Dificultad [2] Solución 1. Sean A y B disjuntos y cerrados. Entonces A = adh(a) y B = adh(b), y por tanto, A adh(b) = adh(a) B = A B =.

Documentos relacionados
Espacios conexos. Capítulo Conexidad

6.1 Pruébese que la unión de un número finito de conjuntos acotados es un conjunto acotado.

Espacios topológicos. 3.1 Espacio topológico

Subconjuntos notables de un Espacio Topológico

El Teorema de Baire Rodrigo Vargas

Espacios completos. 8.1 Sucesiones de Cauchy

Espacios métricos completos

Cálculo Infinitesimal 1. Cuestiones de examen (2010/2011 a 2015/2016)

Terminaremos el capítulo con una breve referencia a la teoría de cardinales.

Espacios Topológicos 1. Punto de Acumulación. Al conjunto de puntos de acumulación de A se le denomina el conjunto derivado de A (A a Notación).

1. Producto escalar, métrica y norma asociada

Tema 2 Conjuntos convexos

Semana02[1/23] Conjuntos. 9 de marzo de Conjuntos

Subconjuntos destacados en la

Por ser f continua y R compacto, existen x 0, y 0 en R tales que f(x 0 ) = sup{f(t) : t R} y f(y 0 ) = inf{f(t) : t R}

Cálculo diferencial e integral 4

CONJUNTOS COMPACTOS. . En consecuencia, ninguna unión finita de {G n n N} puede contener a H H no es compacto

Teoría de la Probabilidad Tema 2: Teorema de Extensión

Extensiones finitas.

Espacios vectoriales

Una topología de los números naturales*

ALGEBRA y ALGEBRA LINEAL. Primer Semestre CAPITULO I LOGICA Y CONJUNTOS.

(TALF- ITIS- C) Clase 3 5 de Octubre de 2010

Conjuntos, relaciones y funciones Susana Puddu

Las variedades lineales en un K-espacio vectorial V pueden definirse como sigue a partir de los subespacios de V.

Espacios Vectoriales

Continuidad. 5.1 Continuidad en un punto

ELEMENTOS DE ANÁLISIS FUNCIONAL

CAPÍTULO 2 NOCIONES BÁSICAS DE TEORÍA DE CONJUNTOS

Camilo Ernesto Restrepo Estrada, Félix Ruiz de Villalba, Lina María Grajales Vanegas y Sergio Iván Restrepo Ochoa 1.

Sucesiones acotadas. Propiedades de las sucesiones convergentes

Conjuntos Infinitos. Ramón Espinoza Armenta AVC APOYO VIRTUAL PARA EL CONOCIMIENTO

Conjuntos convexos. Capítulo Conceptos básicos.

- Fernando Sánchez - Departamento de Matemáticas - Universidad de Extremadura. Topología

Reconocer y utilizar las propiedades sencillas de la topología métrica.

Funciones de Clase C 1

Conjuntos. () April 4, / 32

COMPLEMENTO DEL TEÓRICO

y valores extremos. En esta sección estudiaremos los conjuntos convexos. Recordemos que un conjunto K R n es convexo si, para todo x,y K y t [0,1],

b) Sea una relación de equivalencia en A y una operación en A. Decimos que y son compatibles si a b a c b c y c a c b para todo a, b, c A

Volumen y conjuntos de medida cero

CONJUNTOS SEMIABIERTOS Y SEMICERRADOS. Jhuly Jovanna López Gonzalez

Estructuras algebraicas

ALGEBRA LINEAL - 2do Cuatrimestre 2014 Práctica 2 - Espacios vectoriales

Topología de R n. Beatriz Porras

Teoremas de Convergencia

que para cualesquiera e, v E, λ, µ k satisfaga las siguientes propiedades:

Axiomas de separación

Sucesiones en R n. Ejemplos.-Considerando el espacio R 2 sea la sucesión {x k } 1 dada por x k = ( k, 1 k) podemos listar como sigue:

Conjuntos Medibles. Preliminares

3er Concurso Unversitario de Matemáticas Galois-Noether 2013 Segunda Etapa

Funciones de Variable Real

Números. Espacios métricos (Curso )

10.1 NOCIONES Y PROPOSICIONES FUNDAMENTALES. i 1. i) Llamaremos razón al cociente de dos cantidades expresadas en la misma unidad de medida.

Inducción Matemática Conjuntos Funciones. Matemática Discreta. Agustín G. Bonifacio UNSL. Repaso de Inducción, Conjuntos y Funciones

Topología de la Recta

Problemas con soluciones

Apéndice sobre ecuaciones diferenciales lineales

Continuidad y monotonía

La estructura de un cuerpo finito.

SELECCIONES CONTÍNUAS

x, y = x 0 y 0 + x 1 y 1 + x 2 y 2 + x 3 y 3. Es fácil ver que verifica 1. Es simétrica. x, y = y, x para todo x, y R 4.

José Luis Navarro Departamento de Matemáticas Universidad de Zaragoza

Estructuras Algebraicas

Espacios compactos. Capítulo Cubiertas. En este capítulo estudiaremos el concepto de compacidad en un espacio métrico.

1 Números reales. Funciones y continuidad.

a. no (si A entonces B)

Números reales. por. Ramón Espinosa

Tema 1. Espacios Vectoriales Definición de Espacio Vectorial

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS. Fracciones continuas, ecuación de Pell y unidades en el anillo de enteros de los cuerpos cuadráticos

Funciones convexas Definición de función convexa. Tema 10

Un subconjunto no vacío H de un espacio vectorial V es un subespacio de V si se cumplen las dos reglas de cerradura:

Sea Σ un alfabeto y L el lenguaje de los palíndromos sobre Σ. Sean a, b dos elementos de Σ. Se demuestra por reducción al absurdo que L no es regular:

En general, un conjunto A se define seleccionando los elementos de un cierto conjunto U de referencia que cumplen una determinada propiedad.

Análisis Real: Primer Curso. Ricardo A. Sáenz

Minicurso de Teoría de Gráficas Escuela de Verano 2014 por María Luisa Pérez Seguí Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, Universidad Michoacana

Intersección y suma de subespacios

ALGEBRA 1- GRUPO CIENCIAS- TURNO TARDE- Enteros

CONJUNTO Y TIPOS DE CONJUNTOS

Espacios Vectoriales

Acerca del producto de funciones uniformemente continuas en subconjuntos de la recta real

IN Guía de Problemas Resueltos de Geometría de Programación Lineal v1.0

La Intersección Arbitraria de una Familia de Subconjuntos Abiertos con la Propiedad α-s-localmente Finita es α-semiabierta

Continuidad y monotonía

Integrales paramétricas propias

Sucesiones y convergencia

CÁLCULO DIFERENCIAL Muestras de examen

Introducción. El uso de los símbolos en matemáticas.

Univ. Nacional de Colombia, Medellín Escuela de Matemáticas Matemáticas Discretas Marzo 8, Soluciones Taller 3

Espacios Vectoriales. Tema Introducción. 1.2 Repaso de Estructuras Algebraicas

- Fernando Sánchez - Departamento de Matemáticas - Universidad de Extremadura. Cálculo II. Funciones. Límites y continuidad

Ejercicios de Análisis I

Subespacios Vectoriales

EJERCICIOS DE ÁLGEBRA LINEAL TEMA 1 ESPACIOS VECTORIALES

APUNTES DE GEOMETRÍA ANALÍTICA

MÁS REFLEXIONES SOBRE CONJUNTOS ESTRELLADOS: LA FÁBRICA DE CONTRAEJEMPLOS

Hacia las gráficas: una introducción básica

Material educativo. Uso no comercial 2.4 EJERCICIOS PROPUESTOS

Sobre la estrechez de un espacio topológico

Teorema del Valor Medio

Transcripción:

5.1 Sea (E, d) un espació métrico y A y B subconjuntos de E. Demuéstrese que 1. si A y B son disjuntos y ambos cerrados, entonces están separados. 2. si A y B son disjuntos y ambos abiertos, entonces están separados. Dificultad [2] 1. Sean A y B disjuntos y cerrados. Entonces A = adh(a) y B = adh(b), y por tanto, Así, pues, A y B están separados. 2.a (Primera demostración). A adh(b) = adh(a) B = A B =. Sean, ahora, A y B disjuntos y abiertos; probaremos que A adh(b) = mostrando que ningún punto de la adherencia de B puede pertenecer también a A. En efecto, si x adh(b) entonces para todo r > 0, la bola abierta B(x, r) tiene intersección no vacía con B; es decir B(x, r) B para todo r > 0 y por tanto, B(x, r) A para todo r > 0 puesto que A y B son disjuntos. Así, pues, x int(a) y, como A es abierto, A = int(a) y x A. Así, pues, A adh(b) = ; de forma análoga se prueba que adha B =. y concluímos que A y B están separados. 2.b (Segunda demostración). Sean A y B disjuntos y abiertos y pongamos F = A B. Puesto que A = A F, A es abierto en (F, d) por ser intersección de un abierto en (E, d) con F. Del mismo modo, B es abierto en (F, d) y por lo tanto A yb están separados. separados (Teorema 5.1.3). 2.c (Tercera demostración). Sean A y B disjuntos y abiertos; entonces F = A B es abierto en (E, d). Por lo tanto, A y B son disjuntos y abiertos en (F, d) (Teorema 3.3.3), luego están separados (Teorema 5.1.3).

5.2 Sea (E, d) un espacio métrico y A y B dos subconjuntos separados. Demuéstrese que 1. si A B es abierto, entonces A y B son abiertos; 2. si A B es cerrado, entonces A y B son cerrados. Dificultad [1] Sea F = A B. 1. Puesto que A y B están separados, son abiertos en (F, d) y, puesto que F es abierto por ser unión de abiertos, también A y B son abiertos en (E, d) 2. Similar, mutatis mutandis.

5.4 Proporcionar un ejemplo que revele que el interior de un conjunto conexo no es, en general, conexo. En (R 2, d 2 ) considérense los conjuntos A = {(x, y) R 2 : (x 1) 2 + y 2 1} y B = {(x, y) R 2 : (x + 1) 2 + y 2 1} Entonces A B es un conjunto conexo (compruébese) y, sin embargo, int(a B) = B(( 1, 0), 1) B((1, 0), 1) que no es conexo por ser unión de abiertos disjuntos.

5.5 Sean A y B dos subconjuntos no vacíos y cerrados. Probar que si A B y A B son conexos, entonces A y B son conexos. Compruébese mediante un ejemplo que si A y B no son cerrados, entonces la afirmación anterior puede ser falsa. Dificultad [3] Por reducción al absurdo. Supongamos, sin pérdida de generalidad, que A no es conexo. Entonces A = S T con S, T y S T. Ahora A B = (S T) B = (S B) (T B) y puesto que (S B) (T B) uno de ellos, o ambos, debe ser vacío porque en caso contrario A B no sería conexo. Pongamos, entonces, que S B = (de forma similar se haría si T B = ), entonces A B = (S T) B = S (T B) y veamos que S (T B). En efecto, por una parte se tiene que S yt son cerrados en (A, d) y, puesto que A es cerrado, también S y T son cerrados en (E, d). Así que S y T B son cerrados en (E, d). Además S (T B) = (S T) (S B) = con lo que A B es unión de cerrados no vacíos y disjuntos y, por lo tanto, no conexo en contra de la hipótesis. Tómese A = [0, 1) [2, 3] y B = [1, 3]. A es no conexo y, sin embargo, A B = [0, 3] y A B = [2, 3] son conexos.

5.6 Sean A y B subconjuntos conexos de (E, d) y A B. Si C es abierto y cerrado en el subespacio (B\A, d), demostrar que A C es conexo. Dificutlad [4] Si C = o C = B \ A la proposición es evidentemente cierta. Sea, pues, C y C B \ A y supongamos que A C no es conexo. Entonces, A C = S T con S y T no vacíos y separados. Ahora bien, puesto que A es conexo, deberá ser A S o A T. Supongamos, sin pérdida de generalidad, que A S; entonces T C. Llamemos ahora M al complementario de C en B \ A. Es decir B \ A = C M con C M =. Naturalmente C y M son no vacíos y están separados porque, por hipótesis, ambos son abiertos y cerrados en B \ A, de manera que T y M están separados porque T C. Ahora se tiene que B = (B \ A) A = (C M) A = M (A C) = M S T = (M S) T, y T y M S son no vacíos y separados porque T está separado de M y de S. Así, B no es conexo en contra de la hipótesis. La figura siguiente muestra la situación.

5.7 Probar que si A y B son subconjuntos conexos de (E, d) no disjuntos, entonces A B es conexo. Dificultad [2] (Primera resolución) Puesto que A B, A y B no están separados, de aquí que A B es conexo. (Teorema 5.2.5). (Segunda resolución sin usar el teorema) Supongamos que A B no es conexo. Entonces A B = S T con S y T no vacíos y separados. Ahora bien, puesto que A es conexo, o bien A S o bien A T; supongamos, sin pérdida de generalidad, que A T. Del mismo modo, B es también conexo, así que o bien B S o bien B T, pero si fuera B S, entonces T sería vacío, así que debe ser B T. Pero entonces A S y B T, de manera que A y B estarían separados y A B =, en contra de la hipótesis.

5.8 Si A y B con conjuntos conexos y A B entonces A B es conexo. Dificultad [2] (Primera resolución) Puesto que A B, A y B no están separados, de aquí que A B es conexo. (Teorema 5.2.5). (Segunda resolución sin usar el teorema) Supongamos que A B no es conexo. Entonces A B = S T con S y T no vacíos y separados. Ahora bien, puesto que A es conexo, o bien A S o bien A T; supongamos, sin pérdida de generalidad, que A T. Del mismo modo, B es también conexo, así que o bien B S o bien B T, pero si fuera B S, entonces T sería vacío, así que debe ser B T. Pero entonces A S y B T, de manera que A y B estarían separados y A B =, en contra de la hipótesis.

5.9 Sean A 1, A 2,...,A n conjuntos conexos y A i A i+1 i = 1, 2,...,n 1 Demostrar que n i=1 A i es conexo. Dificultad [2] Puesto que A 1 A 2 y ambos son conexo, se tiene que A 1 A 2 es conexo. Por la misma razón, puesto que (A 1 A 2 ) A 3 y ambos son conexos, se tiene que A 1 A 2 A 3 es conexo. Por recurrencia, pues, es trivial ver que n i=1 A i es conexo.

5.11 En el plano, cualquier segmento es un conjunto conexo. Mostrar que el conjunto de puntos del plano con, al menos una coordenada irracional es conexo. (Una demostración) Para cada a R Q, consideremos las rectas R a = {(a, y) : y R} y S a = {(x, a) : x R}. Ambos conjuntos son conexos y, además, R a S a = (a, a), de manera que el conjunto es conexo. C a = {(a, y) : y R} {(x, a) : x R} Además, para cualquier a R Q, se tiene que C e C a = {(a, a), (a, e), (e, a), (e, e)}; luego C e es conexo y corta a todo C a. Ahora R 2 Q 2 = C e y es conexo. (Otra demostración) a R Q C a Fijemos (e, e) y sea (x, y) R 2 Q 2. Si y es irracional, la poligonal [(e, e), (e, y), (x, y)] está contenida en R 2 Q 2 y es un conjunto conexo por ser unión de dos segmentos con un punto común. Si y es racional, entonces x es irracional y la poligonal [(e, e), (x, e), (x, y)] está contenida en R 2 Q 2 y es un conjunto conexo por ser unión de dos segmentos con un punto común. Ahora R 2 Q 2 es unión de todas las poligonales (que tienen un punto común), por lo tanto es conexo.

5.13 Probar que un espacio métrico (E, d) es conexo si y sólo si todo subconjunto propio de E tiene frontera no vacía. Supongamos que A es un subconjunto propio de E y que frt(a) =. Entonces A = int(a) frt(a) = int(a). Por lo tanto A es abierto y cerrado en (E, d) y E no es conexo. Recíprocamente, si E no es conexo, existe un subconjunto propio A E abierto y cerrado en (E, d); es decir, A = A = int(a) lo que implica que frt(a) =

5.14 Si A y B son subconjuntos del espacio (E, d) tales que A es conexo, y A B y A (E \ B) ; demuestra que A frt(b) Supongamos que A frt(b) =. Entonces y Así, pues, A B = A int(b) A (E \ B) = A ext(b). A = (A B) (A (E \ B)) = (A int(b)) (A ext(b)) Ahora, puesto que int(b) y ext(b) están separados (son dos abiertos disjuntos), se tiene que A int(b) y A ext(b) están separados, de manera que A es unión de dos conjuntos no vacíos y separados y, por lo tanto, no es conexo.

5.15 Sean A y B conjuntos conexos y A B. Si C es una componente conexa de B \ A, demostrar que B \ C es conexo. Supongamos que B \ C no es conexo. Entonces B \ C = S T con S y T no vacíos y separados. Ahora, puesto que A B \ C = S T y A es conexo, necesariamente es A S o A T. Supongamos, sin pérdida de generalidad, que A S; entonces T A = de modo que T (B \ C) \ A = (B \ A) \ C y, puesto que C es una componente conexa de B \ A, se tiene que (B \ A) \ C y C están separados, de manera que T y C están separados. Así, pues, B = (B \ C) C = T (S C) y B no sería conexo, en contra de la hipótesis. La figura siguiente muestra la situación.

5.16 Demostrar que las componentes conexas de un conjunto A son conjuntos cerrados en el subespacio (A, d) No es cierto, en general, que las componentes conexas de A sean abiertos en (A, d) (póngase un ejemplo), pero sí es cierto si el número de componentes conexas es finito; demuéstrese. Sea C una componente conexa de A. Entonces C A, de manera que C C A = C y, por tanto, C A es conexo. Pero, puesto que C es el mayor conjunto conexo que contiene a cualquiera de sus puntos, resulta que C = C A y C es cerrado en (A, d). Nota: no es cierto que C sea cerrado en (E, d). Considérese por ejemplo, dos abiertos conexos y disjuntos. Considérese Q en la recta real. Entonces para todo x Q, se tiene que C(x) = {x} y C(x) no es abierto en (Q, d). Si hay un número finito de componentes conexas, entonces y A = n i=1 C n n C k = A \ i=1,i k C n de manera que C k es abierto en (A, d).

5.18 Sea A un conjunto conexo, abierto y cerrado en (E, d). Demostrar que A es una componente conexa de E. Por coherencia, suponemos que A no es vacío. Sea, entonces, x A y llamemos C a la componente conexa de E que contiene a x. Puesto que A es conexo y x A, se tiene que A C. Supongamos que A C; entonces A C = A es abierto en C por ser A abierto em E y también cerrado en C por ser A cerrado en E. Así, pues, A es un subconjunto propio, abierto y cerrado en C, de manera que C no es conexo. Absurdo, porque C es una componente conexa.