним, якщо f є таким у кожнiй точцi p ∈ X×Y. Горизонтальна квазiнеперервнiсть була введена в [22] як розвиток умови (А) з працi К. Беґеля [23]. Для вiдображення f : X × Y → Z i точки p = (x, y) ∈ X × Y, як звичайно, покладемо fx(y) = fy(x) = f(x, y). Через KC(X × Y, Z) позначимо сукупнiсть усiх вiдображень f : X × Y → Z таких, що вiдображення fx : Y → Z неперервнi для кожного x ∈ X, а вiдображення fy : X → Z квазiнеперервнi для кожного y ∈ Y, а через KhC(X × Y,Z) — сукупнiсть усiх горизонтально квазiнеперервних вiдображень f : X × Y → Z, якi неперервнi вiдносно другої змiнної. Елементи з класу KC(X × Y,Z) коротко називаються KC-функцiями, а з KhC(X × Y,Z) — KhC-функцiями. Зрозумiло, що KC(X × Y, Z) ⊆ KhC(X × Y,Z), але обернене включення, взагалi кажучи, не є правильним. Нам будуть потрiбнi наступнi простi властивостi горизонтально квазiнеперерв- них вiдображень. Лема 1. Нехай X, Y i Z — топологiчнi простори, f : X × Y → Z — горизон- тально квазiнеперервне вiдображення, U i V — вiдкритi множини у просторах X i Y вiдповiдно, A ⊆ X i U ⊆ A. Тодi f(U × V ) ⊆ f(A× V ). Доведення. Нехай p = (x, y) ∈ U × V, z = f(p) i W — окiл точки z у просторi Z. Оскiльки f горизонтально квазiнеперервне в точцi p, то f(G × {b}) ⊆ W для деякої вiдкритої в X непорожньої множини G ⊆ U i для деякої точки b ∈ V. Але U ⊆ A, отже, G ∩ A 6= ∅, тобто iснує точка a ∈ G ∩ A. Тодi (a, b) ∈ A × V i W ∩ f(A× V ) 6= ∅, бо f(a, b) ∈W ∩ f(A× V ). Це показує, що z ∈ f(A× V ). На вiдмiну вiд вiдповiдної властивостi для квазiнеперервних функцiй власти- вiсть, що встановлена в лемi 1, не є характеристичною для горизонтальної квазi- неперервностi. Лема 2. Нехай X i Y — топологiчнi простори, Z — метричний простiр i f : X × Y → Z — горизонтально квазiнеперервне вiдображення. Тодi для кожного ε > 0 множина Qε(f) = {(x, y) ∈ X × Y : ωfy (x) < ε} скрiзь щiльна в X × Y. Доведення. Нехай ε > 0, U i V — вiдкритi непорожнi множини в X i Y вiдповiдно. Покажемо, що Qε(f) ∩ (U × V ) 6= ∅. Вiзьмемо довiльну точку p = = (x, y) ∈ U × V i скористаємося горизонтальною квазiнеперервнiстю f у точцi p. Якщо взяти за W вiдкриту кулю з центром у точцi z = f(p) i радiусом ε 3 в Z, то ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 794 В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО iснують непорожня вiдкрита в X множина G в X i точка b ∈ V такi, що G ⊆ U i |f(u, b)− z|Z < ε 3 , як тiльки u ∈ G. Тодi для довiльних u′, u′′ ∈ G будемо мати ∣∣f(u′, b)− f(u′′, b)∣∣ Z ≤ |f(u′, b)− z|Z + |f(u′′, b)− z|Z < 2ε 3 , отже, ωfb(G) ≤ 2ε 3 < ε. Тому ωfb(x) < ε для довiльного x ∈ G. Взявши яку-небудь точку a ∈ G, отримаємо, що (a, b) ∈ Qε(f) ∩ (U × V ), що i дає нам рiвнiсть Qε(f) = X × Y. 3. Послаблення горизонтальної квазiнеперервностi i клас N . Кажуть [2], що вiдображення f : X × Y → Z має властивiсть Гана, якщо множина CY (f) = = {x ∈ X : {x}× Y ⊆ C(f)} є залишковою в X, тобто її доповнення X \CY (f) = = prX(D(f)) є множиною першої категорiї в X, i властивiсть Вестона, якщо для кожного y ∈ Y множина Cy(f) = {x ∈ X : (x, y) ∈ C(f)} є залишковою в X. Зрозумiло, що з властивостi Гана випливає властивiсть Вестона, але обернене, взагалi кажучи, не вiрно. Як уже зазначалося, у працi [11] було доведено, що для метризовного простору Z i топологiчного простору X кожна KhC-функцiя f : X×Y → Z має властивiсть Вестона (Гана), якщо простiр Y задовольняє першу (другу) аксiому злiченностi. Наступний приклад показує, що горизонтальна квазiнеперервнiсть є занадто сильною умовою у цих теоремах. Приклад 1. Визначимо функцiю f : R2 → R так: f(x, y) = 1, x = 0, 0, x 6= 0. У кожнiй точцi осi ординат x = 0 функцiя f не є горизонтально квазiнеперервною, але вона має властивiсть Гана, бо CY (f) = R \ {0}, i, крiм того, f неперервна вiдносно другої змiнної. Щоб дати таке уточнення результату з [11], яке б включало i цей приклад, уведемо такi властивостi вiдображення f : X × Y → Z: i) для довiльних вiдкритих непорожнiх множин U i V вiдповiдно в X i Y та довiльної множини A в X, для якої U ⊆ A, iснує вiдкрита непорожня множина G в X така, що G ⊆ U i f(G× V ) ⊆ f((G ∩A)× V ); ii) для кожного ε > 0 множина Qε(f) = {(x, y) ∈ X × Y : ωfy (x) < ε} скрiзь щiльна у просторi X × Y ; iii) множина XC(f) = {x ∈ X : fx — неперервне} є залишковою в X. Як бачимо, умова i) є послабленням властивостi, встановленої у лемi 1, а умова ii) — це висновок леми 2. Отже, горизонтально квазiнеперервнi вiдображення мають властивостi i) та ii). Остання властивiсть iii) є послабленням умови XC(f) = X, яка означає неперервнiсть f вiдносно другої змiнної. В умовах i) та iii) X, Y i Z — довiльнi топологiчнi простори, в умовi ii) простiр Z є метричним. Для довiльних топологiчних просторiв X та Y i метричного простору Z сим- волом N (X × Y, Z) позначимо сукупнiсть усiх вiдображень f : X × Y → Z, якi мають усi три властивостi i), ii) та iii), а елементи з N (X × Y,Z) назвемо N -вiдображеннями. З результатiв попереднього пункту випливає, що KhC(X × × Y, Z) ⊆ N (X × Y, Z). ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 ТОЧКИ СУКУПНОЇ НЕПЕРЕРВНОСТI ТА ВЕЛИКI КОЛИВАННЯ 795 4. Множини злiченного типу та узагальнення теореми Кальбрi – Труаллiка. Як i в [2], пiдмножинуB топологiчного простору Y називаємо множиною злiченно- го типу, якщо iснує така не бiльш нiж злiченна система V = {Vn : n ∈ N} вiдкритих множин Vn в Y, що для кожної точки y ∈ B система V(y) = {Vn : y ∈ Vn} є базою околiв точки y у просторi Y. Така система V називається злiченною базою для B. Увесь простiр Y є множиною злiченного типу тодi i тiльки тодi, коли вiн має не бiльш нiж злiченну базу, тобто задовольняє другу аксiому злiченностi, а виконання першої аксiоми злiченностi в Y означає, що всi одноточковi множини {y} в Y є множинами злiченного типу. Наступна теорема узагальнює результати з [2, 12] i багато iнших результатiв такого типу. Теорема 1. Нехай X i Y — топологiчнi простори, Z — метричний простiр, B — множина злiченного типу в Y i f : X × Y → Z — N -вiдображення. Тодi множина CB(f) = { x ∈ X : {x} ×B ⊆ C(f) } є залишковою в X. Доведення. Мiркуючи вiд супротивного, припустимо, що доповнення E1 = = X \CB(f) = { x ∈ X : (∃yx ∈ B)((x, yx) ∈ D(f)) } є множиною другої категорiї в X. За умовою iii) множина E2 = XC(f) залишкова в X, тобто доповнення X \E2 є множиною першої категорiї в X. Тодi i рiзниця E1 \ E2 — це множина першої категорiї в X, а отже, перетин E3 = E1 ∩ E2 є множиною другої категорiї в X, бо iнакше i множина E1 = (E1∩ E2)∪ (E1 \ E2) була б множиною першої категорiї в X. Оскiльки об’єднання послiдовностi множин першої категорiї залишається множиною першої категорiї i E3 = ∞⋃ n=1 { x ∈ E3 : ωf (x, yx) ≥ 1 n } , то iснує таке ε > 0, що i E = { x ∈ E3 : ωf (x, yx) ≥ ε } є множиною другої категорiї в X. Нехай V = {Vn : n ∈ N} — злiченна база для B. Розглянемо множини An = { x ∈ E : yx ∈ Vn, ωfx(Vn) < ε 6 } . Легко перевiрити, що ∞⋃ n=1 An = E. Справдi, нехай x ∈ E. Тодi x ∈ XC(f) i вiдображення fx : Y → Z є неперервним, зокрема воно буде неперервним у точцi yx. Тому iснує такий окiл V0 точки yx в Y, що ωfx(V0) < ε 6 . Але yx ∈ B, отже, V(yx) є базою околiв точки yx в Y. Тодi iснує такий номер n, що yx ∈ Vn ⊆ V0, а значить, yx ∈ Vn i ωfx(Vn) < ε 6 . Отже, x ∈ An. Оскiльки E — множина другої категорiї в X i E = ∞⋃ n=1 An, то iснує такий номер m, що множина A = Am десь щiльна в X, тобто вiдкрита множина U0 = intA не порожня. Тодi з умови ii) безпосередньо випливає, що iснують точка b ∈ V = Vm i вiдкрита непорожня множина U в X такi, що U ⊆ U0 i ωfb(U) < ε 6 . Використавши умову i), отримаємо, що iснує така вiдкрита непорожня множина G в X, що G ⊆ U i f(G× V ) ⊆ f((G ∩A)× V ). Покажемо, що ωf (G × V ) < ε. Нехай | · − · |Z — метрика на Z i pi ∈ G × V при i = 1, 2. Для кожного i = 1, 2 знайдемо таку точку qi ∈ (G ∩ A) × V, що∣∣f(pi)−f(qi)∣∣Z < ε 6 .Нехай ui = prX(qi) при i = 1, 2. Розглянемо точки ri = (ui, b). Оскiльки ui ∈ G ∩A ⊆ U, то∣∣f(r1)− f(r2)∣∣Z = ∣∣fb(u1)− fb(u2)∣∣Z ≤ ωfb(U) < ε 6 . ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 796 В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО Покладемо vi = prY (qi). Оскiльки vi, b ∈ V = Vm i ui ∈ A = Am при i = 1, 2, то з означення множини Am випливає, що∣∣f(qi)− f(ri)∣∣Z = ∣∣fui(vi)− fui(b)∣∣Z ≤ ωfui (Vm) < ε 6 при i = 1, 2. На основi цього маємо∣∣f(p1)− f(p2)∣∣Z ≤ ∣∣f(p1)− f(q1)∣∣Z + ∣∣f(q1)− f(r1)∣∣Z + ∣∣f(r1)− f(r2)∣∣Z+ + ∣∣f(r2)− f(q2)∣∣Z + ∣∣f(q2)− f(p2)∣∣Z < 5ε 6 , а отже, ωf (G× V ) ≤ 5ε 6 < ε. Оскiльки ∅ 6= G ⊆ U ⊆ U0 ⊆ A i множинаG вiдкрита, то iснує точка a ∈ G∩A. З означення множини Am випливає, що ya ∈ V, отже, p = (a, ya) ∈ G×V, звiдки за доведеним отримуємо, що ωf (p) ≤ ωf (G×V ) < ε. Але, з iншого боку, a ∈ A ⊆ E i тому ωf (p) = ωf (a, ya) ≥ ε.Отримана суперечнiсть завершує доведення теореми 1. З теореми 1 безпосередньо випливає такий наслiдок. Наслiдок 1. Нехай X i Y — топологiчнi простори, Z — метричний простiр i f : X × Y → Z — N -вiдображення. Тодi: а) якщо простiр Y задовольняє першу аксiому злiченностi, то f має власти- вiсть Вестона; б) якщо простiр Y задовольняє другу аксiому злiченностi, то f має власти- вiсть Гана. 5. Великi коливання: розвиток методу Гана. Щоб розвинути метод Гана з [18], нам потрiбен один допомiжний результат (див. [15], доведення теореми 1). Лема 3. Нехай X — топологiчний простiр, Y i Z — метричнi простори з метриками | · − · |Y i | · − · |Z вiдповiдно, f : X × Y → Z — CC-функцiя i δ та ε — додатнi числа. Тодi множина A(δ, ε) = { x ∈ X : (∀y′, y′′ ∈ Y )(|y′ − y′′|Y < δ ⇒ |fx(y′)− fx(y′′)|Y ≤ ε) } є замкненою в X. Доведення. Нехай всi елементи узагальненої послiдовностi (xγ) належать до множини A(δ, ε) i xγ → a в X. Вiзьмемо довiльнi y′ i y′′ з Y, для яких |y′− y′′|Y < < δ. Оскiльки f є CC-функцiєю, то множина YC(f) = { y ∈ Y : fy — неперервне вiдображення } скрiзь щiльна в Y. Тому iснують такi послiдовностi елементiв y′j i y′′j з YC(f), що |y′j − y′′j |Y < δ для кожного j i y′j → y′, а y′′j → y′′. Для довiльних γ i j маємо ∣∣fy′j (xγ)− fy′′j (xγ)∣∣Z = ∣∣fxγ (y′j)− fxγ (y′′j )∣∣Z ≤ ε, адже xγ ∈ A(δ, ε) i |y′j − y′′j |Y < δ. Вiдображення fy′j i fy′′j неперервнi, тому, перейшовши в данiй нерiвностi до границi вiдносно γ, одержимо рiвнiсть∣∣fy′j (a)− fy′′j (a)∣∣Z = ∣∣fa(y′j)− fa(y′′j )∣∣Z ≤ ε, звiдки, скориставшись неперервнiстю вiдображення fa, отримаємо, перейшовши до границi вiдносно j, нерiвнiсть∣∣fa(y′)− fa(y′′)∣∣ Z ≤ ε, з якої випливає, що a ∈ A(δ, ε). Це i показує, що множина A(δ, ε) є замкненою. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 ТОЧКИ СУКУПНОЇ НЕПЕРЕРВНОСТI ТА ВЕЛИКI КОЛИВАННЯ 797 Теорема 2. Нехай X — берiвський простiр, Y — метризовний компакт, Z — метричний простiр i f ∈ KhC(X × Y,Z). Тодi для кожного ε > 0 множина prX(Dε(f)) є замкненою i нiде не щiльною в X. Доведення. Зафiксуємо метрику | · − · |Y на Y, яка породжує його топологiю, i нехай, як звичайно, | ·− · |Z — метрика на просторi Z. Вiзьмемо ε > 0, η = ε 6 , δ > 0 i розглянемо множину A(δ, η) з леми 3. Нехай B = {bn : n ∈ N} — скрiзь щiльна в Y множина (така множина iснує, бо Y, як метризовний компакт, є сепарабельним простором). З наслiдку теореми 1 випливає, що множини Sn = Cbn(f) є залишко- вими у просторi X, адже Y, як метризовний простiр, задовольняє першу аксiому злiченностi. Тодi i множина S = ∞⋂ n=1 Sn буде залишковою в X. Оскiльки звуження g|S×Y : S × Y → Z є CC-функцiєю, то за лемою 3 множина A0 = A(δ, η) ∩ S є замкненою в S. За теоремою Куратовського про проекцiю множина E = prX(Dε(f)) буде замк- неною в X. Припустимо, що вона там десь щiльна. Тодi iснує така вiдкрита в X непорожня множина G, що G ⊆ E. Розглянемо замкненi в S множини Fn = A ( 1 n , η ) ∩ S. Оскiльки за теоремою Кантора кожна функцiя fx : Y → Z рiвномiрно неперервна, то ∞⋃ n=1 Fn = S. Простiр S є берiвським в iндукованiй зX топологiї, аджеX є берiвським, а S — залишковою в X [25, с.117]. Тому множина H = ∞⋃ n=1 intS Fn є вiдкритою i скрiзь щiльною в S. Оскiльки S, як залишкова множина у берiвському просторi X, сама є скрiзь щiльною в X, то i H є скрiзь щiльною в X множиною. В такому разi H ∩G 6= ∅. Таким чином, iснує точка x0 ∈ H ∩G. Оскiльки G ⊆ E, то x0 ∈ E, отже, iснує така точка y0 ∈ Y, що p0 = (x0, y0) ∈ Dε(f). Крiм того, x0 ∈ H, отже, iснує такий номер m, що x0 ∈ intS Fm. Нехай V = { y ∈ Y : |y − y0|Y < 1 2m } . Виберемо таку точку b ∈ B ∩ V, що ∣∣f(x0, b) − f(x0, y0)∣∣Z < ε 18 . Оскiльки x0 ∈ S i b ∈ B, то (x0, b) ∈ C(f), зокрема x0 ∈ C(fb). Тому iснує такий вiдкритий окiл U точки x0 в X, що ∣∣f(x, b)− f(x0, b)∣∣Z < ε 18 при x ∈ U i U ∩ S ⊆ Fm. Множина W = U × V є околом точки p0 у добутку X × Y i ωf (p0) ≥ ε. Тому ωf (W ) ≥ ε, а отже, iснує така точка p1 = (x1, y1) ∈ W, що ∣∣f(p1)− f(p0)∣∣Z > ε 3 . З горизонтальної кавазiнеперервностi функцiї f у точцi p1 випливає, що iснують точка y∗ ∈ V i вiдкрита в X непорожня множина U∗ такi, що U∗ ⊆ U i |f(x, y∗)− − f(x1, y1|Z < ε 18 при x ∈ U∗. Оскiльки множина S скрiзь щiльна в X, то iснує точка x∗ ∈ S ∩ U∗. В такому разi, з одного боку, будемо мати∣∣f(x∗, b)− f(x∗, y∗)∣∣ Z ≥ ∣∣f(p1)− f(p0)∣∣Z − ∣∣f(x∗, b)− f(x0, b)∣∣Z− − ∣∣f(x0, b)− f(x0, y0)∣∣Z − ∣∣f(x∗, y∗)− f(x1, y1)∣∣Z > > ε 3 − 3 · ε 18 = ε 6 = η, ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 798 В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО а з iншого — за побудовою y∗, b ∈ B i x∗ ∈ Fm, бо x∗ ∈ S ∩ U∗ ⊆ S ∩ U ⊆ Fm, i, крiм того, |b− y∗|Y ≤ |b− y0|Y + |y0 − y∗|Y < 1 2m + 1 2m = 1 m , отже, |f(x∗, b)− f(x∗, y∗)|Z ≤ η. Отримана суперечнiсть i доводить теорему. Зауважимо, що для KC-функцiй це твердження iншим способом доведено в [14] (наслiдок 3.8). 6. Новий пiдхiд до задачi про великi коливання. У цьому пунктi ми пiдси- лимо теорему 2, застосувавши при цьому новий метод. Теорема 3. Нехай X — берiвський простiр, Y — метризовний компакт, Z — метричний простiр i f ∈ N (X × Y, Z). Тодi для кожного ε > 0 множина prX(Dε(f)) є замкненою i нiде не щiльною в X. Доведення. Будемо використовувати позначення з попереднього пункту. Нехай G — довiльна непорожня вiдкрита в X множина i E = G ∩ XC(f). Оскiльки простiр X є берiвським, то G — множина другої категорiї в X. Множина XC(f) залишкова в X, бо f має властивiсть iii) з п. 3. Тому E — множина другої категорiї в X. Зафiксуємо ε > 0 i розглянемо множини Fn = A ( 1 n , η ) ∩ E, де η = ε 6 . Зрозумiло, що ∞⋃ n=1 Fn = E. Оскiльки E є множиною другої категорiї в X, то iснує такий номер m, що множина Fm десь щiльна в X, тобто H = intFm 6= ∅. Оскiльки множина H вiдкрита в X i H ⊆ Fm, то H ⊆ H ∩ Fm, звiдки випливає, що H ∩ Fm 6= ∅. Множина U0 = H ∩ G, очевидно, вiдкрита i непорожня, бо U0 ⊇ H ∩ Fm. Покладемо A0 = U0 ∩ Fm. Зрозумiло, що A0 ⊆ U0 ⊆ A0. Нехай δ = 1 2m i Vδ(y) = {v ∈ Y : |v − y|Y < δ}. З вiдкритого покриття {Vδ(y) : y ∈ Y } компактного простору Y видiлимо скiнченне пiдпокриття, що складається з куль Vk = Vδ(yk), k = 1, . . . , n. Розглянемо вiдкриту непорожню множину U0 × V1 у добутку X × Y. Оскiльки f задовольняє умову ii), то множина Qη(f) скрiзь щiльна в X × Y. Отже, iснують точка b ∈ V1 i непорожня вiдкрита вX множинаG1 такi, щоG1 ⊆ U0 i ωfb(G1) < η. Згiдно з умовою i) iснує така вiдкрита в X i непорожня множина U1, що U1 ⊆ G1 i f(U1 × V1) ⊆ f((U1 ∩A0)× V1). Покажемо, що ωf (U1 × V1) < ε. Нехай p1 i p2 — довiльнi точки з U1 × V1. Оскiльки f(pi) ∈ f((U1 ∩A0)× V1) при i = 1, 2, то для кожного i = 1, 2 iснує така точка qi = (ui, vi) ∈ (U1 ∩ A0)× V1), що |f(pi)− f(qi)|Z < η. Розглянемо точки ri = (ui, b) при i = 1, 2. Оскiльки b i vi — точки з кулi V1, то |b− vi|Y ≤ |b− y1|Y + |y1 − vi|Y < 2δ = 1 m . Але ui ∈ A0 ⊆ Fm при i = 1, 2. Тому згiдно з означенням множини Fm маємо |f(qi)− f(ri)|Z = |fui(vi)− fui(b)|Z ≤ η при i = 1, 2. Крiм того, ui ∈ U1 ⊆ G1 при i = 1, 2, отже, |f(r1)− f(r2)|Z = |fb(u1)− fb(u2)|Z ≤ ωfb(G1) < η. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 ТОЧКИ СУКУПНОЇ НЕПЕРЕРВНОСТI ТА ВЕЛИКI КОЛИВАННЯ 799 Тому |f(p1)− f(p2)|Z ≤ |f(p1)− f(q1)|Z + |f(q1)− f(r1)|Z+ +|f(r1)− f(r2)|Z + |f(r2)− f(q2)|Z + |f(q2)− f(p2)|Z < 5η. Звiдси випливає, що ωf (U1 × V1) ≤ 5η < ε. Повторивши цю побудову для множини U1×V1, одержимо непорожню вiдкриту в X множину U2 таку, що U2 ⊆ U1 i ωf (U2 × V2) < ε. Так крок за кроком ми зможемо визначити вiдкритi непорожнi множини U1, U2, . . . , Un в X такi, що Uk−1 ⊇ Uk i ωf (Uk × Vk) < ε при k = 1, . . . , n. Покладемо U = Un. Зрозумiло, що U ⊆ Uk для кожного k = 1, . . . , n, а тому ωf (U × Vk) ≤ ωf (Uk × Vk) < ε. Для кожної точки p = (x, y) ∈ U × Y iснує таке k = 1, . . . , n, що y ∈ Vk, i тому ωf (p) ≤ ωf (U × Vk) < ε, адже множини U × Vk вiдкритi в X ×Y. Таким чином, (U ×Y )∩Dε(f) = ∅, отже, U ∩prX(Dε(f)) = ∅. Оскiльки множина U вiдкрита в X i ∅ 6= U ⊆ G, то це i показує, що множина prX(Dε(f)) нiде не щiльна в X. Замкненiсть цiєї множини, як i ранiше, випливає з теореми Куратовського. 7. Деякi приклади. Нехай X — берiвський, Y — топологiчний i Z — метричний простори i вiдображення f : X × Y → Z має властивiсть Гана. Легко перевiрити, що тодi f задовольняє умови ii) та iii), до того ж для виконання умови ii) досить i властивостi Вестона. Наведемо приклад, який показує, що умова i) може при цьому не виконуватись. Приклад 2. Нехай n → rn — бiєкцiя натурального ряду N на множину Q всiх рацiональних чисел, I = R \ Q — множина всiх iррацiональних чисел i R+ = = [0,+∞) — додатна пiввiсь. Розглянемо функцiю f : R× R+ → R, яка визначена таким чином: f(x, y) = 1−2 ∣∣∣∣y − n+ 1 2 ∣∣∣∣ , якщо x = rn, n−1 ≤ y ≤ n, i f(x, y) = 0 в iнших точках. Оскiльки для кожного n маємо D(f)∩(R× [n−1, n]) = {rn}×(n− −1, n), то D(f) = ∞⋃ n=1 {rn}× (n−1, n), отже, prRD(f) = Q. Звiдси безпосередньо випливає, що f має властивiсть Гана. Разом з тим f не задовольняє умову i). Справдi, для довiльної вiдкритої непорожньої множини G в R iснує таке n, що rn ∈ G, отже, [0, 1] = f({zn} × (n− 1, n)) ⊆ f(G× R+) ⊆ [0, 1], а тому f(G×R+) = [0, 1]. Але f((G∩ I)×R+) = {0}, а отже, i f((G ∩ I)× R+) = = {0}. Таким чином, f((G ∩ I)× R+) 6⊇ f(G× R+), незважаючи на те, що I = R. Умова компактностi в теоремi 2 є iстотною, навiть якщо вiдображення буде ква- зiнеперервним вiдносно першої змiнної i рiвномiрно неперервним вiдносно другої. Це видно з наступного прикладу. Приклад 3. Нехай знову n → rn : N → Q — бiєкцiя. Визначимо функцiю f : R2 → R так: f(x, y) = √ 1 4 − (x− rn)2 − (y − n)2, якщо rn− √ 1 4 − (y − n)2 ≤ ≤ x ≤ rn, i f(x, y) = 0 в рештi точок. Всi горизонтальнi y-розрiзи fy неперервнi злiва, а отже, i квазiнеперервнi. Далi, оскiльки функцiя g(x, y) = √ 1 4 − x2 − y2 рiвномiрно неперервна на компактi x2+y2 ≤ 1 4 , то всi її x-розрiзи gx при |x| ≤ 1 2 є ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6 800 В. К. МАСЛЮЧЕНКО, В. В. НЕСТЕРЕНКО одностайно рiвномiрно неперервними, звiдки безпосередньо випливає i рiвномiрна неперервнiсть всiх x-розрiзiв fx функцiї f. Разом з тим для ε = 1 2 (rn, n) ∈ ∈ Dε(f) для кожного n. Отже, проекцiя A множини Dε(f) на вiсь абсцис мiстить множину Q всiх рацiональних чисел, а отже, є скрiзь щiльною в R. Бiльш того, легко перевiрити, що Dε(f) = {(rn, n) : n ∈ N} при ε = 1 2 i A = Q. 1. Baire R. Sur les fonctions de variables reélles // Ann. mat. pura ed appl. Ser. 3. – 1899. – 3. – P. 1 – 123. 2. Calbrix J., Troallic J. P. Applications séparément continues // C.r. Acad. sci. A. – 1979. – 288. – P. 647 – 648. 3. Маслюченко В. К. Нарiзно неперервнi вiдображення i простори Кете: Дис. . . . д-ра фiз.-мат. наук. – Чернiвцi, 1999. – 345 с. 4. Михайлюк В. В. Координатний метод i теорiя нарiзно неперервних вiдображень: Дис. . . . д-ра фiз.-мат. наук. – Чернiвцi, 2008. – 333 с. 5. Нестеренко В. В. Рiзнi типи квазiнеперервностi та їх застосування: Дис. . . . канд. фiз.-мат. наук. – Чернiвцi, 1999. – 111 с. 6. Маслюченко О. В. Коливання нарiзно неперервних функцiй i топологiчнi iгри: Дис. . . . канд. фiз.- мат. наук. – Чернiвцi, 2001. – 164 с. 7. Maslyuchenko V. K. Connections between joint and separate properties of functions of several vari- ables // Some Open Problems of Functional Analysis and Function Theory / Eds V. K. Maslychenko, A. M. Plichko. Extracts math. – 2005. – 20, № 1. – P. 51 – 70. 8. Piotrowski Z. Separate and joint continuity // Real Anal. Exch. – 1985 - 1986. – 11, № 2. – P. 293 – 322. 9. Piotrowski Z. Separate and joint continuity II // Ibid. – 1989 - 1990. – 15, № 1. – P. 248 – 256. 10. Маслюченко В. К. Простори Гана i задача Дiнi // Мат. методи i фiз.-мех. поля. – 1998. – 41, № 4. – C. 3 – 45. 11. Маслюченко В. К., Нестеренко В. В. Сукупна неперервнiсть та квазiнеперервнiсть горизонтально квазiнеперервних функцiй // Укр. мат. журн. – 2000. – 52, № 12. – С. 1711 – 1714. 12. Энгелькинг Р. Общая топология. – М.: Мир, 1986. – 752 с. 13. Маслюченко В. К. Часткова неперервнiсть многозначних вiдображень i узагальнення однiєї теоре- ми Бера // Наук. вiсн. Чернiв. ун-ту. Математика. – 2000. – Вип. 76. – C. 62 – 66. 14. Breckenridge J. C., Nishiura T. Partial continuity, quasicontinuity and Baire spaces // Bull. Inst. Acad. Sinica. – 1976. – 4, № 2. – P. 191 – 203. 15. Маслюченко В. К. Задача Дiнi i рiвномiрна неперервнiсть // Наук. вiсн. Чернiв. ун-ту. Математика. – 1999. – Вип. 46. – C. 80 – 87. 16. Van Vleck E. B. A proof of some theorems on pointwise discontinuous functions // Trans. Amer. Math. Soc. – 1907. – 8. – P. 180 – 204. 17. Hahn H. Theorie der reellen Funktionen. 1 Band. – Berlin: Verlag von Julius Springer, 1921. – VIII + 600 S. 18. Hahn H. Reelle Funktionen. 1 Teil. Punktfunktionen. - Leipzig: Acad. Verlagsgesellschaft M.B.H., 1932. – 416 S. 19. Namioka I. Separate continuity and joint continuity // Pacif. J. Math. – 1974. – 51, № 2. – P. 515 – 531. 20. Kempisty S. Sur les functions quasicontinues // Fund. Math. – 1932. – 19. – P. 184 – 197. 21. Neubrunn T. Quasi-continuity // Real Anal. Exch. – 1988 - 1989. – 14, № 3. – P. 259 – 306. 22. Маслюченко В. К., Нестеренко В. В. Про розвиток одного результату Беґеля // Всеукр. наук. конф., присв. 70-рiччю нар. проф. П. С. Казiмiрського (5 – 7 жовтня 1995). Тези доп. Ч. I. – Львiв, 1995. – С. 80. 23. Bögel K. Über partiell differenzierbare Funktionen // Math. Z. – 1926. – 25. – S. 490 – 498. 24. Бурбаки Н. Общая топология. Использование вещественных чисел в общей топологии. Функцио- нальные пространства. Сводка результатов. – М.: Наука, 1975. – 408 с. Одержано 16.02.09 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2010, т. 62, № 6
id umjimathkievua-article-2910
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
English
last_indexed 2026-03-24T02:32:39Z
publishDate 2010
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/e8/eb15865cc6f80669d67bd74ec3e93fe8.pdf
spelling umjimathkievua-article-29102020-03-18T19:40:12Z Points of joint continuity and large oscillations Точки сукупної неперервності та великі коливання Maslyuchenko, V. K. Nesterenko, V. V. Маслюченко, В. К. Нестеренко, В. В. For topological spaces $X$ and $Y$ and a metric space $Z$, we introduce a new class $N(X × Y,Z)$ of mappings $f:\; X × Y → Z$ containing all horizontally quasicontinuous mappings continuous with respect to the second variable. It is shown that, for each mapping $f$ from this class and any countable-type set $B$ in $Y$, the set $C_B (f)$ of all points $x$ from $X$ such that $f$ is jointly continuous at any point of the set $\{x\} × B$ is residual in $X$: We also prove that if $X$ is a Baire space, $Y$ is a metrizable compact set, $Z$ is a metric space, and $f ∈ N(X×Y,Z)$, then, for any $ε &gt; 0$, the projection of the set $D^{ε} (f)$ of all points $p ∈ X × Y$ at which the oscillation $ω_f (p) ≥ ε$ onto $X$ is a closed set nowhere dense in $X$. Для топологических пространств $X$, $Y$ и метрического пространства $Z$ введен новый класс $N(X × Y,Z)$ отображений $f:\; X × Y → Z$, содержащий все горизонтально квазинепрерывные и непрерывные относительно второй переменной отображения, и установлено, что для каждого отображения $f$ из этого класса и произвольного множества $B$ исчислимого типа в $Y$ множество $C_B (f)$ всех точек $х \in X$ таких, что $f$ является совокупно непрерывным в каждой точке множества $\{x\} × B$, есть остаточным в $X$. Кроме того, доказано, что если $X$ — беровское пространство, $Y$ — метризуемый компакт, $Z$ — метрическое пространство $f ∈ N(X×Y,Z)$, то для каждого $ε &gt; 0$ проекция на $X$ множества $D^{ε} (f)$ всех тех точек $p ∈ X × Y$, в которых колебание $ω_f (p) ≥ ε$, является замкнутым и нигде не плотным множеством в $X$. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2010-06-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2910 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 62 No. 6 (2010); 791–800 Український математичний журнал; Том 62 № 6 (2010); 791–800 1027-3190 uk en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2910/2571 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2910/2572 Copyright (c) 2010 Maslyuchenko V. K.; Nesterenko V. V.
spellingShingle Maslyuchenko, V. K.
Nesterenko, V. V.
Маслюченко, В. К.
Нестеренко, В. В.
Points of joint continuity and large oscillations
title Points of joint continuity and large oscillations
title_alt Точки сукупної неперервності та великі коливання
title_full Points of joint continuity and large oscillations
title_fullStr Points of joint continuity and large oscillations
title_full_unstemmed Points of joint continuity and large oscillations
title_short Points of joint continuity and large oscillations
title_sort points of joint continuity and large oscillations
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2910
work_keys_str_mv AT maslyuchenkovk pointsofjointcontinuityandlargeoscillations
AT nesterenkovv pointsofjointcontinuityandlargeoscillations
AT maslûčenkovk pointsofjointcontinuityandlargeoscillations
AT nesterenkovv pointsofjointcontinuityandlargeoscillations
AT maslyuchenkovk točkisukupnoíneperervnostítavelikíkolivannâ
AT nesterenkovv točkisukupnoíneperervnostítavelikíkolivannâ
AT maslûčenkovk točkisukupnoíneperervnostítavelikíkolivannâ
AT nesterenkovv točkisukupnoíneperervnostítavelikíkolivannâ