Offene Mengen in metrischen Räumen
A⊆M heißt
offen genau dann, wenn sie nur
innere Punkte enthält, also
A⊆A° (
A=A° wegen
Satz 5226A) gilt.
Beispiel
Satz 5225J (Eigenschaften offener Mengen)
- Die leere Menge ∅ und M sind offen.
- Wenn I eine beliebige Indexmenge ist und für i∈I die Ai⊆M sämtlich offen sind, dann ist auch die Vereinigung i∈I⋃Ai offen.
- Wenn A,B⊂M offen sind, dann ist auch der Durchschnitt A∩B offen. Also ist auch der Durchschnitt endlich vieler offener Mengen offen.
- A ist genau dann offen, wenn für jeden Punkt x∈A eine Umgebung U(x) existiert, sodass U(x)⊆A, sie also für jeden ihrer Punkte eine Umgebung ist.
- Alle ϵ-Umgebungen sind offen.
Beweis
(ii)
i∈I⋃Ai⊆i∈I⋃Ai°, da alle
Ai offen und
Ai⊆Ai° ⟹i∈I⋃Ai⊆(i∈I⋃Ai)° (
Satz 16RD)
(iii) erschließt man analog zu (ii) mit
Satz 16RD iii.
(iv) trivial, denn
offene Mengen sind genau als die
Mengen, die alle ihre
inneren Punkte enthalten charakterisiert.
Man mag sich wundern, dass man beliebig viele
offene Mengen vereinigen kann und wieder eine
offene Menge erhält, aber man sich beim
Durchschnitt auf
endlich viele beschränken muss.
Was passieren kann, wenn man
unendlich viele
offene Mengen schneidet, zeigt folgendes Beispiel.
Gegeben seien
offene Intervalle der Form
In=]−n1,n1[. Für alle diese
Intervalle gilt:
0∈In; für jede andere Zahl
a können wir wenigstens ein
n finden mit
a∈/In. Daher ist:
I=i=1⋂∞In={0}.
Satz 16RF (Offene Mengen und offener Kern)
Der
offene Kern A° ist offen, er ist als
Vereinigung aller
offenen Teilmengen von
A die größte
offene Teilmenge von
A.
Beweis
A°°=A° (
Satz 5226A) daher ist
A° offen. Damit gehört
A° zur
Vereinigung aller
offenen Teilmengen, also müssen wir nur noch zeigen, dass
A° diese
Vereinigung enthält. Sei
O⊆A offen. Nach
Satz 5225J iv ist
O für jeden ihrer
Punkte Umgebung, und ebenso ist
A für jeden
Punkt aus
O Umgebung. Nach
Satz 5226A v ist dann
O⊆A° Da dies für jede
offene Menge O⊆A gilt, gilt es auch für deren
Vereinigung.
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Wer die erhabene Weisheit der Mathematik tadelt, nährt sich von Verwirrung.
Leonardo da Vinci
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