#6Espacios métricos

2025 - Teórica 6 - Espacios métricos II

15 min de lectura

Tue-08-04-2025 19:06 profe: Natalia Accomazzo Scotti status: tags: Espacios métricos


Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Sea (M,d) un espacio meˊtrico. Sea EM,xE.Decimos que x es un punto interior si existe r>0 tal que B(x,r)E.El interior de E es el conjunto de los puntos interiores\begin{array}{l} \text{Sea $(M,d)$ un espacio métrico. Sea $E\subseteq M,x \in E$.}\\ \text{Decimos que $x$ es un punto interior si existe $r>0$ tal que $B(x,r)\subseteq E$.}\\ \text{El interior de $E$ es el conjunto de los puntos interiores} \end{array} Obs:E°EObs:E°\subseteq E

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Sea AM un subconjunto.A es abierto     A°=A \begin{array}{l} \text{Sea $A\subseteq M$ un subconjunto.} \\\text{$A$ es abierto $\iff A°=A$ } \end{array}

EjemplosEjemplos
  1. E={x2+y2<1}(R2,d)E=\{ x^{2}+y^{2}<1 \}\subseteq(\mathbb{R}^{2},d) EE es abierto. Sea (x0,y0)E    r>0B((x0,y0),r)E(x_{0},y_{0})\in E\implies \:\exists\:r>0\bigm|B((x_{0},y_{0}),r)\subseteq E Sea r=1x02+y02<1>0r=1-\underbrace{ \sqrt{ x_{0}^{2}+y_{0}^{2} } }_{ <1 }>0 Sea (x,y)B((x0,y0),r).(x,y)\in B((x_{0},y_{0}),r). Quiero ver que (x,y)E(x,y)\in E
(x,y)E    x2+y2<1(x,y)\in E\iff \sqrt{ x^{2}+y^{2} }<1 d2((x,y),(0,0))d2((x,y),(x0,y0))+d2((x0,y0),(0,0))d_{2}((x,y),(0,0))\leq d_{2}((x,y),(x_{0},y_{0}))+d_{2}((x_{0},y_{0}),(0,0)) <r+x02+y02=1x02+y02r+x02+y02=1<r+\sqrt{ x_{0}^{2}+y_{0}^{2} }=\underbrace{ 1-\sqrt{ x_{0}^{2}+y_{0}^{2} } }_{ r }+\sqrt{ x_{0}^{2}+y_{0}^{2} }=1     (x,y)B((0,0),1)=E\implies(x,y)\in B((0,0),1)=E

En general, si (M,d)(M,d) espacio métrico     E=B(x,r)\implies E=B(x,r) es abierto.

Sea yE.y \in E. Quiero ver que r>0B(y,r)B(x,r)\:\exists\:r'>0\bigm|B(y,r')\subseteq B(x,r) Elijo r=rd(x,y)>0r'=r-d(x,y)>0

Sea zB(y,r)z\in B(y,r') y quiero ver que zB(x,r).z \in B(x,r).

d(z,r)d(z,y)<r+d(y,x)<rd(x,y)+d(y,x)=rd(z,r)\leq \underbrace{ d(z,y) }_{ <r' }+d(y,x)<r-d(x,y)+d(y,x)=r     zB(x,r)\implies z \in B(x,r)

Prop. :{\color{Orange} \text{Prop. :} }

(M,d) un espacio meˊtrico. Entonces ,M son abiertos.\begin{array}{l} \text{$(M,d)$ un espacio métrico. Entonces $\emptyset,M$ son abiertos.} \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }

  1. =°    \emptyset=\emptyset°\implies \emptyset es abierto.
  2. Si xMx \in M entonces B(x,r)MB(x,r)\subseteq M r>0\forall r>0

Teorema:{\color{violet} \text{Teorema:}}

Sea {Ai}iJ una familia de conjuntos abiertos en un espacio meˊtrico (M,d).Entonces, la unioˊA=iJAi es un conjunto abierto.\begin{array}{l} \text{Sea } \{ A_i \}_{i \in J} \text{ una familia de conjuntos abiertos en un espacio métrico } (M,d). \\ \text{Entonces, la unión } A = \bigcup_{i \in J} A_i \text{ es un conjunto abierto.} \end{array}

Demostracioˊn:{\color{violet} \text{Demostración:}}

Sea xAx \in A.
Entonces, por definición de unión, existe i0Ji_0 \in J tal que xAi0x \in A_{i_0}.

Como Ai0A_{i_0} es abierto, existe r>0r > 0 tal que B(x,r)Ai0B(x, r) \subseteq A_{i_0}.

Pero como Ai0AA_{i_0} \subseteq A, se tiene:

B(x,r)Ai0AB(x, r) \subseteq A_{i_0} \subseteq A

Por lo tanto, existe un entorno abierto de xx contenido en AA, es decir, xx es un punto interior de AA.

Como esto vale para todo xAx \in A, concluimos que AA es abierto.

Q.E.D.\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \boxed{\text{Q.E.D.}} \quad \square

Teorema:{\color{violet} \text{Teorema:}}

Sean A1,A2,,An(M,d) conjuntos abiertos.Entonces, su interseccioˊA=i=1nAi tambieˊn es abierta.\begin{array}{l} \text{Sean } A_1, A_2, \dots, A_n \subseteq (M,d) \text{ conjuntos abiertos.} \\ \text{Entonces, su intersección } A =\displaystyle \bigcap_{i=1}^n A_i \text{ también es abierta.} \end{array}

Demostracioˊn:{\color{violet} \text{Demostración:}} Sea xAx \in A.
Entonces xAix \in A_i para todo i=1,,ni = 1, \dots, n.

Como cada AiA_i es abierto, existe un radio ri>0r_i > 0 tal que:

B(x,ri)AiB(x, r_i) \subseteq A_i

Sea ahora:

r=min{r1,r2,,rn}r = \min\{ r_1, r_2, \dots, r_n \}

Entonces:

B(x,r)B(x,ri)Aipara todo i=1,,nB(x, r) \subseteq B(x, r_i) \subseteq A_i \quad \text{para todo } i = 1, \dots, n

Por lo tanto:

B(x,r)i=1nAi=AB(x, r) \subseteq \bigcap_{i=1}^n A_i = A

Hemos mostrado que existe un entorno abierto de xx contenido en AA, así que xAx \in A^\circ.

Como esto vale para todo xAx \in A, concluimos que AA es abierto.

Q.E.D.\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \boxed{\text{Q.E.D.}} \quad \square

Ejemplos:Ejemplos:

An=(1n,1n)(R,)A_{n}=\left( - \frac{1}{n}, \frac{1}{n} \right)\subseteq(\mathbb{R},\lvert \cdot \rvert)

  • AnA_{n} es abierto
  • Ai={0}\bigcap A_{i}=\{ 0 \} {0}\{ 0 \} no es abierto r,B(0,r){0}\forall r,B(0,r)\cancel{ \subseteq }\{ 0 \}
B(0,r)=(r,r)    r2B(0,r),r20B(0,r)=(-r,r)\implies \frac{r}{2}\in B(0,r), \frac{r}{2}\neq 0

Otro ejemplo, An=[0,1n)A_{n}=\left[ 0, \frac{1}{n} \right) en (R0,)(\mathbb{R}_{0},|\cdot|)

An=[0,1n)A_{n}=\left[ 0, \frac{1}{n} \right) en (R0,)(\mathbb{R}_{\geq0},|\cdot|)

  • AnA_{n} es abierto.
  • Sea xAn=[0,1n)x \in A_{n}=\left[ 0, \frac{1}{n} \right) Sea r=1nxr= \frac{1}{n}-x
B(x,y)={y0:xy<r}[0,1n)B(x,y)=\{ y\geq 0:|x-y|<r \}\subseteq\left[ 0, \frac{1}{n} \right)     A=n=1An={0}\implies A=\bigcap_{n=1}^{\infty}A_{n}=\{ 0 \}

y esto no es abierto.

En (R,δ)(\mathbb{R},\delta) todos los conjuntos {x}\{ x \} son abiertos.


Prop. :{\color{Orange} \text{Prop. :} }

Sea EM. Sea AE abierto. Entonces AE°. Es decir, E° es el abierto maˊs grande adentro de E.\begin{array}{l} \text{Sea $E\subseteq M$. Sea $A\subseteq E$ abierto. Entonces $A\subseteq E°.$ }\\ \text{Es decir, $E°$ es el abierto más grande adentro de $E$.} \end{array}

Dem.:{\color{Orange}\text{Dem.:}} Sea xAx\in A. Como AA es abierto, existe r>0r>0 tal que

B(x,r)    A.B(x,r)\;\subseteq\;A.

Pero además AEA\subseteq E, luego

B(x,r)    A    E.B(x,r)\;\subseteq\;A\;\subseteq\;E.

Por definición de interior, eso significa que xx es un punto interior de EE, es decir, xEx\in E^\circ. Como xx era arbitrario, concluimos

A    E.A\;\subseteq\;E^\circ.

y con ello que EE^\circ es el mayor abierto contenido en EE.

Q.E.D.\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \boxed{\text{Q.E.D.}} \quad \square

No se si esto alcanza para decir que es el más grande. Solo sirve para decir que está incluido en el interior de EE .


Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Sea (M,d) espacio meˊtrico, xM,EM. Decimos que x es punto de adherencia de E si r>0:B(x,r)E\begin{array}{l} \text{Sea $(M,d)$ espacio métrico, $x \in M,E\subseteq M.$ }\\ \text{Decimos que $x$ es punto de adherencia de $E$ si $\forall r>0\::$}\\ \text{$B(x,r)\cap E\neq \emptyset$} \end{array}

Obs:Obs:

  • EEE\subseteq \overline{E}
  • En general no es cierto que
B(x,r)=B[x,r]\overline{B(x,r)}=B[x,r]

Citas y Comentarios

Todos los detalles o demos faltantes están en link Sino: link

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