Sea (E,d) un espacio métrico. Dados A⊆E no vacío y x∈E, se define la distancia de x a A como
d(x,A)=inf{d(x,a):a∈A}.
Probar que para todos x,y∈E y r>0:
(a)
∣d(x,A)−d(y,A)∣≤d(x,y).
Como d(x,A) es cota inferior del conjunto S={d(x,a):a∈A}⟹d(x,A)≤d(x,a)∀a∈A
Same para y:d(y,A)≤d(y,a)∀a∈A
Por la propiedad de equivalencia 1 de ínfimos:
∀E>0,∃a∈A∣d(x,a)<d(x,A)+E
Tengo entonces:
d(x,A)≤d(x,a)<d(x,A)+E (1)
Quiero llegar a lo que quiero probar, a partir de d(y,A):
d(y,A)d(y,A)=inf(S)≤d(y,a)Desigualdad triang.≤d(y,x)+d(x,a)(1)<d(y,x)+d(x,A)+EPor Ej.1 G1⟹d(y,A)≤d(x,y)+d(x,A)d(y,A)−d(x,A)≤d(x,y)(∗)
Análogamente (usando desigualdad triang. a partir de d(x,A)) obtengo:
d(x,A)≤d(x,a)≤d(x,y)+d(y,a)<d(x,y)+d(y,A)+E⟹d(x,A)≤d(x,y)+d(y,A)⟹d(x,A)−d(y,A)≤d(x,y)(∗∗)
Juntando (∗) y (∗∗) llegamos a lo que queríamos probar pues:
∣d(x,A)−d(y,A)∣≤d(x,y)={d(x,A)−d(y,A)≤d(x,y)d(y,A)−d(x,A)≤d(x,y)Esto es (**)Esto es (*)
□
(b)
x∈A⟹d(x,A)=0.
(c)
d(x,A)=0⟺x∈A.
Sea (X,d) un espacio métrico, A⊆X y x∈X.
Definiciones:
- Distancia de un punto a un conjunto:
d(x,A):=inf{d(x,a):a∈A}.
- Clausura de un conjunto: x∈A si existe una sucesión (an)⊆A tal que an→x.
(⇒) Si x∈A entonces d(x,A)=0
- Como x∈A, existe una sucesión (an)⊆A que converge a x:
n→∞liman=x.
- Por definición de convergencia:
∀ε>0,∃N∈N:n≥N⟹d(an,x)<ε.
- Como d(x,A)≤d(an,x) para todo n, y d(an,x)→0, se tiene:
d(x,A)=0.
(⇐) Si d(x,A)=0 entonces x∈A
- Supongamos d(x,A)=0. Por definición de ínfimo:
∀ε>0,∃a∈A tal que d(x,a)<ε.
- Construimos una sucesión (an)⊆A:
- Tomamos ε=1: existe a1∈A con d(x,a1)<1
- Tomamos ε=1/2: existe a2∈A con d(x,a2)<1/2
- Tomamos ε=1/3: existe a3∈A con d(x,a3)<1/3
- Y así sucesivamente, definiendo an∈A con d(x,an)<1/n
- Por construcción:
d(an,x)<n1⟹n→∞liman=x.
- Por la caracterización secuencial de la clausura:
x∈A.
Observación:
Si A es cerrado, entonces A=A, y se obtiene:
d(x,A)=0⟺x∈A.
(d)
BA(r)={x∈E:d(x,A)<r}
es abierto.
(e)
BA(r)={x∈E:d(x,A)≤r}
es cerrado.