G8-E5

[!infobox] Proposición: Medibilidad de Conjuntos Abiertos y Cerrados Contexto: σ\sigma-álgebra de Borel / Lebesgue Enunciado: Sea M\mathcal{M} la σ\sigma-álgebra de Lebesgue en R\mathbb{R}.

  1. Si ARA \subseteq \mathbb{R} es abierto, entonces AMA \in \mathcal{M}.
  2. Si FRF \subseteq \mathbb{R} es cerrado, entonces FMF \in \mathcal{M}. Advertencia/Clave: La prueba se basa en el Teorema de Estructura de los abiertos en R\mathbb{R} (unión contable de intervalos).

Demostración:

(a) Caso Abierto Sea ARA \subseteq \mathbb{R} un conjunto abierto.

  1. Estructura: Sabemos que todo conjunto abierto no vacío en R\mathbb{R} puede escribirse como una unión contable de intervalos abiertos disjuntos. (Si A=A = \emptyset, es trivialmente medible). Existen intervalos abiertos {In}nN\{I_n\}_{n \in \mathbb{N}} tales que:
A=n=1InA = \bigcup_{n=1}^{\infty} I_n
  1. Medibilidad de intervalos: Sabemos que los intervalos abiertos son medibles Lebesgue (InMI_n \in \mathcal{M} para todo nn).
  2. Clausura de la σ\sigma-álgebra: Por definición, M\mathcal{M} es cerrada bajo uniones numerables.
InM,n    n=1InMI_n \in \mathcal{M}, \forall n \implies \bigcup_{n=1}^{\infty} I_n \in \mathcal{M}
  1. Conclusión:
AMA \in \mathcal{M}

(b) Caso Cerrado Sea FRF \subseteq \mathbb{R} un conjunto cerrado.

  1. Relación con abiertos: Por definición de conjunto cerrado, su complemento Fc=RFF^c = \mathbb{R} \setminus F es un conjunto abierto.
  2. Aplicación de (a): Por el resultado demostrado en la parte (a):
FcMF^c \in \mathcal{M}
  1. Clausura bajo complementos: Por definición de σ\sigma-álgebra, si un conjunto pertenece a M\mathcal{M}, su complemento también pertenece a M\mathcal{M}.
(Fc)cM(F^c)^c \in \mathcal{M}
  1. Conclusión: Dado que (Fc)c=F(F^c)^c = F:
FMF \in \mathcal{M} \blacksquare