漫步数学分析五——闭集

漫步数学分析五——闭集定 义 3 对于 R n 中的集合 B 如果它在 R n 中的补 即集合 R n B 是开集 那么它是闭集 例如 单点是闭集 含有边界的单位圆组成的集合是闭集 大致来说 当集合包含它的边界点时它就是闭的 直观感觉可从图 6 中看出 如图 1 所示

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3 对于 Rn 中的集合 B ,如果它在 Rn 中的补(即集合 RnB )是开集,那么它是闭集。


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图1

存在既不是开集又不是闭集的集合。例如在 R1 ,中半开半闭区间 (0,1] 既不是开集也不是闭集,因此如果 A 不是开集,我们不能说它是闭集,接下来的定理与定理2类似。

3
(i) Rn 中有限个闭子集的并是闭集。
(ii) Rn 中任意个闭子集的交是闭集。

这个定理是直接从定理2得出的,只需要注意当取补的时候,并与交需要互相变换,所以这里就不在证明。

1 S={ (x,y)R2|0<x1,0y1} S 是闭集吗?


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图2

观察图2,直观上看 S 不是闭集,因为 y 轴上的边界部分不在 S 中,另外它的补也不是开集,因为 y 轴上点的 ε 邻域与 S 相交(因此不在 RnS )。

2 S={ (x,y)R2|x2+y21} S 是闭集吗?

答案是肯定的。 S 就是包含边界的单位圆,它的补明显是开集,因为对于 (x,y)R2S ,半径为 ε=x2+y21 完全含于 R2S 中(如图3所示)。


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图3

3 说明 Rn 中任何有限集是闭集。

单点是闭集,所以我们可以应用定理3 (i)

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