Häufungspunkte in metrischen Räumen
Ein
Punkt x∈M heißt
Berührungspunkt von
A, wenn jede
Umgebung um
x wenigstens einen
Punkt a∈A enthält.
Ein
Punkt x∈M heißt
Häufungspunkt von
A, wenn jede
Umgebung um
x wenigstens einen von
x verschiedenen Punkt a∈A enthält. Die
Menge der
Häufungspunkte von
A wird mit
A′ bezeichnet.
Ein
Häufungspunkt der
Menge A muss nicht unbedingt zur
Menge gehören. Ein
Punkt von
A, der kein
Häufungspunkt ist, heißt
isolierter Punkt. Ein
isolierter Punkt ist also Element der
Menge A∖A′.
Perfekte Mengen
Satz 5226B
- ∂A⊆A′
- Die Menge A ist genau dann abgeschlossen, wenn sie alle ihre Häufungspunkte enthält, also A′⊆A gilt.
- A∪A′=A∪∂A=A°∪∂A ist abgeschlossen
- A∪∂A=A°∪∂A=A ist abgeschlossen todo!
Beweis
(ii)
∂A⊆A′ kann direkt aus der Definition der Rand- und
Häufungspunkte abgelesen werden.
(iii) "
⇒": Sei
A abgeschlossen und
x∈A′. Dann gilt für jede
Umgebung U(x):
U(x)∩A=/∅.
(1)
Wir nehmen an, dass
x∈/A, also
x∈M∖A.
M∖A ist nach Voraussetzung offen, daher existiert eine
ϵ-Umgebung mit
Uϵ(x)⊆M∖A, also
Uϵ(x)∩A=∅, im Widerspruch zu
(1). Also gilt
x∈A und daher
A′⊆A.
"
⇐":
A enthalte alle seine
Häufungspunkte. Dann enthält
M∖A keinen
Häufungspunkt. Wenn nun
x∈M∖A gilt
x∈/A′ und es muss ein
U(x) existieren mit
U(x)∩A=∅, also
U(x)⊆M∖A Wir finden damit eine
ϵ-Umgebung um
x, die ganz in
M∖A liegt, also ist
x innerer Punkt von
M∖A. Damit ist
M∖A offen und
A abgeschlossen.
(iv) Aus (ii) folgt dann auch
A∪A′⊇A∪∂A. Die andere
Inklusion zeigen wir folgendermaßen: wenn
x∈A gilt, dann ist auch
x∈A∪∂A. Bleibt der Fall
x∈A′∖A, dann gilt - weil
x Häufungspunkt ist - dass alle
Umgebungen U(x) einen
Punkt von
A enthalten. Andererseits ist
x∈/A, also
x∈M∖A und
U(x) enthält wenigstens einen
Punkt von
M∖A nämlich
x. Damit gilt
x∈∂A und somit die andere
Inklusion.
Die Identität
A∪∂A=A°∪∂A ergibt sich unter Benutzung von (i) und
Satz 5226A rein mengenalgebraisch.
Die Abgeschlossenheit von
A∪A′ folgt aus (iii).
Satz 15W3
Beweis
Indirekt: Sei
A endlich mit
n∈N Elementen.
Wir finden mit
x1 einen beliebigen
Punkt aus der
1-Umgebung um
x, der auch zu
A gehört. Sei nun
ϵ2=2d(x1,a). Dann gilt:
x1∈/Uϵ2(a). Nach Definition des Häufungspunkts muss es aber ein
x2∈Uϵ2(a)∩A geben, wobei natürlich
x1=/x2 ist. Wenden wir diese Methode fortwährend an, können wir aber mehr als
n verschiedene Elemente von
A konstruieren, was ein Widerspruch zu
Endlichkeit von
A ist.
□
Wie ist es möglich, daß die Mathematik, letztlich doch ein Produkt menschlichen Denkens unabhängig von der Erfahrung, den wirklichen Gegebenheiten so wunderbar entspricht?
Albert Einstein
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