- Sea K=0∪n1:n∈N⊆R. Probar, por definición, que K es compacto.
Lo que tenia en Genially
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Recordamos la def. de compacidad:
Def.: K⊆E es compacto si ∀(an)⊆K,∃(ank) subsucesión con ank→L∈K.
Obs: Todo transcurre en K, E no importa.
(También la caracterización de compacidad mediante cubrimientos:
Teorema: K⊆E. Son equivalentes:
- K es compacto.
- ∀A⊆K infinito, A′∩K=∅. Con A′ el conj. de ptos. de acumulación de A.
- ∀G cubrimiento por abiertos de K,∃F⊆G finito con F cubrimiento de K.)
Notar que K es cerrado.
(a) K es acotado.
Si converge:
En la teo. vimos esto: si tomo la sucesión an=n1.
Sé que an→0.
Sea G=Gα un cubrimiento por abiertos de K.
Debe existir G0∈G con 0∈G0. Como G0 es abierto ∃r>0/B(0,r)⊆G0.
En el gráfico lo roto que tiene X.
0∈K
Aplicaciones:
- Sea (zn)⊆E, con zn→z. Entonces K=z∪zn:n∈N es compacto.
Dem. 1:
En efecto, sea G cubrimiento por abiertos de K.
Tomo Gz∈G con z∈Gz. Como zn→z.
Para 1≤n≤n0, tomo Gn∈G con zn∈Gn. Así, K⊆⋃n=1n0Gn.
Como n1<ϵ.
Tomo Gnk en G con znk∈Gnk. ∀n≥n0.
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Si elijo ϵ<r,∃n0∈N/n1<ϵ.
Quedó detenido G0:
Bueno en realidad estamos en R.
Defino Gni=G0. Y dado Gj con j∈1,…,n0.
Luego, F=⋃j=1n0Gj⊆G resulta finito.
K es compacto.
G existe cubrimiento finito de K. G=Gα cub. ab. de K, arbitrario.
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Otra demo, con la def. de compacidad.
Dada (an)n∈N⊆K, an∈K,∀n∈N.
y que además an∈[0,1].
K es acotado.
Por teorema de B-W:
Teorema de Bolzano-Weierstrass:
Toda sucesión (an)⊆R acotada tiene una subsucesión convergente.
⇒(an)n∈N tiene subsucesión convergente.
Basta ver que l∈K.
Sea ank→l.
Por absurdo:
Caso 1: l<0.
Tomamos ϵ=∣l∣.
Como ank→l.
Dado ϵ,∃k0∈N/∣ank−l∣<ϵ,∀k≥k0.
Es decir ∣ank−l∣=∣ank+∣l∣∣=ank+∣l∣.
ank+∣l∣<ϵ.
Pero teníamos que ank≥0.
Absurdo. ⇒l≥0.
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Caso 2: l>1.
Si tomo ϵ=l−1.
Tengo que dado ϵ,∃k0∈N/∣ank−l∣<ϵ,∀k≥k0.
−ϵ<ank−l<ϵ.
l−ϵ<ank<l+ϵ.
l−(l−1)<ank.
1<ank.
Absurdo. l≤1.
Caso 3: l∈(0,1).
Como l∈(0,1)→∃n0∈N/n0+11<l<n01.
n01−l=0 pues l=n01.
Tomo ϵ=minl−n0+11,n01−l.
Si ank≤n0+11:∣ank−l∣=l−ank≥l−n0+11≥ϵ. Absurdo.
Si ank≥n01:∣ank−l∣=ank−l≥n01−l≥ϵ. Absurdo.
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Entonces debe suceder que l∈K.
Como an→l,l∈K. (an)n∈N es acotada. Se cumple que l∈K.
Es compacto.-----
[!example] Ejercicio: Compacidad de K={0}∪{n1:n∈N}
Objetivo: Probar que K es compacto usando la definición de Compacidad Secuencial.
Definición: K es compacto si toda sucesión (xm)m∈N⊆K admite una subsucesión convergente cuyo límite pertenece a K.
Demostración
Sea (xm)m∈N⊆K una sucesión arbitraria de puntos en K.
Debemos analizar el comportamiento de los términos de la sucesión. Se presentan dos casos posibles:
Caso 1: La sucesión toma un valor infinitas veces
Supongamos que existe un valor c∈K tal que xm=c para infinitos índices m.
- Podemos construir una subsucesión constante: (xmk)=(c,c,c,…).
- El límite de esta subsucesión es trivialmente:
k→∞limxmk=c
- Como c∈K (por hipótesis), hemos encontrado una subsucesión que converge a un punto de K.
Caso 2: La sucesión toma infinitos valores distintos
Si ningún valor se repite infinitas veces, la sucesión debe "moverse" a través de los elementos de K.
Sabemos que los elementos de K son de la forma 1/n o 0.
Como el conjunto tiene infinitos puntos distintos, la única forma de tener una sucesión de puntos distintos en K es que los denominadores crezcan.
Formalmente:
Sea ϵ>0 arbitrario.
- Sabemos que existe un N0∈N tal que N01<ϵ.
- El conjunto de puntos de K que están fuera del intervalo (−ϵ,ϵ) es el conjunto finito {1,1/2,…,1/(N0−1)}.
- Como nuestra sucesión (xm) toma infinitos valores distintos, no puede quedarse atrapada en ese conjunto finito para siempre.
- Por lo tanto, existe un índice M0 a partir del cual todos los términos de la sucesión (o de una subsucesión de ella) satisfacen xm<ϵ.
Esto implica que:
m→∞limxm=0
Como 0∈K (por definición del conjunto), la sucesión converge a un punto de K.
[!success] Conclusión
En ambos casos, hemos hallado una subsucesión (o la sucesión misma) que converge a un elemento de K.
∴K es secuencialmente compacto.