トポロジー
5.2。 コンパクト集合と完全集合
実線上のすべての開集合は、互いに素な開区間の可算和集合として書くことができることをすでに見てきました。 ここでは、閉じた集合を詳しく見ていきます。 実数直線の中で最も重要な閉集合の型はコンパクト集合と呼ばれる。:
定義5.2.1: コンパクトセット | |
実数全体の集合Sがコンパクトであるとは、Sのすべての列が再びSに含まれる元に収束する部分列を持つときである。 |
例5.2.2: | |
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ここでは、開集合のみに基づくコンパクト集合の特徴付けがあります:
定理5.2.6: ハイネ=ボレルの定理 | |
実数全体の集合Sがコンパクトであるための必要十分条件は、Sのすべての開被覆Cが有限部分被覆に還元できることである。 |
コンパクト集合は有限集合と多くの性質を共有する。 例えば、AとBがABを持つ2つの空でない集合であれば、AB#0となる。 つまり、実際には、有限個の集合に対しても真であるが、無限に多くの集合に対しては真ではない。
例5.2.7: | |
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一方、コンパクトセットには、次のniceプロパティがあり、次の章のいくつかで使用されます:
命題5.2.8:ネストされたコンパクト集合の共通部分 | |
{Aj}を各Ajが空でなくコンパクトでAj+1Ajとなるような集合の集合とする。 その場合、A=Ajは空ではありません。 |
閉じた集合のもう一つの興味深いコレクションは完璧な集合です:
定義5.2.9:完璧なセット | |
集合Sが完全であるとは、それが閉じていてSのすべての点がsの累積点であることをいう。 |
例5.2.10: | |
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上記の結果を応用すると、完全集合は多くの点を含む閉集合であることがわかります:
命題5.2.11:完全集合は無計画である | |
すべての空でない完全集合は無計画でなければなりません。 |
これは、区間が無計画であるという事実の迅速ではなく洗練された証明をもたらすことができます。
閉でコンパクトで完全な集合のもう一つの、むしろ特異な例はカントール集合である。
定義5.2.12: カントール中三セット | |
単位間隔で開始
その中三分の一を設定し、設定から削除
その中三分の二を設定し、設定から削除
このようにして、
とすると、カントール集合Cは
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カントール集合は、実数直線における閉集合の複雑な構造の指標を与える。 それは次の特性を持っています:
例5.2.13:Cantorセットのプロパティ | |
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このセットについて考えてみてください。
- 長さゼロのセットは、数え切れないほど多くの点を含むことができることは驚くべきことです。
- 完全集合は開集合を含む必要はない
したがって、カントール集合は実線の閉部分集合が直感が最初に示唆するよりも複雑になる可能性があることを示している。 実際には、解析において困難で直感に反するオブジェクトを構築するためによく使用されます。