¿Qué es un espacio métrico? ¿Cuál es una forma intuitiva de explicarlo?

Quizás en algún momento de tu vida, has cruzado en diagonal una intersección. Hiciste esto porque era más corto que hacer dos cruces perpendiculares legales. La propiedad definitoria de un espacio métrico es que este escenario está bien definido , y que siempre vale la pena tomar metafóricamente la diagonal. Dicho de manera más formal, si considera la ruta a -> b -> c, siempre es tan bueno o mejor simplemente tomar la ruta directa a -> c, en términos de distancia recorrida.

Dicho aún más formalmente, el escenario anterior se puede escribir como d (a, c) <= d (a, b) + d (b, c): caminar de a a c es tan bueno o mejor que caminar de a a b , luego caminando de b a c. Esto se llama la desigualdad del triángulo . Es la propiedad principal que debe disfrutar una función de distancia d en un espacio métrico. Hay otras dos propiedades, a saber, que las distancias no pueden ser negativas, y que la distancia desde un punto a sí mismo es cero.

Tenga en cuenta que esta noción de distancia está completamente abstraída de la distancia euclidiana, y es por eso que el concepto de espacio métrico es útil. Por ejemplo, se puede hablar de una distancia entre dos enteros que depende del número de factores primos compartidos. Vea el número de p-adic si está interesado.

Un espacio métrico es como el mundo según las palomas mensajeras:

  • el camino más corto entre dos puntos va directo de uno a otro,
  • ida y vuelta de nuevo es la misma distancia, y
  • Si se detiene en un punto intermedio, en el mejor de los casos puede estar en el camino, pero ningún desvío puede ser un atajo.

Una red de carreteras según un automovilista no es necesariamente un espacio métrico: las calles de un solo sentido pueden hacer un viaje más largo en una dirección que en la otra, y si tomamos el tiempo de viaje (en lugar de kilómetros) como la medida de la distancia entre dos lugares son, un desvío puede ser más rápido que una ruta directa, cuando permite velocidades más altas.

En general, puede inventar cualquier número que desee para medir la diferencia entre pares de cualquier cosa, y será un espacio métrico si tienen simetrías y caminos más cortos de la misma manera que los metros, yardas y estadios. Sin embargo, las distancias entre lugares son ejemplos tan intuitivos, ya que ese es un espacio que habitamos.

Un espacio métrico es un espacio que no solo tiene puntos, sino que tiene algo muy parecido a una distancia, llamada “la métrica”, que se puede definir para dos puntos cualquiera en el espacio.

¿Cuánto “como una distancia”? Esto es muy parecido a una distancia: para dos puntos x, y en el espacio, tenemos un número real d (x, y)> = 0, de modo que d (x, x) = 0, d (x, y) = d (y, x) y para un tercer punto z en el mismo espacio, d (x, z) <= d (x, y) + d (x, z).

La recta numérica real es un ejemplo, con d definida como d (x, y) = | xy |. La generalización al plano real es solo un poco más complicada:

[matemáticas] d (x, y) = \ [matemáticas] sqrt {(x ^ 2 + y ^ 2)} [/ matemáticas] [/ matemáticas].