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文档简介

第6讲直线上的点集,目的:掌握Cantor集的构造,熟悉直线上开集与闭集的构造。重点与难点:Cantor集的构造。,第6讲直线上的点集,一自密集、疏朗集、完备集问题1:回忆开集与闭集的定义,可否通过集合与其导集的关系重新定义开集与闭集?问题2:集合与其导集有哪些可能的关系?,第6讲直线上的点集,定义5(i)若,即的每一点都是自身的聚点,则称是自密集;(ii)若,则称是完备集合。定义6假设是中的一个集合,如果不包含任何邻域,则称为无处稠密的。,第6讲直线上的点集,问题3:能否在直线上找到既完备有是疏朗的集合?,第6讲直线上的点集,Cantor集的构造:将0,1均分为三段,删去中间的开区间,将剩下的两个区间再次三等分,删去中间的两个区间即。如此继续下去,最终剩下的点集记作G,称之为Cantor集,则G是一个完备集。,问题4:你认为Cantor集的势是多少?*定理10。证明:回忆一下前面的进位表示法以及Cantor集的构造立刻看到,这里用三进制小数表示(0,1)中的点,将会更方便于讨论。我们先来看看,去掉的三等分区间中的点用三进制表示的话,有什么规律。显然,第一次删去的区间,第6讲直线上的点集,内的点对应的三进制数第一位必然是1,进一步观察不难发现,只要点在某个删去的区间内,则的三进制表示中,必有某一位是1。反之,如果不是分点,且在某位出现1,则在经过若干次删除手续后,必然在删去的区间内,即。因此,除了分点外,在中当且仅当其三进制表示中不出现数1。注意挖去的区间是可数的,故分点集也可数,因此,第6讲直线上的点集,因此。如果在2定理9中令,则立得。于是。证毕。,第6讲直线上的点集,第6讲直线上的点集,二直线上开集、闭集的构造问题5:除开区间外,你还能找出直线上多少开集?,第6讲直线上的点集,问题6:开集中每一点都是内点,因此直线上任一开集中的每一点都有一个开邻域包含在该开集中,这样的开邻域有多少?其中有没有最大的一个?如何找出这个最大的开邻域?,第6讲直线上的点集,*定理11中任何非空的有界开集都是有限个或可数个互不相交的开区间的并。,第6讲直线上的点集,定理11的证明:设是有界开集,则存在,使得。对任意,由是开的,知存在开区间,使。不难看到,包含的中开区间有无穷多个,记,,往证:(i),且。(ii)对任意,或者,或者。对任意,记由的定义知存在,使,,第6讲直线上的点集,且。于是。即,故。如果,则存在,使,显然,这与的定义矛盾。因此。同理可证。,第6讲直线上的点集,(i)证完。再证(ii),对任意,若,则或者中至少有一个在中;从而也在中,无论何种情形均与(i)矛盾。故(ii)也成立。,第6讲直线上的点集,以上论证说明,可以表示为一些互不相交的开区间之并。而这些区间的全体必定是至多可数的,这只要从每个区间中取出一个有理数,从而不同区间对应不同的有理数便可得到证明。证毕。,第6讲直线上的点集,第6讲直线上的点集,问题7:根据开集与闭集的互余关系,如何构造直线上的闭集?,第6讲直线上的点集,定理13设是非空的有界闭集,则是由一闭区间中去掉有限个或可数个互不相交的开区间而成。,第6讲直线上的点集,定理13的证明:设,则由定理12知,于是,且。由定理6的推论1知是开集,由定理11,存在有限个或可数个互不相交的开区间,使,从而。证毕。,第6讲直线上的点集,问题8:直线上什么样的闭集是完备的?所有的完备集都是这样的吗?,第6讲直线上的点集,定理12假设是中的有界闭集,则;换言之,中既有最大数,也有最小数。定理14假设是非空有界闭集,则是完备集当且仅当是从一闭区间a,b中去掉有限个或可数个彼此没有公共端点且与a,b也无公共端点的开区间而成。,第6讲直线上的点集,定理14的证明:若是完备集;则显然挖去的开区间彼此无公共端点,否则这个

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