开集与闭集.ppt

第二第二节节 开集与开集与闭闭集集第二章 点集主讲：胡努春1.开集、开集、闭闭集集lP0为 E的接触点：lP0为 E的聚点：lP0为 E的内点：说明：要证E是开集，只要证 要证E是闭集，只要证 若E=E,则称E为开集（E中每个点都为内点)若 ,则称E为闭集（与E紧挨的点不跑到E外）2.例：开区间(a,b)为开集说明：要证E是开集，只要证 abx 证明：任取x(a,b),取=min|x-a|,|x-b|,则 ,从而x是（a,b）的内点，故(a,b)是开集。3.例：闭区间a,b为闭集说明：要证E是闭集，只要证a b x 证明：任取xa,bc,取=min|x-a|,|x-b|,则 ,从而x不是a,b的接触点，从而a,b的接触点都在a,b内，从而a,b是闭集。4.注：注：闭闭集集为对为对极限极限运算运算封封闭闭的点集的点集l即：A为闭集当且仅当A中的任意收敛点列收敛于A中的点利用：利用：p p0 0为E的接触点的充要条件为存在E中点列pn,使得或p0是E的聚点的充要条件为存在E中的互异的点所成的点列pn,使得若 （或 ）,则称E为闭集。（与E接近的点不跑到E外）5.E为开集注：E为含于E内的最大开集E从而y为E的内点，从而所以x为E的内点，即证明：只要证任取 ，由内点的定义知任取 ，取6.EE为闭为闭集集E证明：只要证任取 ，由聚点的定义知7.EE为闭为闭集集注：为包含E的最小闭集E从而即x为E的聚点，从而8.开集与开集与闭闭集的集的对对偶性偶性lP0为 E的接触点：lP0为 E的聚点：lP0为 E的内点：lP0为 E的外点：b.若E为开集，则Ec为闭集;若E为闭集，则Ec为开集。a.9.开集的余集是开集的余集是闭闭集集 lP0为 E的接触点：lP0为 E的内点：从而x不是Ec的接触点，也即Ec的接触点一定在Ec内，从而 ，即Ec为闭集。证明：设E为开集，即从而10.闭闭集的余集是开集集的余集是开集lP0为 E的接触点：lP0为 E的内点：证明：设E为闭集，即 任取 ，假如x不是Ec的内点，则x的任一邻域内至少有一个属于E的点，从而x为E的接触点，由为闭集可知x在E内，这与 矛盾，所以Ec中的点都为Ec的内点，即Ec为开集。11.开集的性开集的性质质 a.空集，Rn为开集;b.任意多个开集之并仍为开集；c.有限个开集之交仍为开集。注：无限多个开集的交不一定为开集，如：En=(0,1+1/n),Rn中只有空集和Rn既开又闭，存在大量既不开又不闭的集合，如：E=0,1)A B12.闭闭集的性集的性质质a.空集，Rn为闭集；b.任意多个闭集之交仍为闭集；c.有限个闭集之并仍为闭集。注：无限多个闭集的并不一定为闭集，如：En=0,1-1/n若E为开集，则Ec为闭集;若E为闭集，则Ec为开集13.直直线线上的开集构造上的开集构造l定理：直线上的任一非空开集都可唯一地表示成有限个或可数个互不相交的开区间的并。()()()()(直线上的闭集或是全直线，或是从直线上挖去有限个或可数个互不相交的开区间所得之集.14.开集的构造开集的构造直线上的闭集的孤立点必是其余区间的某两个相邻开区间的公共端点;但并不意味无孤立点的闭集定为互不相交的闭区间之并。Rn中的开集一般不能表示成至多可数个互不相交的开区间之并，但总可表示成至多可数个互不相交的半开半闭区间之并.()()()()(15.6.R6.R中有关中有关紧紧性的两个性的两个结论结论Bolzano-Weierstrass定理：若E是Rn中的一个有界的无限集，则E至少有一个聚点.点列a1,a2,a3,a4,a1=(a11,a12,a13,a1n)a2=(a21,a22,a23,a2n)a3=(a31,a32,a33,a3n)l注：对无限维空间不一定成立。详细内容参见教材 p-183例616.Heine-Borel Heine-Borel有限覆盖定理有限覆盖定理 设F为有界闭集，若开集簇 覆盖F（即 ），则 中存在有限个开集U1，U2，,Un，它同样覆盖F注：比较下面几种不同的证法1.周民强，实变函数 p-362.尤承业，基础拓扑学 p-523.熊金城，点集拓扑讲义 p-2024.教材 p-42注：Heine-BorelHeine-Borel有限覆盖定理的有限覆盖定理的逆命题也成立17.可数覆盖定理可数覆盖定理设F为Rn中一 集合，若开集簇 覆盖F（即 ），则 中存在可数个开集U1，U2，,Un，它同样覆盖F提示：利用空间中以有理点为中心，正有理数为半径的圆全体为可数集，开集中的点都为内点，以及有理点全体在Rn中稠密和有理数全体是R的稠密集18.例：例：设设F F为为R R1 1中的有界中的有界闭闭集，集，G G为为开集且开集且则则存在存在00，使得当，使得当|x|x|时时 ，有，有证明：对任意的yF，由于yG，由 组成F的一个开覆盖及有限子覆盖定理，知存在y1,y2,yn F,19.于是对每个yF至少属于某个 且y与Gc中的任一点z之间的距离为则当|x|时有 y+xG，即20.