Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is Inwendige, afsluiting, rand?

Definitie 12.10 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 1 · Hoofdstuk 12 — Topologie van de reële rechte

Zij A⊆RA \subseteq \R.

  • Een punt xx is inwendig aan AA wanneer AA een omgeving van xx is; het inwendige A˚\mathring{A} is de verzameling van de inwendige punten.
  • Een punt xx is adherent aan AA wanneer elke omgeving van xx de verzameling AA ontmoet; de afsluiting A‾\overline{A} is de verzameling van de adherente punten.
  • De rand is ∂A=A‾∖A˚\partial A = \overline A \setminus \mathring A.

Er geldt A˚⊆A⊆A‾\mathring A \subseteq A \subseteq \overline A.

Voorbeelden

Voorbeeld 12.12

(0, 1)‾=[0, 1]\overline{\intoo{0}{1}} = \intcc{0}{1}; [0, 1]˚=(0, 1)\mathring{\intcc{0}{1}} = \intoo{0}{1}; ∂(0, 1)={0,1}\partial\intoo{0}{1} = \{0, 1\}. Voor A={1n:n∈N∗}A = \{\frac 1n : n \in \N^*\} is A‾=A∪{0}\overline A = A \cup \{0\}, A˚=∅\mathring A = \emptyset en ∂A=A∪{0}\partial A = A \cup \{0\}. Voor Q\Q: wegens de dichtheid (Stelling 10.14) is elk reëel getal adherent aan Q\Q, dus Q‾=R\overline{\Q} = \R, terwijl Q˚=∅\mathring{\Q} = \emptyset (elk interval bevat irrationale getallen): de rand van Q\Q is heel R\R.

Voorbeeld 12.13 (Een volledige anatomie)

Zij A=(0, 1] ∪ (Q∩(2, 3)) ∪ {4}A = \intoc{0}{1} \,\cup\, \bigl(\Q \cap \intoo{2}{3}\bigr) \,\cup\, \{4\}. We berekenen de drie verzamelingen van Definitie 12.10, stuk voor stuk.

Inwendige. Een punt van (0, 1)\intoo{0}{1} heeft een heel interval binnen AA: inwendig. Het punt 11: elk interval eromheen lekt rechts van 11, waar AA niets heeft tot 22: niet inwendig. Geen enkel punt van Q∩(2, 3)\Q \cap \intoo{2}{3} is inwendig (elk interval bevat irrationale getallen, Stelling 10.14); en het geïsoleerde punt 44 evenmin. Dus is A˚=(0, 1)\mathring A = \intoo{0}{1}.

Afsluiting. Limieten van punten van AA: heel [0, 1]\intcc{0}{1} (0=lim⁡1n0 = \lim \frac1n met 1n∈A\frac 1n \in A); heel [2, 3]\intcc{2}{3} (elk reëel getal daar is een limiet van rationale getallen uit het interval, opnieuw de dichtheid); en 44. Meer niet: een punt buiten [0, 1]∪[2, 3]∪{4}\intcc{0}{1} \cup \intcc{2}{3} \cup \{4\} heeft positieve afstand tot die gesloten verzameling. Dus is A‾=[0, 1]∪[2, 3]∪{4}\overline A = \intcc{0}{1} \cup \intcc{2}{3} \cup \{4\}.

Rand. ∂A=A‾∖A˚={0,1}∪[2, 3]∪{4}\partial A = \overline A \setminus \mathring A = \{0, 1\} \cup \intcc{2}{3} \cup \{4\}.

Het inzicht tot slot: de drie bewerkingen werken lokaal — elk stuk van AA draagt bij naar zijn eigen aard (een massief interval behoudt zijn binnenkant, een dicht-maar-poreus stuk wordt volledig rand, een geïsoleerd punt is zuivere rand) — en een tekening van AA van twee regels voorspelt elk antwoord voordat er ook maar één bewijs geschreven is.

Voorbeeld 12.15 (Een exact berekende afsluiting)

Zij G={1m+1n:m,n∈N∗}G = \bigl\{\frac1m + \frac1n : m, n \in \N^*\bigr\} (uit Voorbeeld 12.7). Bewering:

G‾=G ∪ {1m:m∈N∗} ∪ {0}.\overline G = G \,\cup\, \Bigl\{\frac1m : m \in \N^*\Bigr\} \,\cup\, \{0\} .

(⊇\supseteq) 1m=lim⁡n(1m+1n)\frac1m = \lim_n \bigl(\frac1m + \frac1n\bigr) en 0=lim⁡n2n0 = \lim_n \frac2n: adherent wegens de karakterisering met rijen. (⊆\subseteq) Zij x=lim⁡k(1mk+1nk)x = \lim_k \bigl( \frac{1}{m_k} + \frac{1}{n_k}\bigr); orden elk paar zó dat mk≤nkm_k \leq n_k. Is (mk)(m_k) onbegrensd, dan heeft een deelrij mk→∞m_k \to \infty, dus ook nk→∞n_k \to \infty en x=0x = 0. Anders neemt (mk)(m_k) eindig veel waarden aan, waarvan er één, zeg mm, oneindig vaak voorkomt; langs die deelrij gaat 1nk→x−1m\frac{1}{n_k} \to x - \frac1m: is (nk)(n_k) begrensd, dan neemt ze een zekere waarde nn oneindig vaak aan en is x=1m+1n∈Gx = \frac1m + \frac1n \in G; zo niet, dan is x=1mx = \frac1m. Elk geval landt in de aangekondigde verzameling. Het inzicht tot slot: een afsluiting berekenen is een gevalsonderzoek op de indices in compactheidsstijl — een begrensde index betekent eindig veel waarden (duivenhok), een onbegrensde index betekent een ontsnappende limiet — en het antwoord vertoont de typische structuur van limietpunten in twee lagen: de verzameling, haar limieten van de eerste generatie, en hun limiet 00.

Lees in het hoofdstuk →