§1.5. Предельные точки.
Опишем замкнутые множества в терминах окрестностей точек. Для этого заметим, что множество F замкнуто, если,
по определению, его дополнение
X\F открыто, то есть, в силу теоремы 1.2, у каждой точки множества X\F найдется окрестность, целиком лежащая в X\F или, что
эквивалентно, не пересекающая множество F. Следовательно, множество F замкнуто тогда и только тогда, когда каждая точка х, любая
окрестность которой пересекает множество F, принадлежит множеству F.
Сформулированный выше вывод приводит к новой классификации точек топологического пространства.
Точка х топологического пространства (X,Ω) называется предельной для данного множества
F X, если в каждой ее окрестности О(х) содержится хотя бы одна точка у
F, отличная от х.
Множество всех предельных точек множества F называется производным множеством множества F и обозначается F'.
- В дискретном пространстве никакая точка не является предельной ни для какого множества.
- В антидискретном пространстве, содержащем более одной точки, каждая точка х является предельной точкой любого множества,
отличного от пустого множества и одноточечного множества {х}.
- На числовой прямой R1 со стандартной топологией могут осуществляться самые
разнообразные возможности.
Например, множество Z всех целых чисел не имеет предельных точек,
множество имеет одну предельную точку 0,
предельные точки открытого интервала (0, 1) заполняют весь отрезок [0,1].
Сформулируем критерий замкнутого множества в терминах предельных
точек.
Теорема 1.4.
Подмножество F
топологического пространства (X, Ω) замкнуто тогда и только тогда, когда оно содержит все свои предельные точки.
Доказательство.
Пусть F замкнуто, х - предельная точка F. Предположим, что х F.
Тогда х принадлежит открытому множеству O(х) = X\F,
которое является окрестностью точки х, но при этом,
O(x) F = ,
что противоречит тому, что х - предельная точка множества F.
Обратно, пусть F содержит все свои предельные точки. Покажем, что F замкнуто, то есть, что его дополнение U = X\F открыто.
Предположим противное. Тогда, в силу теоремы 1.3 найдется такая точка
х U, в любой окрестности которой содержатся точки, не принадлежащие множеству U,
то есть точки множества X\U = F. Значит, любая окрестность точки х содержит хотя бы одну точку множества F, и,
следовательно, х - предельная точка множества F. Тогда х F
в противоречие с предположением, что х U = X\F.
Теорема доказана.
Теорема 1.5.
Для любого подмножества А топологического пространства (X,Ω) множество
A А' замкнуто.
Доказательство.
Покажем, что дополнение множества A А' открыто.
Пусть х - произвольная точка множества Х\(A А').
Тогда х А и не является предельной точкой для А, следовательно,
некоторая открытая окрестность U(x) точки х не пересекается с множеством А. Тогда для любой точки
у U(x) выполняются условия:
у А; найдется такая окрестность
О(у) точки у, которая целиком лежит в U(x), следовательно, у не является предельной точкой множества А.
Значит, каждая точка у из множества U(x) принадлежит дополнению множества A А'.
Таким образом, каждая точка х
Х\(А А')
входит во множество Х\(А А') вместе с некоторой своей окрестностью U(x).
Отсюда, в силу теоремы 1.3 получим, что множество Х\(A А')
открыто, тогда, по определению, множество A А' замкнуто.
Теорема доказана.
|