开集与闭集PPT课件

第二节开集与闭集 第二章点集 主讲 胡努春 1 开集 闭集 P0为E的接触点 P0为E的聚点 P0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 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 证明 任取x a b c 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 闭集为对极限运算封闭的点集 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 p0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 6 E 为闭集 7 E 为闭集 注 为包含E的最小闭集 E 从而即x为E的聚点 从而 8 开集与闭集的对偶性 P0为E的接触点 P0为E的聚点 P0为E的内点 P0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 开集的余集是闭集 P0为E的接触点 P0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 闭集的余集是开集 P0为E的接触点 P0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 12 闭集的性质 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 直线上的开集构造 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 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 R中有关紧性的两个结论 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 注 对无限维空间不一定成立 详细内容参见教材p 183例6 16 Heine Borel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 17 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 设F为R1中的有界闭集 G为开集且则存在 0 使得当 x 时 有 证明 对任意的y F 由于y G