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Comprender la definición de conjunto compacto

Sólo necesito un poco de ayuda para aclarar la definición de conjunto compacto.
Empecemos por la definición de libro de texto:

Un conjunto $S$ se llama compacto si, siempre que esté cubierto por una colección de conjuntos abiertos $\{G\}$ , $S$ también está cubierta por una subcolección finita $\{H\}$ de $\{G\}$ .

Pregunta: ¿Tiene $\{H\}$ debe ser un subconjunto adecuado de $\{G\}$ ? Si, por ejemplo, $\{G\}$ ya es una colección finita, ¿significa eso que $S$ queda automáticamente cubierta por una subcolección finita de $\{G\}$ ? Además, ¿son necesarios los conjuntos abiertos en $\{H\}$ sean conjuntos acotados?

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MJD Puntos 37705

Como ocurre con muchas afirmaciones que implican cuantificadores anidados, puede ser útil pensar en esto en términos de juego. Supongamos que usted está tratando de demostrar que un cierto espacio $G$ es compacto. $G$ es compacta si, para cada cobertura abierta $C$ de $G$ existe un subcubrimiento finito. Así que el juego es el siguiente:

  1. Usted dice " $G$ es compacto".

  2. Tu adversario dice "No lo es. Aquí hay una cubierta abierta $C$ ." (El adversario le da una familia de conjuntos abiertos cuya unión contiene a $G$ .)

  3. Usted responde "He aquí una subcubierta finita de $C$ ." (Usted responde con un subconjunto finito de $C$ cuya unión aún contiene $G$ .)

Si tienes éxito en el paso 3, ganas. Si fracasas, pierdes. (Si intenta demostrar que $G$ es no compacto, tú y el adversario intercambiáis los papeles).

Si el adversario presenta una cobertura abierta finita $C$ en el paso 2, tienes un fácil contra-movimiento en el paso 3: simplemente devuelve $C$ y usted gana.

Pero para demostrar que $G$ es compacto usted también tiene que ser capaz de encontrar un contramovimiento para cualquier cobertura infinita $C$ que te da el adversario.

¿Su subcubierta finita debe ser correcto subconjunto de $C$ ? No. Si esto fuera necesario, el adversario siempre podría ganar en el paso 2 entregándote una cobertura $C$ con un solo elemento, $C=\{ G \}$ . Entonces el único subconjunto adecuado que podrías devolver sería $\lbrace\mathstrut\rbrace$ que no es una cobertura de $G$ y, por tanto, no habría conjuntos compactos no vacíos. Eso sería una tontería, por lo que se debe permitir devolver $C$ sin cambios en el paso 3.

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Nobody Puntos 517

En $\{H\}$ debe ser una subcolección propia? No. $\{G\}$ es finito para empezar, entonces $\{G\}$ es una subcolección perfectamente válida. Como ejemplo, cubra $[0,1]$ por $\{G\}=\{(-1,3/4),(1/2,2)\}$ . Si $\{G\}$ es infinita, entonces la subcolección $\{H\}$ debe ser un subconjunto propio debido a su finitud.

Los conjuntos abiertos en $\{H\}$ no necesitan estar acotadas. Por ejemplo, podríamos cubrir el intervalo $[0,\infty)$ por $$ \{G\} = \{ (a,\infty) : a \in \mathbb{R} \} $$

Una subcubierta finita obvia viene dada por $$ \{H\} = \{ (-1,\infty) \} $$

Sin embargo, $[0,\infty)$ no es compacta ya que existe una cubierta abierta que no tiene subcubierta finita:

$$ \{G\} = \{ (a,a+2) : a \in \mathbb{R} \} $$

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