Sử Dụng Một Số Dãy Lặp Trong Nghiên Cứu Điểm Bất Động Và Điểm Cân Bằng

• Tác giả: Nguyễn Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: Nguyễn Bích Huy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Toán Giải tích
• Đề tài: Sử Dụng Một Số Dãy Lặp Trong Nghiên Cứu Điểm Bất Động Và Điểm Cân Bằng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CHUẨN BỊ
• 1.1. Một số khái niệm và kết quả trong không gian Banach
• 1.2. Một số khái niệm và kết quả liên quan đến khoảng cách Bregman
• 1.3. Điểm bất động của một số ánh xạ không giãn suy rộng
• 1.4. Nghiệm bài toán cân bằng và bài toán cân bằng cố định tổng quát
• 2. CHƯƠNG 2: SỰ HỘI TỤ CỦA DÃY LẶP ĐẾN ĐIỂM BẤT ĐỘNG CHUNG CỦA ÁNH XẠ TRONG KHÔNG GIAN BANACH VỚI ĐỒ THỊ
• 2.1. Sự hội tụ dãy lặp hai bước, ba bước đến điểm bất động chung của hai và ba ánh xạ G-không giãn trong không gian Banach với đồ thị
• 2.2. Sự hội tụ của dãy lặp lai ghép đến điểm bất động chung của hai ánh xạ tựa G-φ -không giãn tiệm cận trong không gian Banach với đồ thị
• 3. CHƯƠNG 3: SỰ HỘI TỤ CỦA DÃY LẶP ĐẾN ĐIỂM CHUNG CỦA TẬP NGHIỆM BÀI TOÁN CÂN BẰNG VÀ TẬP ĐIỂM BẤT ĐỘNG CỦA ÁNH XẠ TRONG KHÔNG GIAN BANACH
• 3.1. Sự hội tụ của dãy lặp lai ghép đến điểm chung của tập nghiệm bài toán cân bằng (EP) và tập điểm bất động của ánh xạ tựa φ -không giãn tiệm cận trong không gian Banach trơn đều và lồi chặt
• 3.2. Sự hội tụ của dãy lặp lai ghép đến điểm chung của tập nghiệm bài toán (GMEP) và tập điểm bất động của ánh xạ tựa tiệm cận không giãn hoàn toàn Bregman trong không gian Banach phản xạ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1. Kết luận
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Điểm Bất Động Ý Nghĩa Ứng Dụng

Nghiên cứu về điểm bất động và cân bằng bằng dãy lặp là một lĩnh vực quan trọng trong toán học, đặc biệt là trong phân tích hàm và giải tích số. Bài toán tìm điểm bất động của một ánh xạ, tức là tìm điểm x sao cho T(x) = x, xuất hiện trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Việc xây dựng các công cụ hiệu quả để khảo sát sự tồn tại và tìm kiếm điểm bất động là một chủ đề được quan tâm rộng rãi. Một trong những kết quả cơ bản là Nguyên lý ánh xạ co Banach, khẳng định sự tồn tại và cung cấp kỹ thuật tìm điểm bất động của ánh xạ co. Luận án tiến sĩ này đào sâu vào việc mở rộng nguyên lý này cho các lớp ánh xạ tổng quát hơn và trong các không gian khác nhau. Trích dẫn từ tài liệu gốc: “Nhiều vấn đề trong toán học và trong những ngành khoa học kĩ thuật dẫn đến việc giải phương trình T x = x.”

1.1. Lịch Sử Phát Triển của Nghiên Cứu Điểm Bất Động

Lịch sử nghiên cứu điểm bất động chứng kiến sự phát triển từ Nguyên lý ánh xạ co Banach đến các mở rộng cho ánh xạ không giãn và ánh xạ không giãn tiệm cận. Browder giới thiệu ánh xạ không giãn năm 1965, và Goebel, Kirk tổng quát hóa khái niệm này năm 1972. Tuy nhiên, các kết quả ban đầu chỉ khẳng định sự tồn tại mà không cung cấp phương pháp tìm kiếm. Việc xây dựng dãy lặp và nghiên cứu sự hội tụ của chúng trở thành hướng nghiên cứu chính. Các thuật toán như dãy lặp Mann, Halpern, Ishikawa, Noor đã được phát triển và phân tích.

1.2. Vai Trò của Không Gian Banach trong Nghiên Cứu Điểm Bất Động

Không gian Banach đóng vai trò then chốt trong nghiên cứu điểm bất động, đặc biệt là khi xem xét các ánh xạ trên các không gian hàm. Các tính chất của không gian Banach, như tính lồi đều và trơn đều, ảnh hưởng đến sự tồn tại và tính chất của điểm bất động. Các kết quả về sự hội tụ của dãy lặp thường phụ thuộc vào các giả thiết về không gian Banach. Ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc J và phiếm hàm Lyapunov cũng được sử dụng rộng rãi trong không gian này.

1.3. Ứng Dụng Rộng Rãi của Nghiên Cứu Điểm Bất Động trong Toán Học

Nghiên cứu về điểm bất động có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của toán học, bao gồm giải tích, giải tích số, lý thuyết trò chơi, và phương trình vi phân. Bài toán tìm nghiệm của phương trình T(x) = x có thể mô hình hóa nhiều vấn đề thực tế. Các kết quả lý thuyết điểm bất động cung cấp công cụ để chứng minh sự tồn tại nghiệm và xây dựng thuật toán tìm nghiệm hiệu quả. Ứng dụng của điểm bất động cũng mở rộng sang các lĩnh vực khoa học kỹ thuật.

II. Thách Thức Hạn Chế Trong Nghiên Cứu Điểm Bất Động Hiện Tại

Mặc dù lý thuyết điểm bất động đã phát triển mạnh mẽ, vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế cần được giải quyết. Một trong những vấn đề chính là xây dựng các thuật toán hiệu quả để tìm kiếm điểm bất động của các ánh xạ không giãn và không giãn tiệm cận. Các kết quả hiện tại thường chỉ đảm bảo sự tồn tại mà không cung cấp phương pháp tính toán. Hơn nữa, việc mở rộng các kết quả từ không gian Hilbert sang không gian Banach gặp nhiều khó khăn do sự khác biệt về cấu trúc. Luận án này hướng đến việc vượt qua những hạn chế này thông qua việc phát triển các dãy lặp mới và phân tích sự hội tụ của chúng.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Tìm Điểm Bất Động Của Ánh Xạ Không Giãn

Việc tìm điểm bất động của ánh xạ không giãn gặp khó khăn do thiếu tính chất co. Nguyên lý ánh xạ co Banach không áp dụng trực tiếp được. Cần xây dựng các dãy lặp đặc biệt và chứng minh sự hội tụ của chúng. Quá trình chứng minh thường phức tạp và đòi hỏi các giả thiết mạnh về không gian và ánh xạ. Việc ước lượng tốc độ hội tụ và ước lượng sai số cũng là một thách thức.

2.2. Vấn Đề Hội Tụ Yếu Trong Không Gian Banach

Trong không gian Banach, sự hội tụ của dãy lặp đến điểm bất động thường là hội tụ yếu, không phải hội tụ mạnh. Điều này gây khó khăn trong việc ứng dụng các kết quả lý thuyết vào thực tế. Để có hội tụ mạnh, cần thêm các giả thiết về tính chất của không gian (ví dụ: tính chất Opial) hoặc về ánh xạ (ví dụ: tính nửa compact).

2.3. Điều Kiện Hạn Chế Về Ánh Xạ Trong Nghiên Cứu Điểm Bất Động

Nhiều kết quả về sự hội tụ của dãy lặp đòi hỏi ánh xạ phải thỏa mãn các điều kiện đặc biệt, ví dụ như điều kiện (A) của Senter và Dotson. Các điều kiện này không phải lúc nào cũng được thỏa mãn trong thực tế. Việc tìm kiếm các điều kiện yếu hơn và tổng quát hơn là một hướng nghiên cứu quan trọng. Luận án này cố gắng giảm bớt các giả thiết về ánh xạ thông qua việc sử dụng phương pháp chiếu CQ.

III. Phương Pháp Dãy Lặp Lai Ghép Giải Pháp Tìm Điểm Bất Động

Luận án này tập trung vào phương pháp dãy lặp lai ghép như một công cụ hiệu quả để tìm điểm bất động. Phương pháp này kết hợp các dãy lặp truyền thống (ví dụ: Mann, Ishikawa) với phép chiếu metric hoặc phép chiếu suy rộng. Ý tưởng chính là xây dựng một dãy lặp hội tụ mạnh đến hình chiếu của điểm xuất phát lên tập điểm bất động của ánh xạ. Phương pháp dãy lặp lai ghép đã được chứng minh là hiệu quả trong việc khắc phục các hạn chế của các phương pháp truyền thống và giảm bớt các giả thiết về không gian và ánh xạ.

3.1. Ưu Điểm của Phương Pháp Dãy Lặp Lai Ghép trong Toán Học

Phương pháp dãy lặp lai ghép có nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống. Nó cho phép chứng minh sự hội tụ mạnh của dãy lặp mà không cần các giả thiết mạnh về không gian hoặc ánh xạ. Nó cũng cung cấp một phương pháp để tìm kiếm điểm bất động ngay cả khi các phương pháp khác không hoạt động. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nhiều bài toán khác nhau.

3.2. Các Bước Xây Dựng Dãy Lặp Lai Ghép Hiệu Quả

Việc xây dựng một dãy lặp lai ghép hiệu quả bao gồm một số bước quan trọng. Đầu tiên, cần chọn một dãy lặp cơ sở phù hợp (ví dụ: Mann, Ishikawa). Thứ hai, cần định nghĩa một phép chiếu metric hoặc phép chiếu suy rộng lên một tập lồi, đóng chứa điểm bất động. Thứ ba, cần chứng minh sự hội tụ của dãy lặp mới tạo thành. Bước cuối cùng liên quan đến việc điều chỉnh các tham số của dãy lặp để đạt được tốc độ hội tụ tốt nhất.

3.3. Mở Rộng Dãy Lặp Lai Ghép sang Không Gian Banach

Việc mở rộng phương pháp dãy lặp lai ghép sang không gian Banach đòi hỏi các kỹ thuật đặc biệt. Do không có phép chiếu metric như trong không gian Hilbert, cần sử dụng phép chiếu suy rộng dựa trên phiếm hàm Lyapunov và ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc. Quá trình chứng minh sự hội tụ trở nên phức tạp hơn. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn mang lại kết quả tốt trong không gian Banach.

IV. Ứng Dụng Dãy Lặp Nghiên Cứu Điểm Cân Bằng Trong Toán Học

Bên cạnh điểm bất động, luận án còn nghiên cứu điểm cân bằng bằng dãy lặp. Bài toán cân bằng (EP) là một bài toán tổng quát bao gồm nhiều mô hình toán học khác, như bài toán tối ưu, bài toán bất đẳng thức biến phân, và bài toán điểm bất động. Việc nghiên cứu phương pháp giải bài toán cân bằng tương đương với việc nghiên cứu kỹ thuật tìm điểm bất động của ánh xạ giải thức. Các kết quả của luận án mở rộng phương pháp dãy lặp lai ghép để giải bài toán cân bằng trong không gian Banach.

4.1. Liên Hệ Giữa Bài Toán Cân Bằng và Bài Toán Điểm Bất Động

Bài toán cân bằng (EP) có mối liên hệ chặt chẽ với bài toán điểm bất động. Tập nghiệm của bài toán cân bằng là tập điểm bất động của ánh xạ giải thức. Do đó, việc nghiên cứu bài toán cân bằng có thể được thực hiện thông qua việc nghiên cứu điểm bất động của ánh xạ này. Các phương pháp tìm điểm bất động có thể được áp dụng để giải bài toán cân bằng.

4.2. Phương Pháp Giải Quyết Bài Toán Cân Bằng EP Bằng Dãy Lặp

Phương pháp dãy lặp là một công cụ quan trọng để giải quyết bài toán cân bằng (EP). Các dãy lặp được xây dựng sao cho chúng hội tụ đến nghiệm của bài toán cân bằng. Luận án này đề xuất các dãy lặp mới và chứng minh sự hội tụ của chúng trong không gian Banach. Việc sử dụng phiếm hàm Lyapunov và ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc đóng vai trò quan trọng trong quá trình chứng minh.

4.3. Mở Rộng Bài Toán Cân Bằng Cố Định Tổng Quát GMEP

Luận án mở rộng bài toán cân bằng (EP) thành bài toán cân bằng cố định tổng quát (GMEP). Bài toán GMEP bao gồm các hàm ψ và ϕ, làm cho nó tổng quát hơn bài toán EP. Nghiên cứu này xây dựng các dãy lặp để tìm điểm chung của tập nghiệm bài toán GMEP và tập điểm bất động của ánh xạ liên quan đến khoảng cách Bregman, trong đó có ánh xạ tựa tiệm cận không giãn hoàn toàn Bregman.

V. Đóng Góp Mới So Sánh và Xây Dựng Dãy Lặp Hội Tụ Nhanh Hơn

Luận án này đóng góp vào lý thuyết điểm bất động bằng cách so sánh tốc độ hội tụ của các dãy lặp khác nhau. Nó cũng đề xuất các dãy lặp mới có tốc độ hội tụ nhanh hơn so với các dãy lặp đã tồn tại. Các kết quả này được chứng minh bằng cả lý thuyết và ví dụ minh họa tính toán. Ngoài ra, luận án giới thiệu các khái niệm mới như ánh xạ tựa G-φ-không giãn và ánh xạ tựa G-φ-không giãn tiệm cận trong không gian Banach với đồ thị.

5.1. So Sánh Tốc Độ Hội Tụ Của Các Dãy Lặp Đã Có

Luận án thực hiện so sánh chi tiết về tốc độ hội tụ của các dãy lặp Mann, Ishikawa, Halpern, và các biến thể của chúng. Các so sánh được thực hiện thông qua phân tích lý thuyết và các ví dụ tính toán cụ thể. Kết quả cho thấy rằng một số dãy lặp có tốc độ hội tụ nhanh hơn so với các dãy lặp khác trong các trường hợp nhất định.

5.2. Xây Dựng Dãy Lặp Mới Có Tốc Độ Hội Tụ Tốt Hơn

Dựa trên các phân tích về tốc độ hội tụ, luận án đề xuất các dãy lặp mới được thiết kế để có tốc độ hội tụ tốt hơn so với các dãy lặp đã có. Việc xây dựng các dãy lặp mới đòi hỏi sự kết hợp giữa các kỹ thuật đã biết và các ý tưởng sáng tạo. Sự hội tụ của các dãy lặp mới được chứng minh một cách chặt chẽ.

5.3. Ứng Dụng Vào Bài Toán Điểm Bất Động Chung Của Ánh Xạ G Không Giãn

Các dãy lặp mới được áp dụng để tìm điểm bất động chung của ánh xạ G-không giãn trong không gian Banach với đồ thị. Khái niệm ánh xạ G-không giãn là một mở rộng của ánh xạ không giãn truyền thống. Việc tìm điểm bất động của ánh xạ G-không giãn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm lý thuyết trò chơi và bài toán giao thông.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Điểm Bất Động Trong Tương Lai

Luận án này đã đóng góp vào lý thuyết điểm bất động và bài toán cân bằng bằng cách phát triển các phương pháp mới và mở rộng các kết quả đã có. Các kết quả của luận án có thể được sử dụng để giải quyết các bài toán thực tế trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai, hướng nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán hiệu quả hơn để tìm điểm bất động và bài toán cân bằng trong các không gian phức tạp hơn. Việc ứng dụng các kết quả lý thuyết vào các bài toán thực tế cũng là một hướng đi quan trọng.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Chính Của Luận Án

Luận án đã đạt được một số kết quả chính sau: (1) So sánh tốc độ hội tụ của các dãy lặp khác nhau. (2) Đề xuất các dãy lặp mới có tốc độ hội tụ nhanh hơn. (3) Giới thiệu các khái niệm mới như ánh xạ tựa G-φ-không giãn và ánh xạ tựa G-φ-không giãn tiệm cận. (4) Mở rộng phương pháp dãy lặp lai ghép để giải bài toán cân bằng trong không gian Banach.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Điểm Bất Động

Trong tương lai, có thể tập trung vào các hướng nghiên cứu sau: (1) Phát triển các thuật toán hiệu quả hơn để tìm điểm bất động và bài toán cân bằng trong các không gian phức tạp hơn. (2) Nghiên cứu các ứng dụng thực tế của các kết quả lý thuyết. (3) Mở rộng lý thuyết điểm bất động cho các lớp ánh xạ tổng quát hơn. (4) Nghiên cứu mối liên hệ giữa điểm bất động và các khái niệm khác trong toán học.

6.3. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Điểm Bất Động Trong Toán Học

Nghiên cứu về điểm bất động có tầm quan trọng to lớn trong toán học và các lĩnh vực liên quan. Nó cung cấp các công cụ để giải quyết các bài toán quan trọng trong khoa học và kỹ thuật. Các kết quả lý thuyết điểm bất động có thể được sử dụng để chứng minh sự tồn tại nghiệm, xây dựng thuật toán tìm nghiệm, và phân tích tính chất của nghiệm.