Введение

В математике теорема Хайне — Кантора, названная в честь Эдуарда Хайне и Георга Кантора, утверждает, что если f — непрерывная функция между двумя метрическими пространствами X и Y, и X компактно, то f равномерно непрерывна. Важным частным случаем является то, что любая непрерывная функция из замкнутого ограниченного интервала в множество действительных чисел равномерно непрерывна.

Доказательство

Предположим, что и являются двумя метрическими пространствами с метриками и , соответственно. Предположим далее, что функция непрерывна и компактна. Мы хотим показать, что равномерно непрерывна, то есть для каждого положительного действительного числа существует положительное действительное число такое, что для всех точек из области определения функции , влечет .

Рассмотрим некоторое положительное действительное число . По непрерывности, для любой точки в области определения , существует некоторое положительное действительное число такое, что при , то есть, тот факт, что находится на расстоянии не более от влечет, что находится на расстоянии не более от .

Пусть – открытое -окрестность , то есть множество

Поскольку каждая точка содержится в своей собственной , мы находим, что множество является открытым покрытием . Поскольку компактна, это покрытие имеет конечное подпокрытие , где . Каждое из этих открытых множеств имеет связанный радиус. Давайте теперь определим , то есть минимальный радиус этих открытых множеств. Поскольку у нас конечное число положительных радиусов, этот минимум хорошо определен и положителен. Теперь мы покажем, что это подходит для определения равномерной непрерывности. Предположим, что для любых двух . Поскольку множества образуют открытое (под)покрытие нашего пространства , мы знаем, что должна лежать в одном из них, скажем, . Тогда у нас есть, что . Треугольное неравенство тогда влечет, что

что влечет, что и оба находятся на расстоянии не более от . По определению , это влечет, что и оба меньше, чем . Применение треугольного неравенства тогда дает желаемое.

Для альтернативного доказательства в случае , замкнутого интервала, см. статью Нестандартный анализ.