Autor Tema: Cuestiones básicas topología.

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11 Diciembre, 2013, 08:27 pm
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elcristo

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Antes de hacer las preguntas por las que de verdad creé el tema, me gustaría preguntar una duda que me quedó en clase, la cual pregunté al profesor pero su explicación no me quedó muy clara del todo.

-Si \( (X,\tau) \) es un espacio topológico de hausdorff y \( C\subseteq{}X \) compacto, entonces \( C \) es cerrado.

Para demostrarlo vimos que \( X-C \) es abierto.

Sea \( x_0\in(X-C) \). Para cada \( y\in C, y\neq{}x_0 \) existen \( U_y, V_y \) abiertos en X tales que \( y\in U_y, x_0\in V_y, U_y\cap{}V_y=\emptyset \)

De esto concluimos que \( C\subseteq{}\cup{}_{y\in C}U_y \)

Aquí es donde vi yo algo raro. Porque si \( C \) está contenido en la unión de unos abiertos que contienen a todos los puntos de dentro de \( C \), concretamente \( C \) está contenido en su interior. Pero como el interior siempre está dentro del conjunto, \( C \) es igual a su interior, por lo tanto \( C \) es abierto, y queríamos probar que \( C \) es cerrado.

Eso choca completamente con lo que queríamos probar, entonces yo pensé que era necesario añadir alguna condición extra al enunciado para evitar ese caso. El me dijo que existen topologías en las cuales los conjuntos eran abiertos y cerrados a la vez, por lo que eso no es problema. Pero entonces volvemos a las mismas, si empezando con una topología general cualquiera se da el caso de que \( C \) es a la vez abierto y cerrado, entonces el teorema solo sirve para topologías no conexas (creo que me dijo que así se llamaban esa topologías). No sé si me estoy liando yo mas de la cuenta, pero eso me pareció muy raro.



Ejercicios:
Tengo que demostrar algunas cosas, el problema que tengo es que no sé cuáles tengo que demostrar. Me pusieron hace poco un examen tipo test, que me salió mal, la verdad, y como ejercicio nos puso demostrar los enunciados que eran falsos. No nos dijo cuáles estaban bien o mal, así que en muchos casos no sé cuáles tengo que demostrar.

2-
b)La clausura de cualquier subconjunto de X es una unión de bolas cerradas.
c)La clausura de cualquier bola abierta es la correspondiente bola cerrada.
d)El interior de cualquier bola cerrada es la correspondiente bola abierta.

No sé cuáles son verdad y cuáles no, la a) sé que es verdad, así que no la pongo. En el 1 ya tengo hecho lo que había qu ehacer.

3-
c) \( Int(A\cup{}B)=Int(A)\cup{}Int(B) \)

Sé que es falsa, lo que no encuentro es un contraejemplo.

4- En (\( \mathbb{R}, |\cdot{}| \)
c)\( \mathbb{N} \) es denso.
d)\( \mathbb{Z} \) es denso.

Sé que son falsas. Para demostrarlo digo que la clausura de N es N, y la de Z es Z, que son distintos de R. Me parece muy tonto, no se si esta bien razonado o no.

6-\( (X,d)= ([-1,\pi)\cup{}(-\sqrt[ ]{2})\cup{}(4,6],|\cdot{}|) \) *No se como poner {} dentro de latex*
a)\( (X,d) \) es conexo.

No sé como demostrar que no es conexo. No encuentro 2 cerrados tales que si su unión es el total su intersección deba ser distinta de vacío (Esa es la única definición de conexión que sabíamos en el momento del examen)

7-Sea \( f:(\mathbb{R}, |\cdot{}|)\longrightarrow{}(X,d) \) aplicación continua.
a) Si f inyectiva entonces \( f^{-1}([x_1],[x_2]) \) es conexo si \( x_1,x_2\in X \) y \( x_1 \neq x_2 \) *Nota, en lo que está dentro del paréntesis de \( f^{-1} \) en vez de [] son {}.
b) \( f([-\pi,\sqrt[ ]{2}]) \) es compacto.
c)\( f([-\pi, \sqrt[ ]{2}]) \) es conexo.
d) Si \( \epsilon>0,x_0\in X \) entonces \( f^{-1}(B_\epsilon(x_0)) \) es una bola abierta en \( (\mathbb{R}, |\cdot{}|) \)

Ni idea de cuáles son verdad ni cuáles mentira.

8- Sea \( f:(\mathbb{R},|\cdot{}|)\longrightarrow{}(X,d) \) aplicación continua.
a)\( f([-\pi,\sqrt[ ]{2})] \) no está acotado.
d)\( (f([-\pi,\sqrt[ ]{2}]),d) \) es un espacio métrico completo y separable.

Sé que una de esas 2 tiene que ser verdad, pero no sé cuál.

9- Sea X un conjunto finito con más de un elemento y d la distancia discreta.
c) En \( (X,d) \) todos los conjuntos son conexos.

Sé que es falsa, pero nuevamente no encuentro un contraejemplo. Esta distancia es bastante puñetera.

Esos son todos los que no logro demostrar o no se si son verdad o no.

Saludos.

12 Diciembre, 2013, 11:05 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Antes de hacer las preguntas por las que de verdad creé el tema, me gustaría preguntar una duda que me quedó en clase, la cual pregunté al profesor pero su explicación no me quedó muy clara del todo.

-Si \( (X,\tau) \) es un espacio topológico de hausdorff y \( C\subseteq{}X \) compacto, entonces \( C \) es cerrado.

Para demostrarlo vimos que \( X-C \) es abierto.

Sea \( x_0\in(X-C) \). Para cada \( y\in C, y\neq{}x_0 \) existen \( U_y, V_y \) abiertos en X tales que \( y\in U_y, x_0\in V_y, U_y\cap{}V_y=\emptyset \)

De esto concluimos que \( C\subseteq{}\cup{}_{y\in C}U_y \)

Aquí es donde vi yo algo raro. Porque si \( C \) está contenido en la unión de unos abiertos que contienen a todos los puntos de dentro de \( C \), concretamente \( C \) está contenido en su interior. Pero como el interior siempre está dentro del conjunto, \( C \) es igual a su interior, por lo tanto \( C \) es abierto, y queríamos probar que \( C \) es cerrado.

Pero los abiertos \( U_y \) NO están necesariamente contenidos en \( C \). Por ejemplo  \( C=[0,1] \) el punto \( x_0=2 \) y el punto \( y=1 \). Los abiertos que separan los puntos podrían ser \( U_y=(1/2,3/2) \) y \( V_y=(3/2,3). \)

La conclusión útil de que \( C\subseteq{}\cup{}_{y\in C}U_y \) es que los abiertos \( \{U_y\} \) recubren \( C \). Por compacidad extraeremos un subrecubrimiento finito. Finalmente eso permitirá intersecar un número finito de abiertos \( V_y \) con la garantía de que tal intersección está en \( X-C \).
 
Citar
2-
b)La clausura de cualquier subconjunto de X es una unión de bolas cerradas.
c)La clausura de cualquier bola abierta es la correspondiente bola cerrada.
d)El interior de cualquier bola cerrada es la correspondiente bola abierta.

b) ¿Que ocurre con un punto?.

c) Con la métrica discreta, \( d(x,y)=1 \) si \( x\neq y \), considera la bola abierta \( B(x,1). \)

d) Toma un ejemplo casi idéntico al anterior.

Citar
c) \( Int(A\cup{}B)=Int(A)\cup{}Int(B) \)

Sé que es falsa, lo que no encuentro es un contraejemplo.

\( A=[0,1], \quad B=[1,2] \)

Citar
4- En (\( \mathbb{R}, |\cdot{}| \)
c)\( \mathbb{N} \) es denso.
d)\( \mathbb{Z} \) es denso.

Sé que son falsas. Para demostrarlo digo que la clausura de N es N, y la de Z es Z, que son distintos de R. Me parece muy tonto, no se si esta bien razonado o no.

Está bien; simplemente tienes que probar lo que afirmas; es decir porque las clausuras son las que dices.

Citar
6-\( (X,d)= ([-1,\pi)\cup{}(-\sqrt[ ]{2})\cup{}(4,6],|\cdot{}|) \) *No se como poner {} dentro de latex*
a)\( (X,d) \) es conexo.

No sé como demostrar que no es conexo. No encuentro 2 cerrados tales que si su unión es el total su intersección deba ser distinta de vacío (Esa es la única definición de conexión que sabíamos en el momento del examen)

Para ver que NO es conexo lo que debes de encontar es dos cerrados cuya unión sea el total y su intersección sea el vacío. Por ejemplo:

\( A=([-1,\pi)\cup{}(-\sqrt[ ]{2}),\qquad B=(4,6] \)

Citar
7-Sea \( f:(\mathbb{R}, |\cdot{}|)\longrightarrow{}(X,d) \) aplicación continua.
a) Si f inyectiva entonces \( f^{-1}([x_1],[x_2]) \) es conexo si \( x_1,x_2\in X \) y \( x_1 \neq x_2 \) *Nota, en lo que está dentro del paréntesis de \( f^{-1} \) en vez de [] son {}.
b) \( f([-\pi,\sqrt[ ]{2}]) \) es compacto.
c)\( f([-\pi, \sqrt[ ]{2}]) \) es conexo.
d) Si \( \epsilon>0,x_0\in X \) entonces \( f^{-1}(B_\epsilon(x_0)) \) es una bola abierta en \( (\mathbb{R}, |\cdot{}|) \)

Ni idea de cuáles son verdad ni cuáles mentira.

a) Si f es inyectiva la imagen inversa de dos puntos diferentes son dos puntos distintos. ¿Dos puntos distintos en \( R \) con la topología usual forman un conexo?.

b)c) La continuidad preserva la compacidad y la conexión (esto es algo que deben de haberte probado en teoría; no son demostraciones difíciles).

d) Considera \( f:R\longrightarrow{}R^2,\quad f(x)=(x,|x|)  \) y \( B((0,1),1) \)

Citar
8- Sea \( f:(\mathbb{R},|\cdot{}|)\longrightarrow{}(X,d) \) aplicación continua.
a)\( f([-\pi,\sqrt[ ]{2})] \) no está acotado.
d)\( (f([-\pi,\sqrt[ ]{2}]),d) \) es un espacio métrico completo y separable.

Sé que una de esas 2 tiene que ser verdad, pero no sé cuál.

a) La continuidad preserva compacidad; un compacto en un espacio métrico es acotado.

d) Un espacio métrico compacto es completo y separable.

Citar
9- Sea X un conjunto finito con más d eun elemento y d la distancia discreta.
c) En \( (X,d) \) todos los conjuntos son conexos.

Sé que es falsa, pero nuevamente no encuentro un contraejemplo. Esta distancia es bastante puñetera.

Pero al contrario esa distancia es muy fácil; con ella cualquier conjunto es abierto y cerrado. Cualquier conjunto que puedas descomponer en dos subconjuntos no vacíos disjuntos NO será conexo. Conclusión...

Saludos.

12 Diciembre, 2013, 12:25 pm
Respuesta #2

elcristo

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Hola

Pero los abiertos \( U_y \) NO están necesariamente contenidos en \( C \). Por ejemplo  \( C=[0,1] \) el punto \( x_0=2 \) y el punto \( y=1 \). Los abiertos que separan los puntos podrían ser \( U_y=(1/2,3/2) \) y \( V_y=(3/2,3). \)

La conclusión útil de que \( C\subseteq{}\cup{}_{y\in C}U_y \) es que los abiertos \( \{U_y\} \) recubren \( C \). Por compacidad extraeremos un subrecubrimiento finito. Finalmente eso permitirá intersecar un número finito de abiertos \( V_y \) con la garantía de que tal intersección está en \( X-C \).

Ya sé que no necesariamente tienen que estar, pero pueden, y es un caso que se debería considerar. Entonces si hay un caso en el que C es abierto ya no vale la demostración en general porque habría que quitar esos casos ¿no?



b) ¿Que ocurre con un punto?.

c) Con la métrica discreta, \( d(x,y)=1 \) si \( x\neq y \), considera la bola abierta \( B(x,1). \)

d) Toma un ejemplo casi idéntico al anterior.


b) Que un punto no es una bola cerrada.
c) Como \( B(x,1) \) es un conjunto cerrado coincide con su clausura, pero la bola cerrada es todo X ¿no?
d) Con la distancia discreta, la bola cerrada de radio 1. El interior coincide con la bola cerrada porque con la distancia discreta todos son abiertos y cerrados, pero la bola abierta es 1 solo punto.


a) Si f es inyectiva la imagen inversa de dos puntos diferentes son dos puntos distintos. ¿Dos puntos distintos en \( R \) con la topología usual forman un conexo?.

b)c) La continuidad preserva la compacidad y la conexión (esto es algo que deben de haberte probado en teoría; no son demostraciones difíciles).

d) Considera \( f:R\longrightarrow{}R^2,\quad f(x)=(x,|x|)  \) y \( B((0,1),1) \)


a) No.
d) no entendí muy bien lo que quisiste poner, pero me di cuenta de una cosa. Las bolas abiertas en \( \mathbb{R}^2 \) son conjuntos abiertos, como \( f \) continua, \( f^{-1} \) transforma abiertos en abiertos, y los abiertos en \( \mathbb{R} \) son los intervalos, que son también bolas abiertas.

a) La continuidad preserva compacidad; un compacto en un espacio métrico es acotado.

d) Un espacio métrico compacto es completo y separable.

¿Entonces las 2 son verdaderas?
No puede ser, no cuadra la nota que puso entonces. Las preguntas se valoraban entre 0 y 1. Las opciones marcadas incorrectamente restan lo mismo que los aciertos, si las dejas en blanco no pasa nada.

Yo solo marque una opción, la b), la c no la puse aquí porque demostré muy fácil que es falsa, y me puso de nota 0'5. Así que o me puso nota de más o una de esas tiene que ser falsa. Pero ahora que lo dices veo que tú llevas razón, le diré que me puntuó mal.



Pero al contrario esa distancia es muy fácil; con ella cualquier conjunto es abierto y cerrado. Cualquier conjunto que puedas descomponer en dos subconjuntos no vacíos disjuntos NO será conexo. Conclusión...

Entonces cojo el subconjunto de \( X, A={a_1, a_2} \), A se puede expresar como \( B={a_1},C={a_2}, B\cup{}C \), son disjuntos, su unión es A, son abiertos, por lo tanto A es no conexo, por lo tanto es falsa.

Mil gracias.

12 Diciembre, 2013, 01:22 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Ya sé que no necesariamente tienen que estar, pero pueden, y es un caso que se debería considerar. Entonces si hay un caso en el que C es abierto ya no vale la demostración en general porque habría que quitar esos casos ¿no?

No es un caso que se debería de considerar porque que ocurra o no, no invalida para nada e argumento. En tu duda hay otro error de fondo que ya tuviste en otro hilo. En principio NO tiene nada que ver ser abierto con no ser cerrado. Es decir un conjunto puede ser abierto y cerrado al mismo tiempo.

Citar
b) Que un punto no es una bola cerrada.

Con la métrica usual de \( R^n \). Correcto (con otras métricas podría serlo).

Citar
c) Como \( B(x,1) \) es un conjunto cerrado coincide con su clausura, pero la bola cerrada es todo X ¿no?

Correcto.

Citar
d) Con la distancia discreta, la bola cerrada de radio 1. El interior coincide con la bola cerrada porque con la distancia discreta todos son abiertos y cerrados, pero la bola abierta es 1 solo punto.

Correcto.

Citar
a) Si f es inyectiva la imagen inversa de dos puntos diferentes son dos puntos distintos. ¿Dos puntos distintos en \( R \) con la topología usual forman un conexo?.

a) No.

Correcto.


Citar
d) no entendí muy bien lo que quisiste poner, pero me di cuenta de una cosa. Las bolas abiertas en \( \mathbb{R}^2 \) son conjuntos abiertos, como \( f \) continua, \( f^{-1} \) transforma abiertos en abiertos, y los abiertos en \( \mathbb{R} \) son los intervalos, que son también bolas abiertas.

Cuidado los abiertos en \( R \) no son sólo los intervalos abiertos; son unión de intervalos abiertos.

Lo que te propuse es un ejemplo en el cuál falla la propiedad. Intenta desarrollarlo.

Citar
¿Entonces las 2 son verdaderas?
No puede ser, no cuadra la nota que puso entonces. Las preguntas se valoraban entre 0 y 1. Las opciones marcadas incorrectamente restan lo mismo que los aciertos, si las dejas en blanco no pasa nada.

Yo solo marque una opción, la b), la c no la puse aquí porque demostré muy fácil que es falsa, y me puso de nota 0'5. Así que o me puso nota de más o una de esas tiene que ser falsa. Pero ahora que lo dices veo que tú llevas razón, le diré que me puntuó mal.
`

No; la primera es falsa. De hecho basta tomar una función constante para que la imagen propuesta sea acotada. No me queda muy claro si estás calculando la imagen de \( [-\pi,\sqrt{2}] \) ó \( [-\pi/\sqrt{2}) \). En el primer caso la imagen siempre es acotada; en el segundo puede o no serlo, pero no se puede afirmar que no lo sea,

Citar
Entonces cojo el subconjunto de \( X, A={a_1, a_2} \), A se puede expresar como \( B={a_1},C={a_2}, B\cup{}C \), son disjuntos, su unión es A, son abiertos, por lo tanto A es no conexo, por lo tanto es falsa.

Correcto.

Saludos.

12 Diciembre, 2013, 01:57 pm
Respuesta #4

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Muchas gracias, solo me quedó la duda respecto de la aplicación y las bolas.

Tu ejemplo es:

\( f:R\longrightarrow{}R^2,\quad f(x)=(x,|x|)  \)

Es decir, una función de \( R \) que a cada punto \( X \) le asigna su valor absoluto. Y tengo que considerar el caso de la bola de centro \( (0,1) \) y radio \( 1 \).

Entonces, si no me equivoco, la antimagen de esa bola sería \( (-1,1) - 0 \)
Que no es una bola abierta en R.

12 Diciembre, 2013, 04:12 pm
Respuesta #5

Luis Fuentes

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Hola

Tu ejemplo es:

\( f:R\longrightarrow{}R^2,\quad f(x)=(x,|x|)  \)

Es decir, una función de \( R \) que a cada punto \( X \) le asigna su valor absoluto. Y tengo que considerar el caso de la bola de centro \( (0,1) \) y radio \( 1 \).

Entonces, si no me equivoco, la antimagen de esa bola sería \( (-1,1) - 0 \)
Que no es una bola abierta en R.

Correcto.

Saludos.