很水的數學分析120:度量空間中的列緊集

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1.命題2.40?!熬o閉緊”:緊致空間中任一閉集是緊集。
聽直播時犯的糊涂,沒弄清楚開覆蓋本身是集族,本身并不是集族中集合的并,只不過是用這些集合的并的特點描述集族的性質。
2.命題2.41。Hausdorff空間中任一緊集是閉集。(逆否命題常用,直接推論度量空間)
但一般的拓撲空間中緊致集未必是閉集,例2.72(IR上的有限補拓撲)就是例子。
3.緊致性和連通性性質優(yōu)良。
比如定理2.34顯示,在連續(xù)映射下即可保持緊致性。
4.根據“1”,“2”,有命題2.42。
5.定理2.36。度量空間中集合緊致性和列緊性等價。
①必要性。
反證法。C的有限子覆蓋C'中每個元素都是有限集,因此C'蓋不?。鹸n},但由于是子覆蓋卻能蓋住K。
②充分性。
(ⅰ)Lebesgue數引理。反證法。假設不存在開集包含任何S,證明它假設不成立,就是說找到一個S可以被某個開集包含。根據列緊性先錨定某極限點ξ,開覆蓋中必然存在包含ξ的開集,由于極限點的緣故,S必然跟這個開集相交非空,于是只要S直徑取的夠小,就能保證S在這個開集中。
(ⅱ)證明定理2.36的充分性。任取K的開覆蓋C,構造D={Nε(x):x∈K}(ε=δ/2),Lebesgue數引理保證了若D存在有限子覆蓋,則C中也可以找出相應的有限子覆蓋。
現證明D中存在有限子覆蓋。反證法。假設不存在有限子集族覆蓋K,則可以憑此取出一個序列,任意兩項的度量≥ε,故不存在收斂子列,即K不是列緊集,矛盾,得證。
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