Tue-10-09-2024 09:09
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tags: Espacios métricos
Def.1
Dado A⊆E. x∈E es un punto de adherencia de A si ∀r>0:B(x,r)∩A=∅
Def.2
Dado A⊆E, la clausura de A es: A:{x∈E∣ x es un punto de adherencia de A}
Def.3
A cerrado si A=A
Ejemplos:
- E=I
A=(a,b),x∈A⟹x∈Apues x∈B(x,r)∩A∀r>0
Six=a:
a∈AB(a,r)∩(a,b)=∅∀r>0⟹a es de adherencia y pertenece a la clausura⟹a∈A
Si x=b, es el caso análogo al anterior ⟹b∈A
Si x<a, x no es de adherencia pues existe una distancia E=a−x>0 tal que la bola abierta centrada en x y radio E no interseca con A.
⟹B(x,2E)∩A=∅⟹x no es de adherencia⟹x=a∈A
Si x>b, lo mismo ⟹b∈A
⟹A=[a,b]
A=[a,b]enE=R⟹A=A,A es cerrado
Los intervalos cerrados son cerrados
-
A=(a,b]
- b∈A°,puesB(b,r)⊆A∀r
Como b∈A⟹A no es abierto.
- a∈A∧a∈A⟹A no es cerrado
-
E=(Rn,d2),r>0
A={y∈E∣d(x,y)<r}=B(x,r)A es abierto
- E=(Rn,d2),r>0
A={y∈E∣d(x,y)≤r}=B(x,r)A es cerrado
- E=(C([0,1]),d∞)
A={f∈E∣f(0)<2}A={f∈E∣f(0)≤2}
Prop.1
A⊆E
- A⊆Aˉ
- B⊆A⟹B⊆A
- F⊆E,F cerrado tal que A⊆F⟹Aˉ⊆F
- Cualquier conjunto está contenido en su clausura.
- La clausura de un subconjunto está contenida en la clausura del conjunto.
- La clausura de un conjunto A está contenida en un conjunto que contenga a A.
Dem:
1.
x∈A⟹B(x,r)∩A=∅⟹x∈Aˉ
- x es un punto de adherencia de B, entonces:
x∈B⟺B(x,r)∩B=∅∀r
Como B⊆A, cualquier entorno que interseca con B, también interseca con A.
B⊆A,B(x,r)∩A=∅∀r⟹x∈A
Luego, tengo que:
∀x∈B⟹x∈A⟹B⊆A
A⊆FPor2⟹Aˉ⊆FˉF es cerrado=F
Prop.2
A⊆E:
-
E∖A=(E∖A)°
-
E∖A°=E∖A
-
El complemento de la clausura es el interior del complemento.
(A)c=(Ac)°
- El complemento del interior es la clausura del complemento.
(A°)c=(Ac)
Reformulado, queda:
(Aˉ)c=(Ac)°(A°)c=Ac
Dem:
1.
x∈E∖A=(A)c⟺x∈A⟺∃r∣B(x,r)∩A=∅⟺x∈(E∖A)°
Si no interseca con A, entonces interseca con su complemento. Más aún, está contenida en el complemento.
B(x,r)⊆(E∖A)=Ac
Como existe bola contenida en Ac, entonces x es punto interior de Ac.
x∈(A)c⟺x∈(Ac)°∴(A)c=(Ac)°
- Dado un x∈A°, significa que ninguna bola abierta centrada en x está contenida en A. Es decir, toda bola tiene intersección no nula con Ac.
x∈E∖A°=(A°)c⟺x∈A°⟺∀r:B(x,r)∩E∖A=∅⟺∀r:B(x,r)∩Ac=∅x∈E∖A=(Ac)
Como x∈(A°)c⟺x∈(Ac)
(A°)c=(Ac)
□
Corolario1
A⊆E,A cerrado ⟺E∖A es abierto
Dem:
A cerrado ⟺A=Aˉ
E∖A=E∖Aˉ=(E∖A)°⟺E∖A es abierto
Prop.3
{Ai}i∈I conjuntos , E∖⋃i∈IAi=⋂i∈I(E∖Ai)
El complemento de la unión es la intersección del los conjuntos.
Dem:
⊆) Dado un x que no pertenece a la unión, entonces x no pertenece a ningún Ai. Entonces pertenece al complemento de todo Ai. Entonces pertenece a la intersección de los complementos de cada Ai.
x∈E∖⋃Aix∈Ai para ningun ix∈E∖AiPara alguˊn i
⊇)
x∈⋂(E∖Ai)x∈E∖Aix∈Ai∀i⟹x∈⋃Ai⟹x∈E∖⋃AiPara alguˊn i
□
- {Gi} abiertos ⟹⋃Gi es abierto.
- {Gi}i∈I abiertos, I finito ⟹⋂Gi es abierto
La unión de abiertos es abierto.
La intersección finita de abiertos es abierto.
Prop.4
- {Fi}i∈I cerrados ⟹⋂Fi es cerrado
- {Fi}i∈I cerrados I finito ⟹⋃Fi es cerrado
La intersección de cerrados es cerrado.
La unión finita de cerrados es cerrado.
Dem:
Primero demostremos
E∖i∈I⋃Ai=i∈I⋂(E∖Ai)
Del mismo modo
E∖i∈I⋂Ai=i∈I⋃(E∖Ai)
Llamo
Bi=E∖Ai⟺E∖Bi=Ai
⋂(E∖Ai)=⋂BiE∖⋂Bi=E∖(E∖⋃Ai)=⋃Ai=⋃(E∖Bi)
Conclusión:
E∖⋂Bi=⋃(E∖Bi)
Ahora lo uso para demostrar la propiedad:
1.
E∖⋂Fi=⋃(E∖Fi) es abierto
pues Fi es cerrado, E∖Fi es abierto.
⟹⋂Fi es cerrado
Desde aca R2
2.
E∖(⋃Fi)=⋂(E∖Fi)⟹⋃Fi es cerrado
Pues ⋃Fi es cerrado, E∖Fi es abierto, ⋂(E∖Fi) es abierto.
Obs1
Consideremos Fn=[n1,1] en R.
i=1⋃∞Fn=(0,1] esto no es cerrado.
pues {Fn} no es familia finita.
Prop.5
A=⋂Fcerrado:A⊆FF
La intersección de cerrados que contienen a A es la clausura de A
Dem:
Sabemos que:
- A⊆Aˉ∧Aˉ es cerrado.
- Esto implica que Aˉ es alguno de los F
F cerrado, A⊆F⟹Aˉ⊆F
En principio tendría
⋂F⊇Aˉ
Pero como Aˉ es alguno de esos F:
⟹⋂F=A
Corolario2
Aˉ es el menor de los cerrados que contienen a A
Def.4
A⊆E se dice denso en E si Aˉ=E
Ejemplos:
- Q es denso en R
∀x∈R:B(x,r)∩Q=∅∀r
Esto me sirve pues puedo aproximar irracionales mediante racionales. Pues toda bola centrada en algún irracional, seguro contiene a algún racional
- R∖Q en denso en R
- Qn es denso en Rn
- R[x] son densos en (C([0,1]),d∞). Teorema de Stone-Weierstrass
Cualquier función continua puede ser aproximada por algún polinomio.
Prop.6
Son equivalentes:
- A es denso en E
- (E∖A)°=∅
- (∀B⊆Ebola abierta):A∩B=∅
- ∀G⊆E abierto:A∩G=∅
Dem:
1→2)
(E∖A)°=E∖Aˉpues A es denso=E∖E=∅
4→1)
x∈E,r>0cualquieraG=B(x,r)∩A=∅x∈AˉAˉ=E
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