Точка предела
редактировать
Точка, к которой сходятся функции в топологии
В математике ограничение точка (или точка кластера или точка накопления ) из set в топологическое пространство - точка , которую можно «аппроксимировать» точками в том смысле, что каждая окрестность из по отношению к топология на также содержит точку , отличную от сам. Предельная точка набора сама по себе не обязательно должна быть элементом .
. Эта концепция выгодно обобщает понятие limit и является основой таких понятий, как закрытый набор и топологическое замыкание. В самом деле, множество является замкнутым тогда и только тогда, когда оно содержит все свои предельные точки, и операцию топологического замыкания можно рассматривать как операцию, которая обогащает множество, объединяя его с его предельными точками.
Что касается обычной
евклидовой топологии, последовательность рациональных чисел
не имеет
limit (т.е. не сходится), но имеет две точки накопления (которые здесь считаются предельными точками), а именно. -1 и +1. Таким образом, если рассматривать множества, эти точки являются предельными точками множества
.
Существует также тесно связанная концепция для последовательностей. точка кластера (или точка накопления ) последовательности в топологическом пространстве - точка такой, что для каждой окрестности из существует бесконечно много натуральные числа такие, что . Эта концепция обобщается на сети и фильтры.
Содержание
- 1 Определение
- 2 Типы предельной точки
- 3 Для последовательностей и цепей
- 3.1 Свойства
- 3.2 Связь между точкой накопления последовательности и точкой накопления набора
- 4 Выбранные факты
- 5 См. Также
- 6 Ссылки
- 7 Внешние ссылки
Определение
Пусть быть подмножеством топологического пространства . Точка в является предельной точкой (или точкой кластера или точка накопления ) , если каждая окрестность из содержит по крайней мере одну точку , отличную от самого .
Обратите внимание, что не имеет значения, если мы ограничим условие только открытыми районами. Часто бывает удобно использовать форму определения «открытой окрестности», чтобы показать, что точка является предельной точкой, и форму определения «общей окрестности», чтобы получить факты из известной предельной точки.
Если - это пробел (которыми являются все метрические пространства ), тогда является предельной точкой тогда и только тогда, когда каждая окрестность содержит бесконечно много точек . Фактически, пространства характеризуются этим свойством.
Если - это пробел Фреше – Урысона (сначала все метрические пробелы и -счетные пробелы являются), то является предельной точкой тогда и только тогда, когда существует последовательность точек в , предел равно . На самом деле этим свойством обладают пространства Фреше – Урысона.
Набор предельных точек называется производным набором из
Если каждая окрестность содержит бесконечно много точек , то - это особый тип предельной точки, называемый ω-точкой накопления из .
Если каждая окрестность содержит несчетное количество точек , тогда - это особый тип предельной точки, называемый точкой конденсации of .
Если все окрестности из удовлетворяет , тогда - это особый тип предельная точка, называемая точкой полного накопления из .
Для последовательностей и цепей
Последовательность, перечисляющая все положительные
рациональные числа. Каждое положительное
вещественное число является точкой кластера.
В топологическом пространстве точка называется точкой кластера (или точкой накопления ) последовательности если для каждого соседства из , существует бесконечно много такие, что . Это эквивалентно сказать, что для каждого района из и каждого , есть некоторые такой, что . Если является метрическим пространством или первым счетным пространством (или, в более общем смысле, Fréchet– Пробел Урысона ), тогда - точка кластера тогда и только тогда, когда является пределом некоторой подпоследовательности . Набор всех кластерных точек последовательности иногда называют набором пределов .
. Обратите внимание, что уже существует понятие предела последовательности для обозначения точки , к которому сходится последовательность (то есть каждая окрестность содержит все элементы последовательности, кроме конечного). Вот почему мы не используем термин «предельная точка последовательности» как синоним точки накопления последовательности.
Концепция сети обобщает идею последовательности. Сеть - это функция , где - это направленный набор, а - топологическое пространство. Точка называется точкой кластера (или точкой накопления ) сети если для каждого района из и каждый , существует таким, что , что эквивалентно, если имеет подсеть, которая сходится к . Точки скопления в сетях охватывают идею как точек конденсации, так и точек ω-накопления. Кластеризация и предельные точки также определены для связанной темы фильтров.
Свойства
- Каждый предел последовательности является точкой накопления последовательности.
Связь между точкой накопления последовательность и точка накопления набора
Для каждой последовательности в топологическом пространстве мы можем связать множество , состоящий из всех элементов в последовательности.
- Если существует элемент , который встречается в последовательности бесконечно много раз, - точка накопления последовательности. Но не обязательно должен быть точкой накопления соответствующего набора . Например, если последовательность является постоянной последовательностью со значением , мы имеем и является изолированной точкой , а не точкой накопления .
- Если ни один элемент не встречается в последовательности бесконечно много раз, например, если все элементы различны, любая точка накопления последовательности является -точка накопления связанного набора .
И наоборот, учитывая счетное бесконечное множество в , мы можем перечислить все элементы разными способами, даже с повторами, и, таким образом, связать с это много последовательностей, которые будут иметь в качестве связанного набора элементов.
- Любая -точка накопления является точкой накопления любой из соответствующих последовательностей ( поскольку любая окрестность точки будет содержать бесконечно много элементов и, следовательно, также бесконечно много членов в любой связанной последовательности).
- Точка , который не является -точкой накопления не может быть точкой накопления любой из связанных последовательностей без бесконечных повторов (потому что имеет окрестность, которая содержит только конечное количество (даже ни одного) точек и эта окрестность может содержать только конечное число членов таких последовательностей).
Выбранные факты
- У нас есть следующая характеристика предельных точек: - предельная точка тогда и только тогда, когда он находится в закрытии из .
- Доказательство: мы используем тот факт, что точка в замыкании множества тогда и только тогда, когда каждая окрестность точки встречается с множеством. Теперь является предельной точкой , если и только если каждая окрестность содержит точку кроме , если и только если каждая окрестность содержит точку , тогда и только тогда, когда находится в закрытии .
- Если мы используем для обозначения набора предельных точек , тогда мы имеем следующее характеристика закрытия : закрытие равно объединению и . Этот факт иногда принимают за определение закрытия.
- Доказательство: ("Левое подмножество") Предположим, что находится в закрытии . Если находится в , все готово. Если не входит в , то каждая окрестность содержит точку , и эта точка не может быть . Другими словами, является предельной точкой для и находится в . («Правое подмножество») Если находится в , то каждая окрестность явно соответствует , поэтому находится в закрытии . Если находится в , то каждая окрестность содержит точку (кроме ), поэтому снова находится в закрытии . Это завершает доказательство.
- Следствие этого результата дает нам характеристику замкнутых множеств: множество замкнуто тогда и только тогда, когда оно содержит весь свой предел точки.
- Доказательство: закрывается тогда и только тогда, когда равно закрытию, если и только если тогда и только тогда, когда содержится в .
- Еще одно доказательство: пусть будет замкнутым множеством и предельная точка . Если не входит в , то дополнение к содержит открытую окрестность . Поскольку является предельной точкой , любая открытая окрестность должен иметь нетривиальное пересечение с . Однако набор не может иметь нетривиального пересечения со своим дополнением. И наоборот, предположим, что содержит все свои предельные точки. Мы покажем, что дополнение является открытым множеством. Пусть будет точкой в дополнении . По предположению, не является предельной точкой, и, следовательно, существует открытая окрестность U , которая не пересекаются , поэтому полностью лежит в дополнении . Поскольку этот аргумент справедлив для произвольного в дополнении к , дополнение к может быть выражено как объединение открытых окрестностей точек в дополнении . Следовательно, дополнение к открыто.
- Никакая изолированная точка не является предельной точкой любого набора.
- Доказательство: если - изолированная точка, то - это окрестность , которая не содержит точек, кроме .
- Замыкание набора представляет собой непересекающееся объединение его предельных точек и изолированные точки :
- Пробел является дискретным тогда и только тогда, когда ни одно из подмножеств не имеет предельной точки.
- Доказательство: если дискретно, то каждая точка изолирована и не может быть предельной точкой какого-либо множества. И наоборот, если не дискретный, то существует одноэлементный элемент , то есть не открыто. Следовательно, каждая открытая окрестность содержит точку , и поэтому является предельной точкой .
- Если пробел имеет тривиальную топологию, а является подмножеством с другими чем один элемент, то все элементы являются предельными точками . Если является одноэлементным, то каждая точка является предельной точкой .
- Доказательство: пока непусто, его закрытие будет . Он пуст только тогда, когда пуст или является уникальным элементом .
- По определению каждая предельная точка является точкой сцепления.
См. Также
Ссылки
Внешние ссылки