Ch ng 1 Lý thuyõt bëc Brower (h u h¹n chiòu) 1.1 X y dùng bëc cña nh x¹ liªn tôc BËc cña mét nh x¹ liªn tôc f : Ω R n, trong ã Ω lµ mét tëp më, bþ chæ

Tài liệu tương tự
Mét c¸ch míi trong ®µo t¹o, båi d­ìng c¸n bé c¬ së ë Hµ Giang

Giá trị nguyên tố của đa thức bất khả quy

§µo t¹o, båi d­ìng c¸n bé c¬ së ë B¾c Ninh

CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ IMC

Tiªu chuÈn Quèc tÕ

50(601)IEC Uy ban kü thuët iön Quèc tõ (IEC) Ên phèm 50 (601) Tõ ng kü thuët iön Quèc tõ Ch ng 601 : Ph t, TruyÒn t i vµ Ph n phèi iön n

Microsoft Word - So

Microsoft Word - Phan II. Chuong 6 Thanh chiu luc phuc tap.doc

GPRCMP001

32 TCVN pdf

76 TCVN pdf

§iÒu khon kÕt hîp vÒ bo hiÓm con ng­êi (KHCN- BV 98)

ICIC.LMT

TiÕp cËn b­íc ®Çu nh©n khÈu vµ lao ®éng cña n«ng hé ng­êi kinh t¹i vïng ch©u thæ th¸i b×nh vµ vïng nói ®iÖn biªn lai ch©u

Microsoft Word - SFDP Song Da - VDP1 - guidelines vn, updated.rtf

ñy ban Kü thuËt ®iÖn Quèc tÕ

Phô n÷ lµm c«ng t¸c nghiªn cøu khoa häc x· héi - Nh÷ng thuËn lîi vµ khã kh¨n

S yÕu lý lÞch

untitled

Ch­ng 6

Microsoft Word - NTP - Bien ban Dai hoi CD thuong nien 2011.doc

chieu sang nhan tao.pdf

Së Gi o Dôc vµ µo T¹o kú thi häc sinh giái cêp tønh THANH ho N m häc: Ò chýnh thøc M«n thi: Þa Lý Sè b o danh Líp 12 - thpt... Ngµy thi 24/0

BiÓu sè 11

Microsoft Word - 1-CFEW-Session-Material_V.doc

Microsoft Word - DLVN

Nâng cao chất lượng đảng viên ở đảng bộ tỉnh phú thọ

Bai 2-Tong quan ve cac Thiet ke NC thuong dung trong LS ppt

Microsoft Word - Phan II. Chuong 1 Nhung khai niem co ban.doc

file://D:MRC964MI-docsSingleFile - PendingA17223BB696745B4

Microsoft Word - Huong dan ke khai ho so va nop ho so 2018.DOC

Bệnh học ngoại - phụ khoa y học cổ truyền

Microsoft Word - noi qui lao dong

Bé gi¸o dôc ®µo t¹p - Bé Y tÕ

CHƯƠNG 5 KẾ HOẠCH PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN THÔNG

file://D:MRC964MI-docsA253E C7C47256D9C000B7F6BA253E

BO XUNG BC TC Q4 - MHC.xls

Statement of Community ofConcerned Partners VIE.PDF

ChÊt l îng th«ng tin Thèng kª ë Þa ph ng Thùc tr¹ng vµ nh ng vên Ò Æt ra Hoµng TÊt Th¾ng (*) I - Thùc tr¹ng th«ng tin thèng kª ë Þa ph ng - cêp tønh -

Microsoft Word - Phan II. Chuong 3 Trang thai ung suat - Cac thuyet ben.doc

Slide 1

Bé X©y dùng Céng hoµ x• héi chñ nghÜa ViÖt nam

Lêi nãi ®Çu

ch13-bai tiet

Dự thảo 24 tháng 8 năm 2004

Microsoft Word - BC SXKD 2011 & KH DHCDTN 2012 _chuyen Web_.doc

S¸ch h­íng dÉn cho n«ng d©n miÒn nói

Microsoft Word - Tu giac noi tiep.doc

Microsoft Word - Business Park. Chuong 7. tr89-tr105.doc

MATHVN.COM Dành cho học sinh THPT ióm A(- 3; 4), B(6; - 5), C(5; 7). a = ; b = ; c = Bµi 9. TÝnh gçn óng gi tr

PhÇn 9 - MÆt cÇu vµ hÖ mÆt cÇu

TCXDVN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ QUỐC DÂN HỘI ĐỒNG TUYỂN SINH SAU ĐẠI HỌC -----:----- ĐỀ THI TUYỂN SINH SAU ĐẠI HỌC THÁNG 5/2012 MÔN THI:

Lêi nãi ®Çu

CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ XUẤT BẢN GIÁO DỤC HÀ NỘI 187B Giảng Võ Quận Đống Đa Thành phố Hà Nội Điện thoại : (04) (04) ; Fax : (04)

Microsoft Word - mau dang ky xet tuyen VLVH_2017.doc

Microsoft Word - TCVN doc

Microsoft Word - D.4.1 Huong dan PAEM.doc

7.mdi

Microsoft Word - Quy dinh phong chong ma tuy _ban chinh_.doc

LuËt

PDFTiger

vncold.vn

file://D:MRC964MI-docsA875B278D A9A0026D969A875B

file://Z:ProjectActive ProjectsMRC964DataMI-docsDoneECA

Microsoft Word - D.4.3 Tai lieu giang vien.doc

Ch­¬ng tr×nh khung gi¸o dôc ®¹i häc

Phần 1 CƠ SỞ VỀ SOLIDWORKS

No tile

Bé gi o dôc vμ μo t¹o Æng thþ lanh (Chñ biªn) hoμng cao c ng - lª thþ tuyõt mai - trçn thþ minh ph ng TiÕng ViÖt 1 tëp mét s ch gi o viªn (T i b n lçn

Thèng kª tµi kho n quèc gia 60 n m x y dùng vµ ph t trión N gµy 06 th ng 5 n m 1946 Chñ tþch Hå ChÝ Minh ký s¾c lönh 61/SL thµnh lëp Bé Quèc d n Kinh

Microsoft Word - 5 de on tuyen sinh lop 10 _co dap an_

Bé Gi o dôc vμ μo t o NguyÔn Quang Vinh (Tæng Chñ biªn) hoμng th s n (Chñ biªn) - nguyôn ph ng nga - tr nh th b ch ngäc (T i b n lçn thø m êi mét) Nhμ

Microsoft PowerPoint - Cay keo.ppt

v n b n kü thuët o l êng viöt nam lvn 112 : 2002 ThiÕt bþ chuyón æi p suêt - Quy tr nh hiöu chuèn Pressure Transducer and Transmitter - Methods and me

Bµi ging cÇu thÐp

Microsoft Word - SKKN- Nguyen Thi Oanh - MN Ho Tung Mau.doc

Microsoft Word - CVDB_HaGiang_Vn.doc

Tæng môc lôc t¹p chÝ luËt häc n¨m 2004

Benh hoc lao

tcvn t I ª u c h u È n v I Ö t n a m TCVN 6770 : 2001 Ph ng tiön giao th«ng êng bé - G ng chiõu hëu m«t«vµ xe m y - yªu cçu vµ ph ng ph p thö trong c«

Microsoft Word - bai giang phytoplasma.doc

Danh sách khoá luận năm 2008 ngành QTKD.xls

Bé Gi¸o dôc vµ ®µo t¹o

NHỮNG CÂU HỎI CÓ KHẢ NĂNG RA KHI KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CÁC LỚP KỸ SƯ TƯ VẤN GIÁM SÁT Học viên phải trả lời bằng cách đánh dấu chọn ( x ) vào các dòng. T

G.NTH 1. C c kiõn thøc cçn n¾m 1.1. C c hö thøc c b n π + cos α + sin α = tg 2 α = ( α + kπ) 2 cos α 2 + tgα. cotgα = 1 (

PhÇn 1: Giíi thiÖu

Microsoft Word - SKKN Ung dung Toan cho bai toán cuc tri Vat Li.doc

C«ng ty Cæ phçn TËp oµn th I hßa B o c o Tµi chýnh hîp nhêt Quý I (ch a îc kióm to n)

ThS

Microsoft Word - SKKN VAN.doc

. Tr êng ¹i häc n«ng L m TP.hcm Phßng µo T¹o Danh S ch Tèt NghiÖp Häc Kú3 - N m Häc Ch ng tr nh µo t¹o ngµnh C khý n«ng l m (DH08CK) KÌm Theo Qu

§Ò «n tËp m«n to¸n líp 3

Microsoft Word - Lessons from Van Chan and Mu Cang Chai VN

NÂNG CAO VAI TRÒ THÔNG TIN ĐỐI NGOẠI CỦA TỜ NEWSLETTER - BẢN TIN TIẾNG ANH CỦA TRUNG TÂM TIN HỌC BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN ĐỐI VỚI ĐỘC GI

Gia Sư Tài Năng Việt ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TIẾNG VIỆT LỚP 1 ĐỀ 1: Phần I: TRẮC NGHIỆM (6 điểm) Học sinh làm bài bằng cách đ

Đánh giá tài nguyên du lịch nhằm phát triển du lịch bền vững tỉnh Tiền Giang Hồ Đoàn Thùy Mỹ Châu Trường Đại học Khoa học Xã hội và Nhân văn Luận văn

Cuéc ®êi vµ t­ duy x· héi häc cña Auguste Comte

KiÕn thøc c b n vò iön Bè côc cña ch ng Ch ng nµy gi i thých c c kiõn thøc c b n vò iön M«t Kh i niöm c b n M¾c song song & M¾c nèi tiõp M¹ch iön Chøc

Bản ghi:

Ch ng 1 Lý thuyõt bëc Brower (h u h¹n chiòu) 1.1 X y dùng bëc cña nh x¹ liªn tôc BËc cña mét nh x¹ liªn tôc f : Ω R n, trong ã Ω lµ mét tëp më, bþ chæn trong R n, t¹i mét ióm y (kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω) trong R n èi víi tëp Ω cã thó h nh dung nh lµ sè ( ¹i sè) c c nghiöm cña ph ng tr nh f(x) = y trong Ω. NÕu bëc b»ng 0 th ta ch a kõt luën îc nhiòu, nh ng nõu bëc lµ mét sè kh c 0 (ch¼ng h¹n lµ sè lî) th ta ch¾c ch¾n ph ng tr nh f(x) = y cã nghiöm trong Ω. Cã nhiòu c ch Ó x y dùng lý thuyõt bëc Brower, ch¼ng h¹n t«p«¹i sè hoæc gi i tých. ë y, chóng t«i sï dïng c«ng cô gi i tých, mµ cô thó lµ c c Þnh lý Hµm ng îc, Þnh lý Hµm Èn, Þnh lý Sard, Þnh lý Schwarz (vò viöc æi thø tù lêy ¹o hµm riªng). Ó x y dùng lý thuyõt bëc cho nh x¹ liªn tôc f : Ω R n, t¹i mét ióm y (kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω) trong R n ta chia lµm ba b íc nh sau: ta Þnh nghüa bëc cho f lµ nh x¹ thuéc líp C 1 ( Ω; R n ) t¹i ióm y mµ nghþch nh cña nã kh«ng chøa ióm nµo cã Jacobien t¹i ã b»ng 0, ta Þnh nghüa bëc cho f lµ nh x¹ thuéc líp C ( Ω; R n ) t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω, ta Þnh nghüa bëc cho f lµ nh x¹ thuéc líp C( Ω; R n ) t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω. 1.1.1 X y dùng bëc cña nh x¹ thuéc líp C 1 ( Ω; R n ) Cho Ω lµ mét tëp më, bþ chæn trong R n vµ f lµ nh x¹ thuéc líp C 1 ( Ω; R n ). Ta ký hiöu S = {x Ω Jf (x) = 0}, tëp nõp (crease) cña nh x¹ f, tëp gåm nh ng ióm x n»m trong Ω mµ Jacobien cña nh x¹ f t¹i ã b»ng 0. Khi ã, víi mçi ióm y mµ kh«ng n»m trong f(s) còng nh f( Ω) th tëp f 1 (y) chø gåm h u h¹n phçn tö. ThËt vëy, v gi sö kh«ng ph i vëy, do f 1 (y) Ω lµ tëp ãng, bþ chæn (compact) nªn nã cã mét d y {x n } n=1 (gåm

c c ióm ph n biöt), héi tô Õn x 0 f 1 (y). Cã Do ã, f(x 0 ) = y = f(x n ), vµ J f (x 0 ) 0 hay (f (x 0 )) 1 1. (f (x 0 )) 1 1 lim n f(x n ) f(x 0 ) f (x 0 )(x n x 0 ) x n x 0 = 0 (v«lý). Tõ ã ta cã Þnh nghüa bëc cña f lµ nh x¹ thuéc líp C 1 ( Ω; R n ) t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω, vµ nghþch nh cña nã kh«ng chøa ióm nµo mµ Jacobien t¹i ã b»ng 0. Þnh nghüa 1. Cho Ω R n lµ mét tëp më, bþ chæn, vµ y R n \ (f(s) f( Ω)), f C 1 ( Ω; R n ). BËc cña nh x¹ f èi víi miòn Ω t¹i ióm y îc x c Þnh nh sau: { x f deg(f, Ω, y) := 1 (y) sgn J f(x), nõuf 1 (y), 0, nõu f 1 (y) =. B»ng Þnh nghüa ta cã thó týnh bëc cña mét sè nh x¹ Æc biöt (tuyõn týnh) sau. VÝ dô 1. BËc cña nh x¹ ång nhêt I : Ω R n, Ix = x, èi víi tëp Ω t¹i ióm y R n lµ { 1, nõu y Ω, deg(i, Ω, y) := 0, nõu y Ω. VÝ dô. BËc cña nh x¹ tuyõn týnh kh«ng suy biõn T : Ω R n, èi víi tëp Ω t¹i ióm y R n lµ { sgn(dett ), nõu y Ω, deg(t, Ω, y) := 0, nõu y Ω. VÝ dô sau y sï cho ta thêy deg(f, Ω, y) = 0 nh ng ph ng tr nh f(x) = y vén cã (sè ch½n) nghiöm. VÝ dô 3. Cho nh x¹ f : ( 1, 1) R, f(x) = x ɛ, (0 < ɛ < 1). Cã f (x) = x, 0 f({ 1, 1}) f({0}) vµ f 1 (0) = { ɛ, ɛ}, nh ng deg(f, ( 1, 1), 0) = 0. Ó chuyón sang b íc thø hai ta cçn Õn mét c ch x c Þnh kh c cña bëc. MÖnh Ò 1. Cho Ω R n lµ mét tëp më, bþ chæn, vµ y R n \ (f(s) f( Ω)), f C 1 ( Ω; R n ). Khi ã, tån t¹i mét sè d ng ɛ 0 sao cho víi bêt kú ɛ, ϕ ɛ nµo mµ 0 < ɛ < ɛ 0, ϕ ɛ C0 (R n ; R), supp ϕ ɛ B(0, ɛ) vµ ϕ ɛ (x)dx = 1 R n th deg(f, Ω, y) = Ω ϕ ɛ (f(x) y)j f (x)dx.

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 3 Chøng minh. NÕu f 1 (y) =, hay y f( Ω), th do Ω lµ tëp compact ( ãng, bþ chæn trong R n ) cã f( Ω) lµ tëp compact, nªn tån t¹i mét sè d ng ɛ 0 < ρ(y, f( Ω)). Khi ã, víi 0 < ɛ < ɛ 0, x Ω cã ϕ ɛ (f(x) y) = 0. Do ã, ta cã ϕ ɛ (f(x) y)j f (x)dx = 0 = deg(f, Ω, y). NÕu f 1 (y), mµ y f(s) f( Ω), nªn Ω f 1 (y) = {x 1,..., x m }, J f (x i ) 0 i = 1,..., m. Do f C 1 ( Ω : R n ), víi mçi i cã J f (x i ) 0, nªn theo Þnh lý Hµm ng îc tån t¹i l n cën më U i cña x i, l n cën më V i cña y sao cho f : U i V i lµ vi ph«i vµ J f Ui kh«ng æi dêu. Tån t¹i sè d ng ɛ 1 sao cho B(y, ɛ 1 ) m V i. Ta Æt W i = f 1 (B(y, ɛ 1 )) U i. Khi ã, Ω\( m W i ) lµ tëp compact nªn tån t¹i mét sè d ng ɛ 0 < ɛ 1 mµ ɛ 0 < ρ(y, f( Ω\( m W i ))). Khi ã, víi ɛ, ϕ ɛ nµo mµ 0 < ɛ < ɛ 0, ϕ ɛ C 0 (R n ; R), supp ϕ ɛ B(0, ɛ) vµ R n ϕ ɛ (x)dx = 1 th nõu x W i ( i = 1,..., m) : ρ(y, f(x)) > ɛ 0 > ɛ, hay ϕ ɛ (f(x) y) = 0; cßn nõu x W i : sgn J f (x) = sgn J f (x i ) 0, do ã Ω ϕ ɛ (f(x) y)j f (x)dx = = = m ϕ ɛ (f(x) y)j f (x)dx W i m sgn J f (x i ) ϕ ɛ (f(x) y)j f (x)dx m sgn J f (x i ). f(w i)=b(y,ɛ 1 ) 1.1. X y dùng bëc cña nh x¹ thuéc líp C ( Ω; R n ) Ó x y dùng kh i niöm bëc cho nh x¹ f thuéc líp C ( Ω; R n ) èi víi tëp Ω t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω ta cçn Õn mönh Ò sau. MÖnh Ò. Cho Ω lµ mét tëp më, bþ chæn trong R n, mét ióm y R n \ f( Ω), (ρ 0 = ρ(y, f( Ω)) > 0), vµ f C ( Ω; R n ). Khi ã, víi bêt kú y 1, y nµo ta còng cã nõu y i B(y, ρ 0 ), y i f(s), i = 1,, th deg(f, Ω, y 1 ) = deg(f, Ω, y ).

4 Chøng minh. LÊy 0 < δ < ρ 0 y y i, i = 1,. Theo MÖnh Ò 1, tån t¹i mét sè d ng ɛ < δ vµ mét hµm ϕ ɛ C0 (R n ; R), supp ϕ ɛ B(0, ɛ), sao cho víi i = 1, ta Òu cã Cã deg(f, Ω, y i ) = ϕ ɛ (z y 1 ) ϕ ɛ (z y ) = Ω ϕ ɛ (f(x) y i )J f (x)dx. 1 0 d dt ϕ ɛ(z y 1 + t(y 1 y ))dt trong ã, w(z) = ( 1 d ϕ 0 dt ɛ(z y 1 + t(y 1 y ))dt)(y 1 y ). Chó ý r»ng, víi z f( Ω), 0 < t < 1 cã = div(w(z)), (1.1) z (1 t)y 1 ty = (z y) + (1 t)(y y 1 ) + t(y y ) δ > ɛ nªn víi x Ω th w j (f(x)) = 0. Do ã, nõu Æt v i (x) = { n trong ã, A ij (x) = ( 1) i+j det{ l f k } l i,k j, th v i C 0 (R n ; R), supp v i Ω, vµ v i (x) x i = j,k=1 j=1 w j(f(x))a ij (x), nõu x Ω, 0, nõu x R n \ Ω, w j (f(x)) f k (x) A ij (x) + x k x i L¹i cã, nõu Æt g j = (f 1,..., f j 1, f j+1,..., f n ) t, vµ c j,i,k = j=1 w j (f(x)) A ij(x) x i. (1.) { det( 1 g j,..., i 1 g j, i+1 g j,..., k 1 g j, ik g j, k+1 g j,..., n g j ), nõu k > i, 0, nõu k = i, det( 1 g j,..., k 1 g j, ik g j, k+1 g j,..., i 1 g j, i+1 g j,..., n g j ), nõu k < i, cã A ij(x) x i = ( 1) i+j n k=1 c j,i,k, mµ f C ( Ω; R n ), theo Þnh lý Schwarz, ik g = ki g hay c j,i,k = ( 1) i+k 1 c j,k,i nªn A ij (x) x i = ( 1) i+j = c j,i,k = k=1 ( 1) k+j k=1 ( 1) i+j ( 1) i+k 1 c j,k,i k=1 c j,k,i = 0. (1.3)

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 5 Ngoµi ra, n div(v(x)) = = = f k (x) x i A ij (x) = δ jk J f (x) nªn tõ (1.)-(1.3) cã j,k=1 j,k=1 j,k=1 w j (f(x)) f k (x) A ij (x) + x k x i w j (f(x)) x k ( f k (x) ) A ij (x) x i + j=1 w j (f(x)) A ij(x) x i ( w j (f(x)) j=1 w j (f(x)) δ jk J f (x) = div(w(f(x)))j f (x) x k A ij (x) ) x i nªn tõ (1.1) deg(f, Ω, y 1 ) deg(f, Ω, y ) = (ϕ ɛ (f(x) y 1 ) ϕ ɛ (f(x) y ))J f (x)dx Ω = div(w(f(x)))j f (x)dx Ω = div(v(x))dx Ω = div(v(x))dx (v i C 0 (R n ; R), supp v i Ω) R m n i v i (x)) = dx i dx = 0, (v i (x) = 0, x Ω). x i R n 1 Tõ MÖnh Ò, víi mçi ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn th trong mét l n cën B(y, ρ 0 ), ρ 0 = ρ(y, f( Ω))(ρ lµ kho ng c ch Euclid trong kh«ng gian R n ), cña y trõ ra mét tëp f(s) cã é o 0 ( Þnh lý Sard), bëc cña f èi víi tëp Ω lµ nh nhau t¹i bêt kú ióm nµo. Ta cã thó Þnh nghüa bëc cho nh x¹ f C ( Ω; R n ) èi víi tëp Ω t¹i ióm y f( Ω) nh sau. Þnh nghüa. Cho Ω R n lµ mét tëp më, bþ chæn, vµ y R n \f( Ω), ρ 0 = ρ(y, f( Ω)) > 0, f C ( Ω; R n ). BËc cña nh x¹ f èi víi miòn Ω t¹i ióm y îc x c Þnh nh sau: trong ã, z B(y, ρ 0 ) \ f(s). deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω, z), NhËn xðt. 1. BËc deg(f, Ω, y) lµ hµm h»ng Þa ph ng èi víi y trªn tëp R n \ f( Ω).. Trªn mçi tëp liªn th«ng A R n \ f( Ω) bëc deg(f, Ω, y) lµ kh«ng thay æi. 1.1.3 X y dùng bëc cña nh x¹ thuéc líp C( Ω; R n ) ViÖc x y dùng bëc cho nh x¹ f thuéc líp C( Ω; R n ) èi víi tëp Ω t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω còng cçn Õn mét MÖnh Ò, gièng nh MÖnh Ò, cho ta thêy týnh h»ng Þa ph ng cña bëc èi víi c c nh x¹ f thuéc líp C ( Ω; R n ).

6 MÖnh Ò 3. Cho Ω lµ tëp bþ chæn trong R n, f, g lµ c c nh x¹ thuéc líp C ( Ω; R n ) vµ y lµ mét ióm kh«ng n»m trªn nh cña biªn Ω cña nh x¹ f. Khi ã, tån t¹i mét sè d ng ɛ (phô thuéc vµo f, g, Ω) sao cho deg(f + tg, Ω, y) = deg(f, Ω, y), 0 < t < ɛ. Chøng minh. Khi g = sup x Ω g(x) = 0 th ta dô dµng cã iòu ph i chøng minh. Khi g > 0, Ó chøng minh MÖnh Ò nµy, ta chia thµnh ba tr êng hîp sau. TH1: y f( Ω) hay ρ = ρ(y, f( Ω)) > 0. Víi ɛ = th ρ g ρ(y, (f + tg)( Ω)) ρ(y, f( Ω)) t g ρ > 0, 0 < t < ɛ nªn deg(f + tg, Ω, y) = 0 = deg(f, Ω, y), 0 < t < ɛ. TH: y f( Ω) \ (f(s) f( Ω)) cã f 1 (y) = {x 1,..., x m }, J f (x i ) 0, i = 1,..., m. XÐt nh x¹ h(t, x) = f(x) tg(x) y cã h(0, x i ) = 0, D x h(0, x i ) = f (x i ), mµ f C ( Ω; R n ), f (x i ) kh«ng suy biõn, nªn theo Þnh lý Hµm Èn tån t¹i sè d ng ɛ i, l n cën më U i cña x i vµ nh x¹ liªn tôc ϕ i : ( ɛ i, ɛ i ) U i sao cho ϕ i (0) = x i, h(t, ϕ i (t)) = 0 t ( ɛ i, ɛ i ), i = 1,..., m, vµ (t, ϕ i (t)) lµ nghiöm duy nhêt cña ph ng tr nh h(t, x) = 0 trong ( ɛ i, ɛ i ) U i. Do f, g C ( Ω; R n ) nªn ta cã thó thu nhá ( ɛ i, ɛ i ) U i sao cho c c U i «i mét rêi nhau, sgn J f+tg (x) = sgn J f (x) = sgn J f (x i ) (t, x) ( ɛ i, ɛ i ) U i, y (f + tg)( Ω \ ( m U i )) t ( ɛ i, ɛ i ). Æt ɛ = min 1 i m ɛ i, víi 0 < t < ɛ : (f + tg) 1 (y) = {ϕ 1 (t),..., ϕ m (t)} sgn J f+tg (ϕ i (t)) = sgn J f (ϕ i (t)) = sgn J f (x i ) 0 y (f + tg)(ω) \ ((f + tg)(s) (f + tg)( Ω)). t ( ɛ, ɛ), Khi ã, deg(f +tg, Ω, y) = m sgn J f+tg ((ϕ i (t))) = m sgn J f (x i ) = deg(f, Ω, y), 0 < t < ɛ.

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 7 TH3: y f(s) \ f( Ω) cã z B(y, ρ ) \ f(s) sao cho 3 deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω, z). (1.4) Mµ z B(y, ρ 3 ) \ f(s) hay z f( Ω) \ (f(s) f( Ω)) nªn tõ TH tån t¹i mét sè d ng ɛ 0 sao cho deg(f + tg, Ω, z) = deg(f, Ω, z), 0 < t < ɛ 0. (1.5) Chän sè d ng ɛ sao cho ɛ < min{ɛ 0, ρ(y,f( Ω)) 3 g }. Víi 0 < t < ɛ cã ρ(y, (f + tg)( Ω)) ρ(y, f( Ω)) t g ρ(y, z) ρ(y, f( Ω)) 3 ρ(y, f( Ω)), 3 nªn ρ(y, (f + tg)( Ω)) ρ(y, z) do ã, tõ (1.4), (1.5) cã deg(f + tg, Ω, y) = deg(f + tg, Ω, z) = deg(f, Ω, z) = deg(f, Ω, y). Víi mçi f C( Ω; R n ), y f( Ω) nõu g 0, g 1 C ( Ω; R n ), f g i ρ(y,f( Ω)), i = 0, 1 th deg(g 1, Ω, y) = deg(g, Ω, y). ThËt vëy, víi 0 t 1 cã f (g 0 + t(g 1 g 0 )) (1 t) f g 0 + t f g 1 ρ(y, f( Ω)), mµ g 0, g 0 + t(g 1 g 0 ) C ( Ω; R n ) nªn theo MÖnh Ò 3 th hµm deg(g 0 + t(g 1 g 0 ), Ω, y) lµ h»ng Þa ph ng theo t trªn tëp compact [0, 1], do ã lµ h»ng trªn [0, 1] hay deg(g 0, Ω, y) = deg(g 1, Ω, y). Do Ω lµ tëp bþ chæn nªn tëp c c nh x¹ g thuéc líp C ( Ω; R n ) mµ f g < ρ(y,f( Ω)) kh c rçng, tõ ã ta cã Þnh nghüa bëc cho nh x¹ f thuéc líp C( Ω; R n ) èi víi tëp Ω t¹i ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω nh sau. Þnh nghüa 3. Cho Ω R n lµ mét tëp më, bþ chæn, vµ y R n \f( Ω), ρ 0 = ρ(y, f( Ω)) > 0, f C ( Ω; R n ). BËc cña nh x¹ f èi víi miòn Ω t¹i ióm y îc x c Þnh nh sau: trong ã, g C ( Ω; R n ), f g ρ 0. deg(f, Ω, y) = deg(g, Ω, y),

8 Chó ý. èi víi tr êng hîp nh x¹ f inc 1 ( Ω; R n ), ióm y f(ω) \ (f( Ω) f(s)) ta cã hai c ch x c Þnh bëc nh sau deg(f, Ω, y) x c Þnh bëi b íc 1, deg(f, Ω, y) th«ng qua c ba b íc, Çu tiªn xêp xø bëi nh x¹ thuéc líp C ( Ω; R n ), sau ã x c Þnh theo b íc. Tuy nhiªn, hai c ch nµy Òu cho ta cïng mét kõt qu. iòu nµy îc kióm tra nh c ch chøng minh ë TH cña MÖnh Ò 3. 1. Mét sè týnh chêt cña bëc Nh vëy ta Þnh nghüa îc kh i niöm bëc cho nh x¹ liªn tôc f tõ mét tëp bþ chæn Ω trong R n vµo R n èi víi tëp Ω t¹i mét ióm y kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω. Hay nãi c ch kh c, ta x y dùng îc mét hµm tõ tëp c c bé ba (f, Ω, y), trong ã Ω lµ mét tëp bþ chæn trong R n, f lµ nh x¹ liªn tôc tõ Ω vµo R n, y lµ mét ióm kh«ng n»m trong nh cña biªn Ω, vµo tëp c c sè nguyªn: deg : {(f, Ω, y) f : Ω liªn tôc R n, Ω bþ chæn R n, y R n \ f( Ω)} Z. Tõ viöc x y dùng bëc ta th ý bëc cã mét sè týnh chêt sau. Þnh lý 4. (d1) deg(id, Ω, y) = 1, nõu y Ω. (d) deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω 1, y) + deg(f, Ω, y), trong ã Ω 1 Ω =, Ω 1 Ω Ω, y f( Ω \ (Ω 1 Ω )). (d3) deg(h(t,.), Ω, y(t)) lµ hµm kh«ng phô thuéc vµo t trªn [0, 1], trong ã h : [0, 1] Ω R n, y : [0, 1] R n lµ c c nh x¹ liªn tôc, y(t) h(t, Ω), t [0, 1]. (d4) nõu deg(f, Ω, y) 0 th f 1 (y). (d5) deg(., Ω, y) lµ hµm h»ng Þa ph ng trªn tëp c c nh x¹ liªn tôc f : Ω R n, mµ y f( Ω). deg(f, Ω,.) lµ hµm h»ng Þa ph ng trªn tëp R n \ f( Ω). Do ã, deg(f, Ω,.) lµ h»ng sè trªn tõng thµnh phçn liªn th«ng cña tëp R n \ f( Ω). (d6) deg(g, Ω, y) = deg(f, Ω, y) nõu y f( Ω), f Ω = g Ω. (d7) deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω 1, y) nõu Ω 1 lµ tëp më trong Ω, y f( Ω \ Ω 1 ). Chó ý. Ng êi ta chøng minh îc r»ng cã duy nhêt mét hµm deg : {(f, Ω, y) f : Ω mµ tho m n ba týnh chêt (d1), (d), (d3). liªn tôc R n, Ω bþ chæn R n, y R n \ f( Ω)} Z,

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 9 Chøng minh. C c týnh chêt (d1), (d4) dô dµng kióm tra. TÝnh chêt (d7) îc suy ra tõ týnh chêt (d) b»ng c ch lêy Ω = vµ deg(f,, y) = 0. TÝnh chêt (d6) îc suy ra tõ týnh chêt (d3) b»ng c ch chän c c nh x¹ h, y nh sau h : [0, 1] Ω R n, h(t, x) = tf(x) + (1 t)g(x) y : [0, 1] R n, y(t) = y. TÝnh chêt d(3) îc suy ra tõ týnh chêt (d6) b»ng c ch sau. Víi mçi t 0 [0, 1], do deg(., Ω, y(t 0 )) lµ hµm h»ng Þa ph ng trªn tëp c c nh x¹ liªn tôc f : Ω R n mµ y(t 0 ) f( Ω), vµ h, y lµ c c nh x¹ liªn tôc, y(t 0 ) h(t 0, Ω), nªn tån t¹i mét l n cën w t0 cña t 0 trong [0, 1] mµ deg(h(t,.), Ω, y(t 0 )) = deg(h(t 0,.), Ω, y(t 0 )) t w t0. (1.6) B»ng c ch thu nhá l n cën w t0 sao cho ρ(y(t), y(t 0 )) < ρ(y(t 0 ), h(t, Ω)) ta cã Tõ (1.6), (1.7) ta cã deg(h(t,.), Ω, y(t)) = deg(h(t,.), Ω, y(t 0 )) t w t0. (1.7) deg(h(t,.), Ω, y(t)) = deg(h(t 0,.), Ω, y(t 0 )) t w t0 hay deg(h(t,.), Ω, y(t)) lµ hµm h»ng Þa ph ng trªn tëp compact [0, 1], hay lµ hµm h»ng trªn ã. Nh vëy ta chø cßn ph i chøng minh hai týnh chêt (d), (d5). Ta chøng minh týnh chêt (d). Tõ gi thiõt y f( Ω \ (Ω 1 Ω )) cã ρ(y, f( Ω)) ρ 0 (= ρ(y, f( Ω \ (Ω 1 Ω )))), ρ(y, f( Ω 1 )) ρ 0, ρ(y, f( Ω )) ρ 0. Khi ã, tån t¹i g C ( Ω), f g ρ 0 4, ρ 1 = ρ(y, g( Ω \ (Ω 1 Ω )) > 0 mµ Theo Þnh nghüa, tån t¹i z B(y, ρ 1 ) \ g(s) deg(f, Ω, y) = deg(g, Ω, y), (1.8) deg(f, Ω i, y) = deg(g, Ω i, y), i = 1,. (1.9) deg(g, Ω, y) = deg(g, Ω, z), (1.10) deg(g, Ω i, y) = deg(g, Ω i, z), i = 1,. (1.11) Do ρ 1 = ρ(y, g( Ω \ (Ω 1 Ω )) > 0 nªn z (g( Ω \ (Ω 1 Ω ) g(s)), do ã tõ Þnh nghüa cã Tõ (1.8)-(1.1) ta cã deg(g, Ω, z) = deg(g, Ω 1, z) + deg(g, Ω, z). (1.1) deg(f, Ω, z) = deg(f, Ω 1, z) + deg(f, Ω, z).

10 B y giê, ta chøng minh týnh chêt (d5). LÊy f C( Ω), y f( Ω)(ρ 0 = ρ(y, f( Ω)) > 0). Chän l n cën U(f) = {g C( Ω) f g < ρ 0 4 }. Ta sï chøng minh trong l n cën U(f) bëc deg(., Ω, y) lµ kh«ng æi. ThËt vëy, tõ Þnh nghüa cã mét nh x¹ g 0 U(f) C ( Ω; R n ) sao cho Víi g U(f) cã deg(f, Ω, y) = deg(g 0, Ω, y). (1.13) g g 0 f g + f g 0 3ρ 0 8, ρ(y, g( Ω)) ρ(y, f( Ω)) f g 3ρ 0 4, nªn g g 0 1 ρ(y, g( Ω)), do ã theo MÖnh Ò 3 cã Tõ (1.13), (1.14) cã deg(g, Ω, y) = deg(g 0, Ω, y). (1.14) deg(f, Ω, y) = deg(g, Ω, y) hay deg(., Ω, y) lµ hµm h»ng trong l n cën U(f). Cuèi cïng, ta chøng minh deg(f, Ω,.) lµ hµm h»ng Þa ph ng theo y vµ lµ h»ng sè trªn tõng thµnh phçn liªn th«ng cña tëp R n \ f( Ω). NÕu y f( Ω) hay ρ = ρ(y, f( Ω)) > 0 ta chän l n cën Khi ã, z U(y) th f 1 (z) = hay U(y) = {z R n ρ(y, z) < ρ}. deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω, z), z U(y). NÕu y f(ω) \ f( Ω) th theo Þnh nghüa tån t¹i y 0 B(y, ρ 0 ) \ f(s) sao cho Víi z B(y, ρ 0 ) \ f( Ω) cã 4 deg(f, Ω, y) = deg(f, Ω, y 0 ). (1.15) ρ(z, f( Ω)) ρ(y, f( Ω)) ρ(y, z) 3ρ 0 4, ρ(z, y 0 ) ρ(z, y) + ρ(y, y 0 ) 3ρ 0 4, nªn ρ(z, f( Ω)) ρ(z, y 0 ) do ã theo MÖnh Ò cã Tõ (1.15), (1.16) cã deg(f, Ω, z) = deg(f, Ω, y 0 ). (1.16) deg(f, Ω, z) = deg(f, Ω, y), z B(y, ρ 0 4 ) \ f( Ω). ViÖc chøng minh deg(f, Ω,.) lµ h»ng sè trªn tõng thµnh phçn liªn th«ng cña tëp R n \ f( Ω) îc suy ra dô dµng tõ týnh chêt h»ng Þa ph ng cña nã.

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 11 1.3 C c øng dông cña lý thuyõt bëc Çu tiªn, ta sï dïng lý thuyõt bëc Ó chøng minh mét sè Þnh lý ch¼ng h¹n Þnh lý co rót, Þnh lý ióm bêt éng Brower, Þnh lý Miranda-Poincare, vµ Æc biöt Þnh lý Borsuk. Þnh lý Borsuk cã nhiòu p dông, nh Þnh lý vò Qu bãng tãc (Hairy ball), Þnh lý b nh Sandwich, vµ mét sè Þnh lý hêp dén kh c. Tr íc hõt, ta chøng minh Þnh lý Qu cçu tãc. Ó chøng minh Þnh lý nµy ta cçn Bæ Ò sau. Bæ Ò 5. Víi n lµ mét sè lî, kh«ng thó cã ång lu n H : [0, 1] S n 1 S n 1 mµ H(., 0) = id, H(., 1) = id. Chøng minh. Gi sö cã mét ång lu n H : [0, 1] S n 1 S n 1 mµ H(0,.) = id, H(1,.) = id. Tõ Þnh lý th c tión Tietze, ta cã thó th c trión ång lu n trªn thµnh ång lu n H : [0, 1] B n R n. Mµ H(0, x) = x, H(1, x) = x khi x S n 1 nªn theo týnh chêt (d3), (d6) trong Þnh lý 4 cã 1 = deg(id, B n, 0) = deg(h(0,.), B n, 0) = deg(h(1,.), B n, 0) = deg( id, B n, 0) = ( 1) n n lî = 1. iòu nµy lµ v«lý. Þnh lý 6. ( Þnh lý Qu cçu tãc) Víi n lµ mét sè lî. Víi mét tr êng vect bêt kú trªn mæt cçu n vþ S n 1 Òu cã thó t m îc trªn mæt cçu S n 1 mét ióm mµ t¹i ã tr êng vect cã gi trþ lµ vect 0. Chøng minh. Ta chøng minh Þnh lý nµy b»ng ph n chøng. Gi sö cã tr ng vect ϕ trªn S n 1 mµ nã kh c 0 t¹i mäi ióm trªn mæt cçu S n 1, nghüa lµ liªn tôc n 1 ϕ : S R n, (ϕ(x), x) = 0, x S n 1, ϕ(x) 0, x S n 1.

1 XÐt ång lu n sau th H : [0, 1] S n 1 R n, x H(t, x) = cos(πt)x + sin(πt) ϕ(x) ϕ(x), iòu nµy tr i víi Bæ Ò 5. H(t, x) = x = 1, (t, x) [0, 1] S n 1, H(0, x) = x, H(1, x) = x, x S n 1. 1.3.1 Þnh lý Brower vò ióm bêt éng vµ mét sè d¹ng t ng ng cña nã Þnh lý 7. ( Þnh lý co rót) H nh cçu ãng n vþ B n trong kh«ng gian R n kh«ng lµ tëp co rót îc. Nãi c ch kh c, kh«ng thó cã mét nh x¹ liªn tôc f tõ h nh cçu ãng B n lªn mæt cçu S n 1 mµ h¹n chõ cña nã trªn mæt cçu S n 1 lµ nh x¹ ång nhêt. Chøng minh. Gi sö ta cã thó x y dùng îc mét nh x¹ liªn tôc f tõ h nh cçu ãng B n lªn mæt cçu S n 1 mµ h¹n chõ cña nã trªn mæt cçu S n 1 lµ nh x¹ ång nhêt. Khi ã, ta xðt ång lu n sau h :[0, 1] B n R n h(t, x) = tx + (1 t)f(x). Cã h(0, x) = f(x), h(1, x) = x, h(t, x) = tx + (1 t)f(x) = tx + (1 t)x = x 0, x S n 1, t [0, 1], nªn theo týnh chêt (d3), (d1) trong Þnh lý 4 cã deg(f, B n, 0) = deg(id, B n, 0) = 1 do ã, theo týnh chêt (d4) trong Þnh lý 4 th f 1 (0). iòu nµy lµ tr i víi gi thiõt f lµ nh x¹ tõ B n vµo S n 1. Hay iòu gi sö lµ sai, nghüa lµ kh«ng cã mét nh x¹ liªn tôc f nµo tõ h nh cçu ãng B n lªn mæt cçu S n 1 mµ h¹n chõ cña nã trªn mæt cçu S n 1 lµ nh x¹ ång nhêt. Þnh lý 8. ( Þnh lý Brower) Cho f lµ mét nh x¹ liªn tôc tõ h nh cçu ãng B n vµo chýnh nã. Khi ã, f cã ióm bêt éng, nghüa lµ x B n : f(x) = x.

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 13 Chøng minh. Cã nhiòu c ch chøng minh Þnh lý nµy. ë y chóng t«i tr nh bµy hai c ch chøng minh. Thø nhêt, dïng lý thuyõt bëc Ó chøng minh. Thø hai, nã lµ HÖ qu cña Þnh lý co rót. C ch 1. NÕu cã mét ióm x S n 1 mµ f(x) = x th Þnh lý îc chøng minh. NÕu víi mäi x S n 1 mµ f(x) x hay x tf(x) 0, 0 t 1. XÐt ång lu n sau Cã h(0, x) = x, h(1, x) = x f(x), h :[0, 1] B n R n h(t, x) = x tf(x). h(t, x) = x tf(x) 0, x S n 1, t [0, 1], nªn theo týnh chêt (d3), (d1) trong Þnh lý 4 cã deg(id f, B n, 0) = deg(id, B n, 0) = 1 do ã, theo týnh chêt (d4) trong Þnh lý 4 th (id f) 1 (0). Hay x B n : f(x) = x. C ch. Gi sö nh x¹ liªn tôc f tõ B n vµo chýnh nã kh«ng cã ióm bêt éng, nghüa lµ f(x) x, x B n. Khi ã, ta lu«n cã thó nèi x vµ f(x) thµnh mét tia T x = {tf(x) + (1 t)x t 0} cã gèc t¹i x. Tia T x nµy sï c¾t mæt cçu S n 1 t¹i duy nhêt mét ióm ϕ(x). Nh vëy, ta x y dùng îc mét nh x¹ liªn tôc cã týnh chêt ϕ(x) = x nõu x S n 1. ϕ : B n S n 1 iòu nµy tr i víi Þnh lý co rót. Do ã, iòu gi sö sai hay mét nh x¹ liªn tôc f tõ B n vµo chýnh nã cã ióm bêt éng. NhËn xðt. TÝnh chêt ióm bêt éng lµ bêt biõn èi víi mét phðp ång ph«i, nªn mét nh x¹ liªn tôc tõ mét tëp ång ph«i víi h nh cçu ãng B n vµo chýnh nã Òu cã ióm bêt éng. Ch¼ng h¹n, nh x¹ liªn tôc f tõ mét tëp låi, compact, kh c rçng D vµo chýnh nã cã ióm bêt éng. Ta cã thó chøng minh kõt qu nµy b»ng Þnh lý th c trión Tietze, mµ kh«ng cçn x y dùng phðp ång ph«i tõ h nh cçu ãng B n lªn tëp låi, compact, kh c rçng D, nh sau. B»ng Þnh lý th c trión Tietze, tån t¹i mét nh x¹ liªn tôc f : R n R n, f D = f, f(r n ) conv(f(d)) D.

14 Mµ D lµ tëp compact nªn tån t¹i mét sè d ng R Ó D B(0, R). Khi ã, f B(0,R) : B(0, R) (D )B(0, R). Do ã, f B(0,R) cã ióm bêt éng hay mµ f B(0,R) (B(0, R)) D nªn Ta cã iòu ph i chøng minh. x B(0, R) : x = f B(0,R) (x) x D : x = f B(0,R) (x) = f(x). Þnh lý 9. ( Þnh lý Miranda-Poincare) Ký hiöu [a, b] = {x R n a (i) x (i) b (i), i = 1,..., n}, trong ã a = (a (1),..., a (n) ), b = (b (1),..., b (n) ), a (i) < b (i), i = 1,..., n. Cho f lµ mét nh x¹ liªn tôc tõ [a, b] vµo R n tho m n f i (x (1),..., x (i 1), a (i), x (i+1),..., x (n) ) 0, f i (x (1),..., x (i 1), b (i), x (i+1),..., x (n) ) 0. Khi ã, tån t¹i x [a, b] mµ f(x) = 0. Chó ý. y lµ më réng tù nhiªn cña Þnh lý Bonzano-Cauchy ( Þnh lý gi trþ trung b nh) lªn nhiòu chiòu. Tuy nhiªn viöc chøng minh th kh«ng ph i lµ mét më réng tçm th êng. Cã thó chøng minh trùc tiõp Þnh lý nµy b»ng ph ng ph p quy n¹p nh ng ph i sö dông thµnh th¹o c c Þnh lý Hµm ng îc, Hµm Èn, Sard vµ phðp ång lu n. ë y, chóng t«i sö dông lý thuyõt bëc Ó chøng minh. Chøng minh. LÊy x 0 = 1 (a + b). Gi sö (1 t)f(x) = t(x x 0 ), víi t [0, 1], x [a, b]. Do x [a, b] nªn cã mét chø sè i sao cho hoæc x (i) = a (i) hoæc x (i) = b (i). NÕu x (i) = a (i) th x (i) x (i) 0 < 0, f i (x) 0 nªn t = 0 do ã f(x) = 0. NÕu x (i) = b (i) th x (i) x (i) 0 > 0, f i (x) 0 nªn t = 0 do ã f(x) = 0. Nh vëy, nõu cã x [a, b] mµ f(x) = 0 th ta cã iòu ph i chøng minh. Cßn nõu kh«ng ph i vëy th (1 t)f(x) t(x x 0 ) 0, t [0, 1], x [a, b]. Khi ã, xðt ång lu n sau XÐt ång lu n sau Cã h(0, x) = f(x), h(1, x) = x 0 x, h :[0, 1] B n R n h(t, x) = (1 t)f(x) t(x x 0 ). h(t, x) = (1 t)f(x) t(x x 0 ) 0, x [a, b], t [0, 1],

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 15 nªn theo týnh chêt (d3), (d1) trong Þnh lý 4 cã deg(f, [a, b], 0) = deg(x 0 id, [a, b], 0) = ( 1) n 0 do ã, theo týnh chêt (d4) trong Þnh lý 4 th f 1 (0). Hay tån t¹i x [a, b] mµ f(x) = 0. NhËn xðt. Ng êi ta chøng minh îc r»ng Þnh lý Brower vµ Þnh lý Miranda-Poincare lµ t ng ng nhau. ë y, chóng t«i sï dïng Þnh lý Miranda-Poincare Ó chøng minh Þnh lý Brower nh sau. Gi sö f lµ nh x¹ liªn tôc tõ h nh cçu n vþ ãng B n (theo chuèn max) vµo chýnh nã. Víi mçi m > 1, xðt nh x¹ sau g m : B n R n, g m i (x) = f i (x) NÕu x = (x (1),..., x (i 1), 1, x (i+1),..., x (n) ) th g m i (x) < 1 NÕu x = (x (1),..., x (i 1), 1, x (i+1),..., x (n) ) th g m i (x) > 1 + m m 1 < 0. m m 1 > 0. m m 1 x i. Do ã theo Þnh lý Miranda-Poincare tån t¹i x m B n mµ g m (x m ) = 0. Mµ B n lµ tëp compact nªn d y {x m } m= cã d y con héi tô Õn x 0 B n. L¹i cã, g m héi tô Òu Õn nh x¹ f(x) x trªn B n khi m tiõn ra v«cïng. Do ã, f(x 0 ) = x 0. 1.3. Þnh lý Borsuk vµ c c øng dông cña nã Þnh lý 10. ( Þnh lý Borsuk) Cho Ω lµ mét tëp më, bþ chæn, èi xøng (x Ω ( x) Ω) vµ chøa gèc to¹ é trong R n, f C( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî (f( x)) = f(x) vµ nh cña biªn f( Ω) kh«ng chøa gèc to¹ é. Khi ã, deg(f, Ω, 0) lµ sè lî. Chó ý. Tr íc khi i vµo chøng minh Þnh lý Borsuk, ta Ó ý r»ng víi mét nh x¹ liªn tôc f bêt kú trªn mét tëp èi xøng cã nhiòu c ch Ó t¹o ra mét nh x¹ lî ch¼ng h¹n (f(x) f( x)) lµ mét nh x¹ lî, liªn tôc. Ngoµi ra, nõu biõt bëc lµ mét sè lî, nghüa lµ nã kh c 0, th ph ng tr nh cã nghiöm. Chøng minh. Ta cã thó gi sö r»ng f C 1 ( Ω; R n ), 0 f( Ω) vµ J f (0) 0. V nõu kh«ng ta cã thó x y dùng mét nh x¹ lî f C 1 ( Ω; R n ), 0 f( Ω) vµ J f (0) 0 mµ deg(f, Ω, 0) = deg( f, Ω, 0) nh sau. LÊy mét nh x¹ g 1 C 1 ( Ω; R n ) sao cho f g 1 lµ mét sè ñ nhá ( iòu nµy lµm îc do Ω lµ compact ). Æt g (x) = 1 (g 1(x) g 1 ( x)).

16 Cã g C 1 ( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî vµ g (0) cã óng n gi trþ riªng (kó c béi) nªn ta cã thó chän mét sè d ng λ ñ nhá mµ kh«ng ph i lµ gi trþ riªng cña g (0). Ta Æt f(x) = g (x) λx, cã f C 1 ( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî, J f(0) = J g λid(0) 0, f f 1 sup (g 1 (x) f(x)) (g 1 ( x) f( x)) + λx x Ω g 1 f + λ sup x x Ω mµ Ω lµ compact, nªn víi g 1 f ñ nhá, λ ñ nhá th deg( f, Ω, 0) = deg(f, Ω, 0). Chó ý r»ng, mæc dï J f (0) 0 nh ng 0 vén cã thó lµ ióm nõp cña f. Trong tr êng hîp 0 f(s f ) th do f lµ nh x¹ lî nªn nõu f(x) = 0, J f (x) 0 th f( x) = 0, J f ( x) = ( 1) n J f (x). Do ã, cã lµ sè lî. deg(f, Ω, 0) = sgn J f (0) + x f 1 (0)\{0} sgn J f (x) Ta sï x y dùng mét nh x¹ lî g C 1 ( Ω; R n ) mµ 0 (g(s g ) g( Ω)) vµ deg(f, Ω, 0) = deg(g, Ω, 0). Chän ϕ C 1 (R; R) mµ ϕ( t) = ϕ(t) t R, ϕ (0) = 0, ϕ(t) = 0 chø khi t = 0 (ch¼ng h¹n ϕ(t) = t 3 ). Æt Ω k = {x Ω i {1,..., k} : x (i) 0}, f 1 (x) = f(x) ϕ(x (1) ) ( f 1 : Ω 1 R n ). Cã f 1 C 1 (Ω 1 ; R n ) lµ nh x¹ lî. Do m( f 1 (S f1 )) = 0 nªn ta cã thó chän y 1 gçn gèc to¹ é tuy ý sao cho y 1 f 1 (S f1 ). Æt g 1 (x) = f(x) ϕ(x (1) )y 1. Do khi g 1 (x) = 0, x (1) 0 th g 1(x) = ϕ(x (1) ) f 1(x) nªn g 1 C 1 ( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî, 0 g 1 (S g1 Ω 1 ),

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 17 g 1 ñ gçn f (khi y 1 ñ nhá). Gi sö ta x y dùng îc nh x¹ lî g k g k (S gk Ω k ). Æt f k+1 (x) = g k(x) ϕ(x (k+1) ) C 1 ( Ω; R n )(1 k < n) ñ gçn f vµ 0 ( f k+1 : {x Ω k+1 x (k+1) 0} R n ). Do m( f k+1 (S fk+1 )) = 0 nªn ta cã thó chän y k+1 gçn gèc to¹ é tïy ý sao cho y k+1 f k+1 (S fk+1 ). Æt Do khi g k+1 (x) = 0, x (k+1) 0 th nªn g k+1 (x) = g k (x) ϕ(x (k+1) )y k+1. g k+1(x) = g k(x) (0,..., ϕ (x (k+1) )y k+1,..., 0) t = ϕ(x (k+1) ) f k+1(x) g k+1 C 1 ( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî, 0 g k+1 (S gk+1 {x Ω k+1 x (k+1) 0}), x Ω k+1, x (k+1) = 0 th g k+1 (x) = g k (x) vµ g k+1 (x) = g k (x), do ã 0 g k+1 (S gk+1 Ω k+1 ), g k+1 ñ gçn f (khi y 1,..., y k+1 ñ nhá). Nh vëy, b»ng quy n¹p ta sï x y dùng îc nh x¹ g = g n C 1 ( Ω; R n ) sao cho g n C 1 ( Ω; R n ) lµ nh x¹ lî, 0 g n (S gn Ω n ), x Ω \ Ω n, nghüa lµ x = 0 th g n(0) = g k (0) = f (0), do ã 0 g n (S gn Ω), g n ñ gçn f (khi y 1,..., y n ñ nhá) hay deg(g n, Ω, 0) = deg(f, Ω, 0). Sau y lµ mét vµi øng dông cña Þnh lý Borsuk. Þnh lý 11. ( Þnh lý Borsuk- Ulam) Cho f : B n R n lµ mét nh x¹ liªn tôc. Khi ã, tån t¹i x B n mµ f( x) = f(x).

18 Chøng minh. p dông Þnh lý Borsuk cho nh x¹ sau g : B n R n, g(x) = 1 (f(x) f( x)), lµ mét hµm liªn tôc, lî trªn tëp bþ chæn, èi xøng, chøa gèc to¹ é. NÕu 0 g(s n 1 ) th deg(g, B n, 0) lµ sè lî, kh c 0, nªn tån t¹i x B n mµ g(x) = 1(f(x) f( x)) = 0 hay f(x) = f( x). NÕu 0 g(s n 1 ) nghüa lµ tån t¹i x B n mµ g(x) = 1 (f(x) f( x)) = 0 hay f(x) = f( x). Þnh lý 1. ( Þnh lý b nh Sandwich) Cho A 1,..., A n lµ c c tëp bþ chæn, o îc trong R n. Khi ã, tån t¹i mét siªu ph¼ng H = {y R n (y, a) = b}, trong ã a R n, b R lµ cè Þnh, chia Òu c c A i, i = 1,..., n theo é o, nghüa lµ m(a i H + ) = m(a i H ), i = 1,..., n, trong ã, H + = {y R n (y, a) b}, H = {y R n (y, a) b}. Chøng minh. Ta cã nhën xðt sau B n = {x R n x (n+1) 0 : (x, x (n+1) ) S n } lµ mét tëp compact, èi xøng vµ chøa gèc to¹ é. Víi mçi x B n cã duy nhêt mét x (n+1) 0 mµ (x, x (n+1) ) S n, ta Æt Ta x y dùng îc nh x¹ sau H x = {y R n (y, x) = x (n+1) }, H + x = {y R n (y, x) x (n+1) }. f : B n R n, f i (x) = m(a i H + x ). DÔ thêy f tho m n Þnh lý Borsuk- Ulam, nªn tån t¹i x 0 B n mµ f i ( x 0 ) = f i (x 0 ), i = 1,..., n hay m(a i H + x 0 ) = m(a i H x 0 ), i = 1,..., n. Trong Lý thuyõt Ph ng tr nh elliptic cã mét iòu thó vþ sau. Trong kh«ng gian cã sè chiòu lín h n, to n tö vi ph n a α D α lµ elliptic th bëc cña nã m ph i lµ sè ch½n. α m iòu nµy nghüa lµ víi n 3, nõu a thøc sau P (ξ) = a α ξ α, a α C α =m

Bµi 1. Lý thuyõt bëc Brower 19 kh«ng cã nghiöm ξ R n \ {0} th bëc m cña nã lµ sè ch½n. Chó ý r»ng, nõu hö sè a α lµ c c sè thùc th dô dµng chøng minh. Tuy nhiªn, ë y c c hö sè a α lµ c c sè phøc th kh«ng qu hión nhiªn. Bëi v, khi n = iòu nµy kh«ng cßn óng, ch¼ng h¹n a thøc sau Þnh lý 13. Víi n 3, nõu a thøc sau P (ξ 1, ξ ) = ξ 1 + ( 1) 1/ ξ. P (ξ) = α =m a α ξ α, a α C kh«ng cã nghiöm ξ R n \ {0} th bëc m cña nã lµ sè ch½n. Chøng minh. Ta chøng minh Þnh lý b»ng ph n chøng. Gi sö m lµ sè lî. XÐt nh x¹ Cã f : R R, f(ξ 1, ξ ) = (ReP (ξ 1, ξ, 0,..., 0), ImP (ξ 1, ξ, 0,..., 0)). f( ξ 1, ξ ) = ( 1) m f(ξ 1, ξ ) m = lî f(ξ 1, ξ ), f(ξ 1, ξ ) 0, ξ 1 + ξ 0, nªn theo Þnh lý Borsuk deg(f, B(0, 1), 0) lµ sè lî. Víi mçi h > 0 xðt nh x¹ f h : R R, f h (ξ 1, ξ ) = (ReP (ξ 1, ξ, h, 0,..., 0), ImP (ξ 1, ξ, h, 0,..., 0)). Víi h > 0 ñ nhá th f h ñ gçn f nªn theo týnh chêt (d5) trong Þnh lý 4 cã deg(f h, B(0, 1), 0) = deg(f, B(0, 1), 0) lµ mét sè lî, kh c 0, nªn tån t¹i (ξ 1, ξ ) B(0, 1) sao cho f h (ξ 1, ξ ) = 0 hay P (ξ 1, ξ, h, 0,..., 0) = 0 víi (ξ 1, ξ, h, 0,..., 0) R n \ {0}. iòu nµy tr i víi gi thiõt hay m lµ sè ch½n. Þnh lý d íi y lµ mét Þnh lý thó vþ trong gi i tých nhiòu chiòu. Khi sè chiòu b»ng 1 viöc chøng minh kh«ng khã. Nh ng khi sè chiòu lín h n 1 viöc chøng minh kh«ng cßn n gi n. Þnh lý 14. Cho f : R n R n lµ nh x¹ liªn tôc, n nh tho m n f(x) khi x. Khi ã, f lµ mét ång ph«i.

0 Chøng minh. Çu tiªn, ta chøng minh f lµ toµn nh. Khi ã, tõ gi thiõt, f cã nh x¹ ng îc. Ó chøng minh f lµ toµn nh, Ó ý r»ng R n lµ tëp liªn th«ng, ta sï chøng minh f(r n ) võa ãng, võa më. LÊy y R n sao cho cã d y {x n } n=1 trong Rn mµ f(x n ) y khi n. D y {x n } n=1 lµ d y bþ chæn v nõu kh«ng nã cã mét d y con x n k, theo gi thiõt th f(x nk ) khi n k. iòu nµy m u thuén víi viöc f(x n ) y khi n. Khi ã, {x n } n=1 cã mét d y con x n k x R n, mµ f liªn tôc, f(x nk ) f(x) khi n k. Do ã, y = f(x) hay y f(r n ). Do ã, f(r n ) ãng. Ta chøng minh f(r n ) më, nghüa lµ víi mçi x 0 R n ta ph i chø ra c c sè d ng r, R sao cho B(f(x 0 ), R) f(b(x 0, r)). Ta chø cçn chøng minh iòu nµy èi víi ióm x 0 = 0 vµ hµm f mµ f(0) = 0. V nõu kh«ng ta xðt hµm th f(x) = f(x + x 0 ) f(x 0 ) f : R n lt,1 1 R n, f(x) khi x, f(0) = 0, B(0, r) + x 0 = B(x 0, r), B(0, R) = B(f(x 0 ), R) f(x 0 ). Chän r = 1, ký hiöu B n = {x R n x 1}. Do f lµ n nh nªn f Bn : B n f( B n ) lµ song nh. XÐt ång lu n Cã H : [0, 1] B n R n, 1 t H(t, x) = f Bn( x) f B n( 1 + t 1 + t x). 1)H(0, x) = f Bn(x), H(1, x) = f Bn( x x ) f B n( ), ) nõu H(t, x) = 0, (t, x) [0, 1] S n 1 th f Bn( 1 t 1 x) = 1+t f B n( x) do ã x = t x 1+t 1+t 1+t hay x = 0 (v«lý v x S n 1 ), nªn H(t, x) 0, (t, x) [0, 1] S n 1, 3) H(1, x) lµ nh x¹ lî nªn theo Þnh lý Borsuk deg(h(1,.), B n, 0) lµ sè lî. Khi ã, theo týnh chêt (d3), (d5) trong Þnh lý 4 cã mét sè d ng R sao cho deg(f B n, B n, y) = deg(f B n, B n, 0) = deg(h(1,.), B n, 0), y B(0, R), lµ sè lî hay B(0, R) f(b n ). ViÖc chøng minh f 1 liªn tôc kh«ng khã.