в метрическое пространство R. Когда t «пробегает» отрезок от а до b, то соответствующая точка Р «пробегает» некоторую «непрерывную кривую» в пространстве R. Нам предстоит дать строгие определения, связанные с изложенной сейчас грубо идеей. Порядок, в котором проходятся точки кривой, мы будем считать существенным свойством самой кривой. Одно и то же множество, изображенное на рис. 11, проходимое в направлениях, указанных на рис. 12 и 13, мы будем считать различными кривыми. В виде другого примера рассмотрим действительную функцию, определенную на отрезке [0, 1], которая изображена на рис. 14. Она определяет «кривую», расположенную на отрезке [0, 1] оси у, отличную от этого отрезка, однократно пройденного от точки 0 до точки 1, так как отрезок [А, В] проходится трижды (два раза вверх и один раз вниз).

Однако при одинаковом порядке прохождения точек пространства выбор «параметра» t мы будем считать несущественным. Например, функции, изображенные на рис. 14 и 15 определяют одну и ту же «кривую», расположенную на оси у хотя значения параметра t, соответствующие какой-либо точке кривой, в случаях 14 и 15 могут быть различны. Например, в случае 14 точке А соответствуют на оси t две изолированные точки, а в случае 15 ей соответствует на оси t одна изолированная точка и лежащий правее отрезок (когда t пробегает этот отрезок, точка на кривой остается на месте)[11].
Переходим к формальным определениям. Две непрерывные функции
![]()
определенные соответственно на отрезках
![]()
называются эквивалентными, если существуют две непрерывные неубывающие функции
![]()
определенные на некотором отрезке
![]()

и обладающие свойствами
![]()
![]()
![]()
для всех ![]()
Легко видеть, что свойство эквивалентности рефлексивно (f эквивалентно
f), симметрично (если
эквивалентно
, то
эквивалентно
) и транзитивно (из эквивалентности
и
и
эквивалентности
и
вытекает
эквивалентность
и
). Поэтому
все непрерывные функции рассматриваемого типа разбиваются на классы функций,
эквивалентных между собой. Каждый такой класс и определяет непрерывную кривую в
пространстве R.
Легко видеть, что для любой функции
определенной
на каком-либо отрезке
найдется
эквивалентная ей функция, определенная на отрезке
![]()
Для этого достаточно положить[12]
![]()
Таким образом, все кривые можно предполагать заданными параметрически при помощи функций, определенных на отрезке [0, 1].
Поэтому целесообразно ввести в рассмотрение пространство
непрерывных отображений отрезка I = [0, 1]
в пространство R с метрикой
![]()
Будем считать,
что последовательность кривых
сходится к кривой L, если кривые
можно параметрически
представить в виде
![]()
а кривую L в виде
![]()
так, что ![]()
Применив обобщенную теорему Арцела (теорема 7 § 18) к
пространству
получим теорему 1.
Теорема 1. Если
последовательность кривых
лежащих в компакте К, можно представать
параметрически при помощи равностепенно непрерывных функций на отрезке [0,
1], то из нее можно выделить сходящуюся подпоследовательность.
Определим теперь длину кривой, заданной параметрически функцией
![]()
как верхнюю грань сумм вида

где точки
подчинены лишь условиям
![]()
Легко видеть, что длина кривой не зависит от выбора ее
параметрического представления. Если ограничиться параметрическими
представлениями посредством функций, заданных на отрезке [0, 1], то подобно
рассмотрениям предшествующего параграфа легко доказать, что длина кривой есть
полунепрерывный снизу функционал от f (в пространство
). На геометрическом языке этот результат
можно выразить в виде такой теоремы о полунепрерывности.
Теорема 2. Если
последовательность кривых
сходится к кривой L, то
длина L не больше
нижнего предела длин ![]()
Рассмотрим теперь специально кривые конечной длины. Пусть кривая определена параметрически функцией
![]()
Функция f,
рассматриваемая лишь на отрезке [а, Т], где
определяет «начальный отрезок» кривой от
точки
![]()
до точки
![]()
Пусть
![]()
его длина. Легко устанавливается, что
![]()
есть новое параметрическое представление той же кривой. При этом s пробегает отрезок
![]()
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.