设X是实赋范线性空间,K是X中的非空子集. 映射T:K→K 称为非扩张的,如果对于一切的x,y∈K,都有‖Tx−Ty‖≤‖x−y‖. 映射T:K→K 称为渐近非扩张的,如果存在序列 {kn}⊂[1,∞),limn→∞kn=1使得 ‖Tnx−Tny‖≤kn‖x−y‖,∀x,y∈K,n≥1. 如果映射T的不动点集F(T):={x∈K:Tx=x}≠∅, 并且存在序列{kn}⊂[1,∞),limn→∞kn=1 使的对于一切的x∈K及p∈F(T),有 ‖Tnx−p‖≤kn‖x−p‖,∀n≥1, 则T称为渐近拟非扩张映射.
渐近非扩张自映射是由Goebel和Kirk[1]引入的, 这一类映射是非扩张映射的重要推广. 他们还证明了在一致凸Banach空间中的有界闭凸子集上的每 个渐近非扩张映射都具有不动点. 并且我们知道,任一具有不动 点的渐近非扩张映射都是渐近拟非扩张映射,反之,一般不成立.
最近,在Hilbert 空间或者一致凸Banach空间中, 许多学者(见文献[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13])研究了一有限族渐近非扩张映射(非扩张映射, 渐近拟非扩张映射)合成隐迭代序列的不动点收敛问题. 设X 为Hilbert空间,K为X中的一非空闭凸子集,{T1,T2,⋯,TN}:K→K是N个非扩张自映射. 2001年, Xu 和 Ori[2] 引进了如下的隐迭代序列 xn=αnxn−1+(1−αn)Tnxn,∀n≥1,(1.1) 其中Tn=Tn mod N,初始点x0∈K,{αn}是 (0,1) 中的一实数列,并且证明了迭代序列(1.1)的弱收敛定理.
2003年,Sun[3]在Banach空间X的非空有界闭凸集中, 对于一有限族渐近拟非扩张自映射{T1,T2,⋯,TN}, 引进了隐迭代序列{xn}如下 xn=αnxn−1+(1−αn)Tk(n)i(n)xn,∀n≥1,(1.2) 其中{αn}⊂(0,1),初始点x0∈K, n=(k(n)−1)N+i(n),i(n)∈I={1,2,⋯,N}, 并且证明了由(1.2)式定义的序列{xn}强收敛到公共不动点x∗∈F=N⋂i=1F(Ti).
2007年,Thakur[4] 在Babach空间X的非空有界闭凸集中, 对于一有限族渐近拟非扩张自映射{T1,T2,⋯,TN}, 推广迭代过程(1.2)如下 {xn=(1−αn)xn−1+αnTk(n)i(n)yn,yn=(1−βn)xn+βnTk(n)i(n)xn,∀n≥1,(1.3) 其中{αn},{βn}⊂(0,1),初始点x0∈K, n=(k(n)−1)N+i(n),i(n)∈I={1,2,⋯,N}, 并且证明了由(1.3)式定义的序列{xn}强收敛到公共不动点x∗∈F=N⋂i=1F(Ti). 而且,2008年,在一致凸Banach空间中, Gu[5]证明了一有限族渐近拟非扩张映射关于合成隐迭代(1.3)的强收敛和弱收敛定理.
2003年,Chidume等人[14]引进了渐近非扩张非自映射的概念, 推广了渐近非扩张自映射的概念.
定义 1.1[14] 设K是实赋范线性空间X中的非空子集, P是X到K上的一非扩张保核收缩映射. 非自映射T:K→X称为渐近非扩张的,如果存在序列{kn}⊂[1,∞), limn→∞kn=1,使得对于一切的x,y∈K,n≥1,有 ‖T(PT)n−1x−T(PT)n−1y‖≤kn‖x−y‖.
设K是实的一致凸Banach空间X中的非空闭凸子集,Chidume 等人[14]研究了下面的迭代序列 {x1∈K,xn+1=P((1−αn)xn+αnT(PT)n−1xn),∀n≥1,(1.4) 其中{αn}⊂(0,1),P:X→K是非扩张保核收缩映射, 并且证明了渐近非扩张非自映射的一些强收敛和弱收敛定理.
2006年,Wang[15]推广了迭代序列(1.4),其定义如下 {x1∈K,xn+1=P((1−αn)xn+αnT1(PT1)n−1yn),yn=P((1−βn)xn+βnT2(PT2)n−1xn),∀n≥1,(1.5) T1,T2:K→X是渐近非扩张非自映射, {αn},{βn}⊂(0,1), 并证明了两个渐近非扩张映射的强收敛和弱收敛定理. 2011 年, Guo和Guo[16]证明了迭代序列(1.5)两个新的弱收敛到公共不动 点x∗∈F=F(T1)⋂F(T2)定理.
2007年,对于一有限族渐近非扩张非自映射,Wang[17]引进了 如下非隐迭代序列{xn} xn=P(αnxn−1+(1−αn)Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−1),∀n≥1,(1.6) 其中, {αn}⊂(0,1),初始点x0∈K,n=(k(n)−1)N+i(n), i(n)∈I, 并证明了由(1.6)式定义的{xn}强收敛和弱收敛到公共不动点x∗∈F=N⋂i=1F(Ti).
最近,Guo 等人[18]对迭代序列(1.5)作了如下推广 {x1∈K,xn+1=P((1−αn)Sn1xn+αnT1(PT1)n−1yn),yn=P((1−βn)Sn2xn+βnT2(PT2)n−1xn),∀n≥1,(1.7) 其中S1,S2:K→K 是两个渐近非扩张自映射,T1,T2:K→X是两个渐近非扩张非自映射,{αn},{βn}⊂(0,1),并证明了迭代序列(1.7)强收敛和弱收敛到公共不动点x∗∈F=F(S1)⋂F(S2)⋂F(T1) ⋂F(T2)的一些定理.
当讨论如(1.1) (1.2)或者(1.3)式这样的合成隐迭代序列的弱收敛定理时, 许多学者(见文献[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13])只证明了 在一致凸Banach空间X满足Opial's条件时的弱收敛定理. 那么, 对于合成隐迭代是否有类似于非隐迭代(见文献[16, 18])的弱收敛定理呢? 本文给出了肯定的回答.
在本文中,对于一有限族渐近非扩张自映射和一有限族渐近非扩张非自映射, 构造了一个新的混合型合成隐迭代序列,并在一致凸Banach空间中, 证明了这一新的迭代序列的强收敛和弱收敛定理.
设X是实Banach空间,K是X中的非空闭凸子集, P是X到K上的非扩张保核收缩映射. 设Si(i∈I={1,2,⋯,N}):K→K是一有限族渐近非扩张自映射, Ti(i∈I):K→X是一有限族渐近非扩张非自映射, 我们构造新的混合型合成隐迭代序列如下 {xn=P((1−αn)Sk(n)i(n)xn−1+αnTi(n)(PTi(n))k(n)−1yn),yn=P((1−βn)Sk(n)i(n)xn+βnTi(n)(PTi(n))k(n)−1xn),∀n≥1,(2.1) 其中初始点x0∈K,{αn}, {βn}是[0,1]中的两个序列,n=(k(n)−1)N+i(n),i(n)∈I, 正整数k(n)≥1,并且当n→∞时,k(n)→∞.
如果{Ti:i∈I}是K到K的自映射, 那么迭代序列(2.1)简化为如下迭代序列 {xn=(1−αn)Sk(n)i(n)xn−1+αnTk(n)i(n)yn,yn=(1−βn)Sk(n)i(n)xn+βnTk(n)i(n)xn,∀n≥1,(2.2)
本文通篇使用I代表集合{1,2,⋯,N},记{Si:i∈I}和{Ti:i∈I} 的公共不动点集为F=N⋂i=1(F(Si) ⋂F(Ti)).
为了方便,我们复述一些已有的概念和结果.
设X是实Banach空间,X∗是X的对偶空间,J:X→2X∗为正规对偶映射定义如下 J(x)={f∈E∗:⟨x,f⟩=‖x‖‖f‖,‖f‖=‖x‖},∀x∈X, 其中⟨⋅,⋅⟩是X和X∗之间的配对, 单值正规对偶映射记为j.
空间X的子集K称为X的收缩核[14], 如果存在连续映射P:X→K 使得对于任意的x∈K都有Px=x. 一致凸Banach空间中的每个闭凸子集都是收缩核. 映射P:X→K称为收缩的,如果P2=P. 因此,如果映射P是收缩映射, 则对于P的值域中的任一元素y都有Py=y.
称Banach空间X满足Opial's条件[19], 如果对于X中的任一序列{xn},当xn→x(弱)时, 对一切y∈X,y≠x,有lim supn→∞‖xn−x‖<lim supn→∞‖xn−y‖.
称Banach空间X具有Frˊechet可微范数[20], 如果对于一切的x∈U={x∈X:‖x‖=1},limt→0‖x+ty‖−‖x‖t 存在,且对于y∈U一致成立.
称Banach空间X具有Kadec-Klee性质[21], 如果对于X的任一子列{xn},有xn→x(弱)且‖xn‖→‖x‖,则xn→x.
非自映射T:K→X 称为半紧的[15], 如果对于K中的任一满足‖xn−Txn‖→0(n→∞)的序列{xn}都存在子列{xnj}⊂{xn}强收敛到某一点x∗∈K.
设映射T的定义域和值域分别为D(T)和R(T), 称映射T在p点半闭[17],如果对于D(T)中的序列{xn}, 当{xn}弱收敛到x∗∈D(T),且{Txn}强收敛到p时, 则Tx∗=p.
命题 2.1 设K赋范线性空间空间X中的非空子集, P是X到K上的非扩张收缩映射. 设{Si}Ni=1:K→K 是N 个渐近非扩张自映射,{Ti}Ni=1:K→X是N个渐近非扩张非自映射,则存在序列{ln}⊂[1,∞), ln→1(n→∞) 使得 ‖Snix−Sniy‖≤ln‖x−y‖,∀n≥1,x,y∈K,i∈I 且 ‖Ti(PTi)n−1x−Ti(PTi)n−1y‖≤ln‖x−y‖,∀n≥1,x,y∈K,i∈I.
证 因为对于任意的i=1,2,⋯,N,Si:K→K是渐近非扩张自映射,因此存在一序列h(i)n⊂[1,∞),h(i)n→1(n→∞),使得 ‖Snix−Sniy‖≤h(i)n‖x−y‖,∀n≥1,i∈I. 用上述类似的方法,存在一序列k(i)n⊂[1,∞),k(i)n→1(n→∞),使得 ‖Ti(PTi)n−1x−Ti(PTi)n−1y‖≤k(i)n‖x−y‖,∀n≥1,i∈I. 令ln=max{h(1)n,h(2)n,⋯,h(N)n,k(1)n,k(2)n,⋯,k(N)n},则{ln}⊂[1,∞)且ln→1(n→∞), 使得对于一切的x,y∈K以及每个i=1,2,⋯,N,有 ‖Snix−Sniy‖≤ln‖x−y‖,∀n≥1 和 ‖Ti(PTi)n−1x−Ti(PTi)n−1y‖≤ln‖x−y‖,∀n≥1. 证毕.
注 2.1 如果对于一切的n≥N0 (N0为某个正整数), αnl2k(n)<1,则合成隐迭代序列(2.1)是有意义的. 事实上,对于任意的xn−1∈K,定义映射An,Bn:K→K如下 {Anx=P((1−αn)Sk(n)i(n)xn−1+αnTi(n)(PTi(n))k(n)−1Bnx)Bnx=P((1−βn)Sk(n)i(n)x+βnTi(n)(PTi(n))k(n)−1x). 对于任意的x,y∈K,由命题 2.1,我们得到 ‖Anx−Any‖≤αn‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1Bnx−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1Bny‖≤αnlk(n)‖Bnx−Bny‖≤αnlk(n)[(1−βn)lk(n)‖x−y‖+βnlk(n)‖x−y‖]=αnl2k(n)‖x−y‖. 因为对于一切的n≥N0,αnl2k(n)<1,因此An是压缩映射,由Banach压缩映照原理,存在唯一不动点xn∈K使得xn=Anxn. 因此,可知合成隐迭代(2.1) 是有意义的. 为了证明主要结果,我们需要如下一些引理.
引理 2.1[3] 设{an}, {λn},{σn}为三个非负实数列,满足如下不等式 an+1≤(1+λn)an+σn,∀n≥n0, 其中n0是某个正整数. ∞∑n=1λn<∞, ∞∑n=1σn<∞. 则limn→∞an存在. 特别地,如果laystylelim infn→∞an=0, 则limn→∞an=0.
引理 2.2[14] (非自映射半闭原理) 设X 为实一致凸Banach空间,K为X中的一非空闭凸子集,T:K→X为具有实数列{kn}⊂[1,∞),kn→1(n→∞)的渐近非扩张非自映射. 则I−T在零点半闭.
引理 2.3[22] 设p>1,R>0为两个固定数, X为Banach空间. 则X为一致凸的当且仅当存在连续的,严格增的凸函数 g:[0,∞)→[0,∞),g(0)=0使得对于一切的x,y∈B(0,R)={x∈E:‖x‖≤R},λ∈[0,1],有 ‖λx+(1−λ)y‖p≤λ‖x‖p+(1−λ)‖y‖p−ωp(λ)g(‖x−y‖), 其中ωp(λ)=λ(1−λ)p+λp(1−λ).
引理 2.4[23] 设X是一致凸Banach空间, C是X的一凸子集. 则存在一严格增函数γ:[0,∞)→[0,∞),γ(0)=0 使得每一个具有Lipschitz常数L>0的映射 S:C→C,对于一切的x,y∈C,0<α<1,有‖αSx+(1−α)Sy−S[αx+(1−α)y]‖≤Lγ−1(‖x−y‖−1L‖Sx−Sy‖).
引理 2.5[23] 设X是一致凸Banach空间, 其对偶空间X∗具有Kadec-Klee性质. 若{xn}是一有界序列, 且f1,f2∈Ww(xn)使得对于一切的α∈[0,1] limn→∞‖αxn+(1−α)f1−f2‖ 存在, 其中Ww({xn})表示序列{xn}的一切子序列的弱收敛点集合. 则有f1=f2.
在这一部分中,我们将证明一些对本文主要结果有帮助的一些引理.
引理 3.1 设X 是实的一致凸Banach空间, K是X的一非空闭凸子集,P是X到K上的非扩张收缩映射. 设S1,S2,⋯SN:K→K是N 个渐近非扩张自映射,T1,T2,⋯TN:K→X是N个渐近非扩张非自映射,F≠∅. 并且{αn},{βn}是[0,1] 中的两个实数列. 设数列ln由命题2.1定义. 如果下面条件满足
(i) ∞∑n=1(ln−1)<∞;
(ii) laystylelim supn→∞αn<1.\\ 则
(1) 由(2.1)式定义的序列{xn}有意义的.
(2) 对任意的p∈F, laystylelimn→∞‖xn−p‖存在.
证 (1) 因为∞∑n=1(ln−1)<∞,我们有∞∑n=1(l2n−1)<∞,所以∞∑n=1(l2k(n)−1)<∞. 又因为lim supn→∞αn<1,则存在n0 和τ∈(0,1), 使得对于一切的n≥n0有αn≤1−τ,l2k(n)−1<τ. 因此,对于任意的n≥n0,有 αnl2k(n)≤1−τ2<1 由注2.1可知由(2.1)式定义的序列是有意义的.
(2) 对于任意的p∈F,由(2.1)式可知 ‖yn−p‖≤‖(1−βn)(Sk(n)i(n)xn−p)+βn(Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−p)‖≤(1−βn)lk(n)‖xn−p‖+βnlk(n)‖xn−p‖=lk(n)‖xn−p‖.(3.1) 借助(3.1)式,有 ‖xn−p‖≤‖(1−αn)(Sk(n)i(n)xn−1−p)+αn(Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−p)‖≤(1−αn)lk(n)‖xn−1−p‖+αnlk(n)‖yn−p‖≤(1−αn)l2k(n)‖xn−1−p‖+αnl2k(n)‖xn−p‖.(3.2) 由结论(1),对于一切的n≥n0, 我们有1−αnl2k(n)>0. 简化(3.2)式我们可以得到 ‖xn−p‖≤(1−αn)1−αnl2k(n)l2k(n)‖xn−1−p‖=(1+l2k(n)−11−αnl2k(n))‖xn−1−p‖,∀n≥n0.(3.3) 因为对于n≥n0有αn≤1−τ,所以 l2k(n)−11−αnl2k(n)≤l2k(n)−11−(1−τ)l2k(n)=lk(n)+11−(1−τ)l2k(n)(lk(n)−1). 又因为laystylelimn→∞lk(n)=1, 所以有limn→∞lk(n)+11−(1−τ)l2k(n)=2τ, 故存在常数λ>0使得 lk(n)+11−(1−τ)l2k(n)≤λ,∀n≥1. 由条件(i),我们有 λ∞∑n=1(lk(n)−1)<∞,所以 ∞∑n=1l2k(n)−11−αnl2k(n)<∞. 由(3.3)式和引理 2.1,对于任意的p∈F, laystylelimn→∞‖xn−p‖存在.
引理 3.2 设X 是实的一致凸Banach空间, K是X的一非空闭凸子集,P是X到K上的非扩张收缩映射. 设S1,S2,⋯SN:K→K是N个渐近非扩张自映射, T1,T2,⋯TN:K→X是N个渐近非扩张非自映射, F≠∅. 设{xn}由(2.1)式定义,其中{αn}, {βn} 是[0,1]中的两个实数列. 设数列ln由命题2.1定义. 如果下面条件满足
(ii) 0<laystylelim infn→∞αn≤laystylelim supn→∞αn<1;
(iii) laystylelim supn→∞βn<1;
(iv) 对于一切 x,y∈K及i∈I,‖x−Tiy‖≤‖Six−Tiy‖. \\ 则
(1) laystylelimn→∞‖xn−Tlxn‖=0,∀ l∈I.
(2) laystylelimn→∞‖xn−Slxn‖=0,∀ l∈I.
证 (1) 由引理 3.1可知,对于任意的p∈F, limn→∞‖xn−p‖存在. 由于{xn−p}, {yn−p},{Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−p}, {Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−p},{Sk(n)i(n)xn−p}, {Sk(n)i(n)xn−1−p} 都有界,所以存在R>0,使得 {xn−p,yn−p,Sk(n)i(n)xn−p,Sk(n)i(n)xn−1−p,Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−p, Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−p}⊂B(0,R). 设p∈F, 由(2.1)式以及引理 2.3,我们有 ‖yn−p‖2≤‖(1−βn)(Sk(n)i(n)xn−p)+βn(Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−p)‖2≤(1−βn)‖Sk(n)i(n)xn−p‖2+βn‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−p‖2−βn(1−βn)g(‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖)≤(1−βn)l2k(n)‖xn−p‖2+βnl2k(n)‖xn−p‖2≤l2k(n)‖xn−p‖2.(3.4) 再由(2.1)式以及引理 2.3,我们还可以得到 ‖xn−p‖2≤‖(1−αn)(Sk(n)i(n)xn−1−p)+αn(Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−p)‖2≤(1−αn)‖Sk(n)i(n)xn−1−p‖2+αn‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−p‖2−αn(1−αn)g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖)≤(1−αn)l2k(n)‖xn−1−p‖2+αnl2k(n)‖yn−p‖2−αn(1−αn)g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖).(3.5) 将(3.4)式代入到(3.5)式,可以得到 ‖xn−p‖2≤(1−αn)l2k(n)‖xn−1−p‖2+αnl4k(n)‖xn−p‖2−αn(1−αn)g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖). 由条件(ii)可知,存在正整数n0以及两个实数a,b∈(0,1),当n≥n0时,有 a≤αn≤b,故对于一切的n≥n0, ‖xn−p‖2≤(1−αn)l2k(n)‖xn−1−p‖2+αnl4k(n)‖xn−p‖2−a(1−b)g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖).(3.6) 由条件(i),存在一常数L,使得对于一切的n≥1有ln≤L. 因此,由(3.6)式,对于一切的n≥n0,我们有 a(1−b)g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖)≤(1−αn)l2k(n)‖xn−1−p‖2−‖xn−p‖2+αnl4k(n)‖xn−p‖2=(1−αn)l2k(n)(‖xn−1−p‖2−‖xn−p‖2)+(1−αn)l2k(n)‖xn−p‖2−‖xn−p‖2+αn(l4k(n)−l2k(n)+l2k(n))‖xn−p‖2≤(1−a)L2(‖xn−1−p‖2−‖xn−p‖2)+bl2k(n)(l2k(n)−1)‖xn−p‖2+(l2k(n)−1)‖xn−p‖2, 对于一切的m≥n0,有 a(1−b)m∑n=n0g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖)≤(1−a)L2m∑n=n0(‖xn−1−p‖2−‖xn−p‖2)+bR2L2m∑n=n0(l2k(n)−1)+R2m∑n=n0(l2k(n)−1)≤(1−a)L2‖xn0−1−p‖2+R2m∑n=n0(l2k(n)−1)+bR2L2m∑n=n0(l2k(n)−1).(3.7) 由条件(i),有∞∑n=1(l2k(n)−1)<∞. 再借助(3.7)式,可以得到 ∞∑n=1g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖)<∞. 因此, limn→∞g(‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖)=0, 由g的性质可知 limn→∞‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖=0.(3.8) 由条件(iv),有 ‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖≤‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖. 注意到(3.8)式,我们有 limn→∞‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖=0.(3.9) 由三角不等式 ‖Sk(n)i(n)xn−1−xn−1‖≤‖Sk(n)i(n)xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−xn−1‖. 所以 limn→∞‖Sk(n)i(n)xn−1−xn−1‖=0.(3.10) 因为Pxn−1=xn−1以及 (2.1)式,有 ‖xn−xn−1‖≤‖(1−αn)(Sk(n)i(n)xn−1−xn−1)+αn(Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−xn−1)‖≤(1−αn)‖Sk(n)i(n)xn−1−xn−1‖+αn‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−xn−1‖.(3.11) 由(3.9)-(3.11)式可知 limn→∞‖xn−xn−1‖=0.(3.12) 注意到,对于一切的j∈I, ‖xn+j−xn‖≤‖xn+j−xn+(j−1)‖+‖xn+(j−1)−xn+(j−1)‖+⋯+‖xn+1−xn‖, 并借助(3.12)式,得到 limn→∞‖xn+j−xn‖=0,∀j∈I.(3.13) 因为 ‖Sk(n)i(n)xn−xn−1‖≤‖Sk(n)i(n)xn−Sk(n)i(n)xn−1‖+‖Sk(n)i(n)xn−1−xn−1‖≤lk(n)‖xn−xn−1‖+‖Sk(n)i(n)xn−1−xn−1‖, 所以由(3.10) 和 (3.12)式,我们得到 limn→∞‖Sk(n)i(n)xn−xn−1‖=0. 再由 ‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖≤‖Sk(n)i(n)xn−xn−1‖+‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖, 并借助(3.9)式,得到 limn→∞‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖=0.(3.14) 由条件(iv)可知 ‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖≤‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖, 再由(3.14)式,有 limn→∞‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖=0.(3.15) 下面,我们估计 ‖yn−xn‖≤‖(1−βn)Sk(n)i(n)xn+βnTi(n)(PTi(n))k(n)−1xn−xn‖≤(1−βn)‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+βn‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖≤(1−βn)‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+βnlk(n)‖xn−yn‖+‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖.(3.16) 由条件(i)和(iii)可知,存在正整数n0及m0∈(0,1)使得对于所有的n≥n0,有βnlk(n)≤m0<1. 通过简化(3.16)式,我们得到 (1−m0)‖yn−xn‖≤(1−βnlk(n))‖yn−xn‖≤(1−βn)‖Sk(n)i(n)xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖, 由(3.14)和(3.15)式,我们有 limn→∞‖yn−xn‖=0.(3.17) 进一步,有 ‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖≤‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖≤‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1yn‖+lk(n)‖xn−yn‖, 由(3.15) 和(3.17)式,得到 limn→∞‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖=0.(3.18) 同样由(3.12)和(3.18)式,可知 ‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖≤‖xn−1−xn‖+‖xn−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖, 因此 limn→∞‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖=0.(3.19) 对于任意的正整数n>N,n=(k(n)−1)N+i(n),i(n)∈I. 令 δn=‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖, 则由(3.19)式, 我们得到laystylelimn→∞δn=0 且 ‖xn−1−Tnxn‖≤‖xn−1−Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn‖+‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−Tnxn‖=δn+‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−1xn−Ti(n)xn‖≤δn+l1‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−2xn−xn‖,(3.20) ‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−2xn−xn‖≤‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−2xn−Ti(n−N)(PTi(n−N))k(n)−2xn−N‖+‖Ti(n−N)(PTi(n−N))k(n)−2xn−N−x(n−N)−1‖+‖x(n−N)−1−xn‖.(3.21) 对于任意的正整数n>N,n=(n−N) (mod N),另一方面,由 n=(k(n)−1)N+i(n)可知n−N=((k(n)−1)−1)N+i(n)=(k(n−N)−1)N+i(n−N). 也就是说, k(n−N)=k(n)−1 且 i(n−N)=i(n). 因此,我们得到 ‖Ti(n)(PTi(n))k(n)−2xn−Ti(n−N)(PTi(n−N))k(n)−2xn−N‖≤lk(n)−2‖xn−xn−N‖(3.22) 且 ‖Ti(n−N)(PTi(n−N))k(n)−2xn−N−x(n−N)−1‖=‖Ti(n−N)(PTi(n−N))k(n−N)−1xn−N−x(n−N)−1‖=δn−N.(3.23) 将(3.21),(3.22) 和 (3.23)式代入 (3.20)式,我们得到 ‖xn−1−Tnxn‖≤δn+l1lk(n)−2‖xn−xn−N‖+l1‖x(n−N)−1−xn‖+l1δn−N. 由(3.13)以及(3.19)式,可知 limn→∞‖xn−1−Tnxn‖=0.(3.24) 因为‖xn−Tnxn‖≤‖xn−xn−1‖+‖xn−1−Tnxn‖, 由(3.12) 和(3.24)式,则 limn→∞‖xn−Tnxn‖=0.(3.25) 因此,对于任意的j∈I,由(3.13) 和(3.25)式,我们有 ‖xn−Tn+jxn‖≤‖xn−xn+j‖+‖xn+j−Tn+jxn+j‖+‖Tn+jxn+j−Tn+jxn‖≤(1+l1)‖xn−xn+j‖+‖xn+j−Tn+jxn+j‖→0. 这表明n→∞时 N⋃j=1{‖xn−Tn+jxn‖}∞n=1→0. 因为对每个j∈I,{‖xn−Tn+jxn‖}∞n=1是 N⋃j=1{‖xn−Tn+jxn‖}∞n=1的一个子列, 所以,我们有 limn→∞‖xn−Tlxn‖=0,∀l∈I.
(2) 因为 ‖xn−1−Snxn‖≤‖xn−1−Sk(n)i(n)xn‖+‖Sk(n)i(n)xn−Snxn‖=‖xn−1−Sk(n)i(n)xn‖+‖Sk(n)i(n)xn−Si(n)xn‖≤‖xn−1−Sk(n)i(n)xn‖+l1‖Sk(n)−1i(n)xn−xn‖ 以及 ‖Sk(n)−1i(n)xn−xn‖≤‖Sk(n)−1i(n)xn−Sk(n)−1i(n−N)xn−N‖+‖Sk(n)−1i(n−N)xn−N−x(n−N)−1‖+‖x(n−N)−1−xn‖≤lk(n)−1‖xn−xn−N‖+‖Sk(n)−1i(n−N)xn−N−x(n−N)−1‖+‖x(n−N)−1−xn‖, 按结论(1)中同样的方法,可以得到 limn→∞‖xn−Slxn||=0,∀l∈I. 证毕.
引理 3.3 在引理 3.1 的假设条件下,则对于一切的p,q∈F, t∈[0,1] limn→∞‖txn+(1−t)p−q‖ 存在, 其中{xn} 由(2.1)式定义.
证 由引理 3.1,我们知道{xn}有界. 令 an(t)=‖txn+(1−t)p−q‖,∀t∈[0,1]. 则laystylelimn→∞an(0)=‖p−q‖, 由引理3.1可知, laystylelimn→∞an(1)=limn→∞‖xn−q‖ 存在. 以下只需证明对于所有的t∈(0,1)引理 3.3 成立.
对于一切的x∈K,定义映射Hn,Wn:K→K如下 {Hnx=P((1−αn+1)Sk(n+1)i(n+1)x+αn+1Ti(n+1)(PTi(n+1))k(n+1)−1Wnx)Wnx=P((1−βn+1)Sk(n+1)i(n+1)Hnx+βn+1Ti(n+1)(PTi(n+1))k(n+1)−1Hnx) 由 (2.1)式,有 ‖Hnxn−xn+1‖≤αn+1‖Ti(n+1)(PTi(n+1))k(n+1)−1Wnxn−Ti(n+1)(PTi(n+1))k(n+1)−1yn+1‖≤αn+1lk(n+1)‖Wnxn−yn+1‖≤αn+1lk(n+1)[(1−βn+1)lk(n+1)‖Hnxn−xn+1‖+βn+1lk(n+1)‖Hnxn−xn+1‖]≤αn+1l2k(n+1)‖Hnxn−xn+1‖. 注意到条件(i) 和 (ii),存在一个正整数n0,使得当 n≥n0时,有αn+1l2k(n+1)<1. 这表明Hnxn=xn+1,而且,类似地,我们可以得到, 对于一切的p∈F,有Hnp=p. 对于所有的x,y∈K, 我们同样可知 ‖Hnx−Hny‖≤(1−αn+1)lk(n+1)‖x−y‖+αn+1lk(n+1)‖Wnx−Wny‖≤(1−αn+1)lk(n+1)‖x−y‖+αn+1lk(n+1)((1−βn+1)lk(n+1)‖Hnx−Hny‖+βn+1lk(n+1)‖Hnx−Hny‖)≤(1−αn+1)lk(n+1)‖x−y‖+αn+1l2k(n+1)‖Hnx−Hny‖. 这表明 ‖Hnx−Hny‖≤(1+ηn+1(lk(n+1)−1))‖x−y‖, 其中ηn=αnlk(n)+11−αnl2k(n). 使用引理 3.1 中相同的方法,可知,存在常数M,使得当n≥n0 时 ηn≤M. 因此,我们有 ‖Hnx−Hny‖≤(1+M(lk(n+1)−1))‖x−y‖,∀n≥n0.(3.26) 令νn=M(lk(n)−1),由1≤∞∏j=n+1(1+νj)≤e∞∑j=n+1νn 以及 ∞∑n=1νn<∞可知 limn→∞∞∏j=n(1+νj)=1. 令 Sn,m=Hn+m−1Hn+m−2⋯Hn,m≥1.(3.27) 由(3.26) 和 (3.27)式,对于任意的x,y\in K ,有 \|S_{n,m}x-S_{n,m}y\|\leq L_{n}\|x-y\|, 其中L_{n}=\prod\limits_{j=n+1}^{n+m}(1+\nu_{j}). 易证, 对于所有的n>n_0,p\in F,有 S_{n,m} =x_{n+m},S_{n,m}p=p. 令 \begin{eqnarray} b_{n,m}=\|S_{n,m}(tx_{n}+(1-t)p)-(tS_{n,m}x_{n}+(1-t)S_{n,m}p)\|. (3.28) \end{eqnarray} 由 (3.28)式及引理 2.4,我们有 \begin{eqnarray*} b_{n,m}& \leq & L_{n}\gamma^{-1}(\|x_{n}-p\| -(L_{n})^{-1}\|S_{n,m}x_{n}-S_{n,m}p\|)\\ &\leq & L_{n}\gamma^{-1}(\|x_{n}-p\|-(L_{n})^{-1}\|x_{n+m}-p\|). \end{eqnarray*} 由引理 2.1 以及laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}L_{n}=1可知, 对于所有的 m,laystyle\lim\limits_{n \rightarrow\infty}b_{n,m}=0一致成立. 注意到,\begin{eqnarray*} a_{n+m}(t)&=&\|tx_{n+m}+(1-t)p-q\|\nonumber\\ &\leq&\|tx_{n+m}+(1-t)p-q+(S_{n,m}(tx_{n}+(1-t)p)-tS_{n,m}x_{n}-(1-t)S_{n,m}p)\|\nonumber\\ &&+\|-(S_{n,m}(tx_{n}+(1-t)p)+tS_{n,m}x_{n}+(1-t)S_{n,m}p)\|\nonumber\\ &=&\|S_{n,m}(tx_{n}+(1-t)p)-q\|+b_{n,m}\nonumber\\ &\leq& L_{n}\|tx_{n}+(1-t)p-q\|+b_{n,m}\nonumber\\ &\leq &L_{n} a_{n}(t)+b_{n,m}.\nonumber \end{eqnarray*} 所以,laystyle\limsup_{n \rightarrow\infty}a_{n}(t)\leq\liminf _{n \rightarrow\infty}a_{n}(t),即,对于所有的t\in (0,1), \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|tx_{n}+(1-t)p-q\| 存在. 证毕.
引理 3.4 在引理 3.1 的假设条件下, 如果X具有Fr\acute{e}chet可微范数,则对于所有的p,q\in F,极限 \lim\limits_{n \rightarrow \infty}\langle x_{n},j(p-q)\rangle 存在, 其中\{x_n\}由 (2.1)式定义. 进一步, 如果W_{w}(x_{n})表示序列\{x_n\}的一切子序列的弱收敛点集合, 则对于所有的p,q\in F,x^{*},y^{*}\in W_{w}(x_{n}),有 \langle x^{*}-y^{*},j(p-q) \rangle=0.
证 按文献[16,引理 3.2]的证明方法, 用引理3.3代替文献[16,引理 3.1]即可.
首先,我们证明一些强收敛定理.
定理 4.1 在引理 3.2 的假设条件下,如果T_{i} 或者 S_{i} (i\in I) 中有一个为半紧的,则由(2.1)式定义的\{x_n\} 强收敛到 T_{i} 和 S_{i} (i\in I)的一个公共不动点.
证 不失一般性,不妨设T_{1}是半紧的. 由引理3.1可知, \{x_{n}\}是有界序列. 由引理3.2可知,对于任意的i\in I, \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-S_{i}x_{n}\| =\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-T_{i}x_{n}\|=0. 因为T_{1}是半紧的, 且laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-T_{1}x_{n}\|=0, 故存在一个子列\{x_{n_{k}}\}\subset\{x_{n}\},使得当k\rightarrow \infty时,x_{n_{k}}\rightarrow p\in K. 由T_{i} 和 S_{i}的连续性,我们得到,对于任意的i\in I,\|T_{i}p-p\|=0 以及\|S_{i}p-p\|=0 . 这表明,p\in F,由引理 3.1知, laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p\|存在,所以 laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p\|=0. 证毕.
定理 4.2 在引理 3.2 的假设条件下,如果T_{i} 或者 S_{i} (i\in I) 中有一个为全连续的,则由(2.1)式定义的\{x_n\} 强收敛到 T_{i} 和 S_{i} (i\in I)的一个公共不动点.
证 不失一般性,不妨设T_{1}是全连续的. 由引理3.1可知, \{x_{n}\}是有界序列,所以存在一子列 \{T_{1}x_{n_{k}}\}\subset \{T_{1}x_{n}\} 使得,当k\rightarrow\infty, 有T_{1}x_{n_{k}}\rightarrow p\in K. 此外,由引理 3.2, 对于任意的i\in I, \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-S_{i}x_{n}\|=\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-T_{i}x_{n}\|=0.\nonumber 所以, \begin{eqnarray} \lim\limits_{k\rightarrow\infty}\|x_{n_{k}}-S_{i}x_{n_{k}}\|=\lim\limits_{k\rightarrow\infty}\|x_{n_{k}}-T_{i}x_{n_{k}}\|=0. (4.1) \end{eqnarray} 由\|x_{n_{k}}-p\|\leq \|x_{n_{k}}-T_{1}x_{n_{k}}\|+\|T_{1}x_{n_{k}}-p\| 可知 \lim\limits_{k\rightarrow\infty}\|x_{n_{k}}-p\|=0. 由(4.1)式以及T_{i} 和 S_{i}连续性,对于所有的i\in I, 有\|T_{i}p-p\|=0和\|S_{i}p-p\|=0,也就是p\in F. 而且,再由引理 3.1知,laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p\|存在. 所以 laystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p\|=0. 证毕. 以下给出几个弱收敛定理.
定理 4.3 在引理 3.2 的假设条件下, 如果X具有Fr\acute{e}chet 可微范数,则由(2.1)式定义的\{x_n\} 弱收敛到 T_{i} 和 S_{i} (i\in I)的一个公共不动点.
证 由引理 3.1,\{x_{n}\}有界. 因为X是自反的,则存在一子列\{x_{n_{k}}\}\subset\{x_{n}\},当k\rightarrow\infty,有\{x_{n_{k}}\} 弱收敛到p\in K. 由引理 3.2,可得 \lim\limits_{k\rightarrow \infty}\|x_{n_{k}}-S_{i}x_{n_{k}}\|=\lim\limits_{k\rightarrow \infty}\|x_{n_{k}}-T_{i}x_{n_{k}}\|=0,\forall i\in I. 再由引理 2.2 可知,p\in F.
下面证明\{x_{n}\}弱收敛到p. 假设存在另一子列\{x_{n_{j}}\}\subset\{x_{n}\},使得 \{x_{n_{j}}\} 弱收敛到q\in K. 则,按上面同样的方法,我们可以证明q\in F. 所以p,q\in F\bigcap W_{w}(x_{n}). 由引理 3.4可知, \|p-q\|^{2}=\langle p-q,j(p-q)\rangle =0. 因此,p=q. 故\{x_{n}\} 弱收敛到p. 证毕.
定理 4.4 在引理 3.2 的假设条件下, 如果X的对偶空间X^{*}具有Kadec-Klee 性质, 则由(2.1)式定义的\{x_n\} 弱收敛到 T_{i} 和 S_{i} (i\in I)的一个公共不动点.
证 使用与定理 4.3相同的方法, 可以证明存在一子列\{x_{n_{k}}\}\subset\{x_{n}\}弱收敛到p\in F. 下面证明\{x_{n}\}弱收敛到p. 假设存在另一子列\{x_{n_{j}}\}\subset\{x_{n}\},使得 \{x_{n_{j}}\} 弱收敛到q\in K. 则同样可得q\in F,即p,q\in F. 由引理 3.3,对于所有的t\in[0,1], \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|tx_{n}+(1-t)q-p\| 存在. 又因为 p, q\in W_{w}(x_{n}),由引理 2.5可知,p=q. 则\{x_{n}\} 弱收敛到公共不动点p. 证毕.
定理 4.5 在引理 3.2 的假设条件下,如果X满足Opial's 条件, 则由(2.1)式定义的\{x_n\} 弱收敛到 T_{i} 和 S_{i} (i\in I)的一个公共不动点.
证 因为X是一致凸Banach空间,且由引理 3.1可知, 序列\{x_{n}\}是有界的, 所以存在一子列\{x_{n_{j}}\}\subset\{x_{n}\}弱收敛到某个p\in K. 由引理 3.2,对于任意的i\in I,有 \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\|x_{n}-S_{i}x_{n}\|=\lim\limits_{n\rightarrow \infty}\|x_{n}-T_{i}x_{n}\|=0. 再由引理 2.2 可知,p\in F. 若存在另一子列\{x_{n_{k}}\}\subset\{x_{n}\} 弱收敛到p_{1}\in K. 如果p_{1}\neq p,由Opial's条件,我们得到 \begin{eqnarray*} \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p\| &=&\limsup_{j\rightarrow\infty}\|x_{n_{j}}-p\|<\limsup_{j\rightarrow\infty}\|x_{n_{j}}-p_{1}\| =\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\|x_{n}-p_{1}\| \\ &=&\limsup_{k\rightarrow\infty}\|x_{n_{k}}-p_{1}\|<\limsup_{k\rightarrow\infty}\|x_{n_{k}}-p\| =\lim\limits_{n\rightarrow \infty}\|x_{n}-p\|. \end{eqnarray*} 从而得出矛盾. 所以p=p_{1}. 因此,\{x_{n}\}弱收敛到p\in F. 证毕.
注 4.1 本文的主要结果推广和改进了参考文献 [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]以及[18]中相应的结果, 统一了渐近非扩张自映射以及渐近非扩张非自映射的强收敛和弱收敛定理.
例 5.1 设E=(-\infty,\infty),取通常范数|.|, 并取K=[-\frac{1}{2},\frac{1}{2}]. 定义映射S_{1},S_{2},T_{1}, T_{2}: K\rightarrow K 如下 S_{1}x= \left\{\begin{array}{ll} x,& x\in[-\frac{1}{2},0),\\[3mm] -x,~~& x\in[0,\frac{1}{2}], \end{array}\right. T_{1}x= \left\{\begin{array}{ll} -x,~~& x\in[-\frac{1}{2},0),\\[3mm] x^{2},~~& x\in[0,\frac{1}{2}],\end{array}\right. S_{2}x= \left\{\begin{array}{ll} x,& x\in[-\frac{1}{2},0),\\[3mm] -x^{2},~~& x\in[0,\frac{1}{2}], \end{array}\right. T_{2}x =\sqrt{1+x^{2}}-1,x\in[-\frac{1}{2},\frac{1}{2}]. 首先,我们证明S_1,S_2,T_1,T_2都是非扩张映射. 事实上,当x,y \in [-\frac{1}{2},0)时,则有 |T_{1}x-T_{1}y|=|x-y|; 当x,y\in[0,\frac{1}{2}]时,可知|x+y|\leq 1,所以有 |T_{1}x-T_{1}y|=|x^{2}-y^{2}|=|x+y||x-y|\leq|x-y|; 当x\in[-\frac{1}{2},0),y\in[0,\frac{1}{2}]时,则 |T_{1}x-T_{1}y|=|-x-y^2|=|x+y^{2}|\leq|x-y|; 当x\in[0,\frac{1}{2}],y\in[-\frac{1}{2},0]时,则 |T_{1}x-T_{1}y|=|x^{2}+y|<|x-y|; 这便表明T_{1} 是非扩张映射.
下面证明T_2是非扩张映射. 事实上,当x,y \in [-\frac{1}{2},\frac{1}{2}]时,有 \begin{eqnarray*} |T_{2}x-T_{2}y|&=&|\sqrt{1+x^{2}}-\sqrt{1+y^{2}}| =\frac{|x^{2}-y^{2}|}{|\sqrt{1+x^{2}}+\sqrt{1+y^{2}}|}\nonumber\\ &\leq&|x^{2}-y^{2}|\leq|x-y|.\nonumber \end{eqnarray*} 类似地,可以证明S_{1},S_{2}也是非扩张映射. 因此, S_1,S_2,T_1,T_2都是具有\{k_n=1\}的渐近非扩张映射.
下面证明映射S_{1},T_{1}满足如下条件 |x-T_{1}y|\leq|S_{1}x-T_{1}y|, \forall x,y\in K. (5.1)
情形 1 若 x,y\in [-\frac{1}{2},0),则有 |x-T_{1}y|=|S_{1}x-T_{1}y|.
情形 2 若x,y\in [0,\frac{1}{2}],则有 |x-T_{1}y|=|x-y^{2}|\leq|-x-y^{2}|=|S_{1}x-T_{1}y|.
情形3 若x\in [-\frac{1}{2},0),y\in [0,\frac{1}{2}],则有 |x-T_{1}y|=|x-y^{2}|=|S_{1}x-T_{1}y|.
情形 4 若x\in [0,\frac{1}{2}],y\in [-\frac{1}{2},0),则有 |x-T_{1}y|=|x-(-y)|=|x+y|\leq|x-y|=|-x-(-y)|=|S_{1}x-T_{1}y|. 因此,(5.1)式成立. 类似地,可以证明S_{2},T_{2} 同样满足 |x-T_{2}y|\leq|S_{2}x-T_{2}y|, \forall x,y\in K.\nonumber
假设对于一切的n\geq 1, \alpha_{n}=\frac{4}{5}-\frac{1}{6n^{2}}, \beta_{2n}=\frac{1}{6n},\beta_{2n-1}=\frac{1}{2}+\frac{1}{6n+1}. 则,当T_{1},T_{2}是自映射时,定理 4.1 的条件都满足. 所以,由 (2.2) 式定义的序列\{x_n\}强收敛到 0.
为了再给出强收敛的另外一个例子,我们先证明如下命题.
命题 5.1 设X 是Hilbert 空间,C=\{x\in X:\|x\|\leq r\}, 其中r>0,定义映射 P:X\rightarrow C 如下 Px=\left\{\begin{array}{ll} x,& x\in C,\\ [2mm] \frac{rx}{\|x\|},& x\in X\setminus C. \end{array}\right. 则 P:X\rightarrow C 是非扩张映射.
证 设x,y\in X,记\widetilde{x}=Px,\widetilde{y}=Py, 对于所有的z\in C 及 0<t<1,我们有 \|x-(tz+(1-t)\widetilde{x})\|^{2}\geq\|x-\widetilde{x}\|^{2}. (5.2)
事实上,如果x\in C,有\widetilde{x}=x,所以 (5.2)式成立. 如果x\notin C,对于任意的z\in C,有 \begin{eqnarray*} \|x-z\|-\|x-\widetilde{x}\| &=&\|x-z\|-\|x-\frac{rx}{\|x\|}\|\nonumber\\ &=&\|x-z\|-(1-\frac{r}{\|x\|})\|x\|\nonumber\\ &\geq&\|x\|-\|z\|-\|x\|+r\nonumber\\ &=&r-\|z\|\geq 0.\nonumber \end{eqnarray*} 显然C 是凸的,所以对于任意的z\in C,0<t<1,有 tz+(1-t)\widetilde{x}\in C. 由上面的不等式可知, \|x-(tz+(1-t)\widetilde{x})\|\geq\|x-\widetilde{x}\|. 这就表明(5.2)式成立. 由(5.2)式,有 \langle x-\widetilde{x},\widetilde{x}-z\rangle\geq-\frac{t}{2}\|z-\widetilde{x}\|^{2}. 当t\rightarrow 0^{+}时,可以得到 \langle x-\widetilde{x},\widetilde{x}-z\rangle\geq0. 特别地, 令z=\widetilde{y},有 \langle x-\widetilde{x},\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle\geq0. 进一步可以得到 \langle x,\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle\geq\langle \widetilde{x},\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle. (5.3) 注意到 \|y-(tz+(1-t)\widetilde{y})\|^{2}\geq\|y-\widetilde{y}\|^{2}. 按上述方法,我们得到 \langle y-\widetilde{y},\widetilde{y}-z\rangle\geq0. 特别地, 如果z=\widetilde{x},有 \langle y-\widetilde{y},\widetilde{y}-\widetilde{x}\rangle\geq0. 因此 \langle -y,\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle\geq-\langle \widetilde{y},\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle. (5.4) 由(5.3) 和(5.4)式,有 \|\widetilde{x}-\widetilde{y}\|^{2}\leq \langle x-y,\widetilde{x}-\widetilde{y}\rangle\leq \|x-y\|\|\widetilde{x}-\widetilde{}y\|. 所以 \|Px-Py\|\leq\|x-y\|.
例 5.2 设X=R^{n},并取通常范数\|\cdot \|, C=\{x\in X:\|x\|\leq 1\}. 对任意的x=(x_{1},x_{2},\cdots,x_{n})\in C, 定义两个映射T_{1},T_{2}:C\rightarrow X如下 T_{1}x=(1-x_{1},-x_{2},\cdots,-x_{n}) 和 T_{2}x=(1-x_{1},0,\cdots,0). 则 \|T_{1}x-T_{1}y\|=\|x-y\|,~~ \|T_{2}x-T_{2}y\|\leq\|x-y\|,~~\forall x,y \in C. 所以, T_{1},T_{2} 是渐近非扩张映射,其中\{k_n=1\}. 定义映射P:X\rightarrow C 如下 Px=\left\{\begin{array}{ll} x,& x\in C,\\ [2mm] \frac{x}{\|x\|},& x\in X\setminus C. \end{array}\right. 则由命题 5.1可知,P 是非扩张保核收缩映射. 令 \alpha_{2n}=\frac{1}{2}-\frac{1}{n^{2}}, \alpha_{2n-1}=\frac{1}{4}+\frac{1}{n}, \beta_{2n}=\frac{1}{3n},\beta_{2n-1}=\frac{1}{3}+\frac{1}{2n}, \forall n\geq 1. 容易看出,当S_{1} 和 S_{2} 为恒等映射时,定理 4.5条件都满足. 并且注意到在R^{n}中,强收敛和弱收敛是等价的. 因此, 由(2.1) 式定义的序列\{x_{n}\} 强收敛到T_{1},T_{2},S_{1},S_{2} 的公共不动点x=\{\frac{1}{2},0,\cdots,0\}.