閉集

閉集

在拓撲空間中,閉集是指其補集為開集的集合。由此可以引申在度量空間中,如果一個集合所有的極限點都是這個集合中的點,那么這個集合是閉集。不要混淆於閉流形。上述閉集是根據開集而來得,這一概念在拓撲空間上是有意義的,同時也適用於含有拓撲結構的其他空間,如度量空間、可微流形、一致空間和規格空間。

基本信息

定義

在拓撲空間中,閉集是指其補集為開集的集合。 由此可以引申在度量空間中,如果一個集合所有的極限點都是這個集合中的點,那么這個集合是閉集。不要混淆於閉流形。

性質

閉集包含其自身的邊界。換句話說,這個概念基於“外部”的概念,如果你在一個閉集的外部,你稍微“抖動”一下仍在這個集合的外部。注意,這個概念在邊界為空的時候還是真的,比如在有理數的度量空間中,對於平方小於 2 的數的集合。
任意多個閉集的交集是閉集;有限多個閉集的並集是閉集。特別的,空集和全空間是閉集。
交集的性質也被用來定義空間 X 上的集合 A 的閉包,即 X 的閉合子集中最小的 A 的父集。特別的,A 的閉包可以通過所有的其閉合父集的交集來構造。

例子

單位區間[0,1]在實數上是閉集。
集[0,1]∩Q在有理數上是閉集,但在實數上並不是閉集。
有些集合既不是開集也不是閉集,如實數上的半開區間[0,1)。
集合中的“閉集”
我們把“如果a∈A,b∈A,那么a±b∈A,且ab∈A且a/b(b≠0)∈A”的集合A稱為閉集。

詳解

上述閉集的定義是根據開集而來得,這一概念在拓撲空間上是有意義的,同時也適用於含有拓撲結構的其他空間,如度量空間、可微流形、一致空間和規格空間。
另一種對閉集的定義是通過序列。拓撲空間X上的子集A是閉合的,若且唯若A的元素組成的任意序列的任意極限仍然屬於A。這一表述的價值在於,它可以用在收斂空間的定義中,而收斂空間比拓撲空間更普通。注意,這一表述仍然依賴背景空間X,因為序列是否在X中收斂依賴於X中的點。
集合是否是閉合的通常取決於它所在的空間。然而在某種意義上,緊緻的豪斯多夫空間是“絕對閉合的”。精確地說,將緊緻的豪斯多夫空間K放在任意豪斯多夫空間X中,K總是X的一個閉合子集;這和“背景空間”沒有關係。實際上,這個性質刻畫了緊緻的豪斯多夫空間。

拓撲

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一般度量拓撲下實數軸都是閉集,因為它上面的點列的極限點還在它上面,而這裡閉集的定義是極限點都在自己身體裡面的集合稱為閉集,因此實數軸就是閉集。

根據定義,每一個拓撲,首先需要確定研究的集合(全集)是什麼,然後確定哪些子集合是開集,保證全集和空集是開集,開集的有限交和和任意並是開集。最後定義開集的補集也就是全集減去一個開集得到集合叫閉集。

下面來看三個例子:

實數軸既開又閉:如果我們只研究實直線,全集就是實數軸,它就一定又開又閉。
實數軸是閉集,但不是開集:如果研究的全集是二維平面,開集選擇咱們通常意義上的開集,那x軸作為實數軸,就是閉集而不是開集,因為它是上下兩個開集半平面的並的補集,不是閉集的補集。

實數軸是開集,但不是閉集:(硬想出來的)考慮全集是平面上xy=0的集合,也就是x軸和y軸並起來。定義初始開集為四個帶0半軸,因為這四個半軸兩兩相交交集都是原點,因此原點作為單點集也是開集,這五個開集(稱為最終拓撲的一個基)的任意並集就是這個拓撲的全部開集了。它們的補集就是全部閉集。因為y軸正半軸和負半軸是閉集,其並集是閉集,而且怎么也不是開集,它的補集,x軸就是開集而不是閉集。

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