Math Analysis Homework - Sem 2 Week 5
T1
2. 设 E⊂R2,P0 为 E 的聚点, 证明存在 R2 中的点列 {Pn}⊂E (Pn=P0,n∈N), 使得 limn→∞Pn=P0.
P0是E的聚点,即对P0的任意开球邻域U=B(P0,r),E∩U=∅.
则取P1∈B(P0,1)∩E,取Pn∈B(P0,21∥Pn−1,P0∥)∩E,则 ∥Pn−1−P0∥→0,Pn−1→P0.
T2
3. 对于下列 R2 中的点集 E, 求 E 的内核 Eo, 边界集 ∂E, 导集 E′, 并判断哪些是开集、闭集、有界集、开区域和闭区域.
- (1) E={(x,y)∣0<x2+y2<1};
- (3) E={(x,y)∣x2+y2⩽1}∪{(x,y)∣y=0,1⩽x⩽2};
- (5) E={(x,y)∣(x2+y2)(y2−x2+1)⩽0};
- (7) E={(x,y)∣x=n1,y=m1;m,n∈N};
(1):
IntE=E∂E={(x,y)∣x2+y2∈{0,1}}E′={(x,y)∣x2+y2∈[0,1]}
是开集,有界集,开区域,不是闭集,闭区域
(2):
IntE={(x,y)∣x2+y2<1}∂E={(x,y)∣x2+y2=1∨(y=0∧x∈(1,2])}E′=E
是闭集,有界集,不是闭集,不是开区域或闭区域(按照闭区域是开区域闭包的定义)
(3):
E={(x,y)∣y2−x2+1≤0}∪{(0,0)}IntE={(x,y)∣y2−x2+1<0}∂E=(x,y)∣y2−x2+1=0∪{(0,0)}E′=E
是闭集,不是开集,有界集,闭区域或开区域
(4):
IntE=∅∂E=EE′={(0,0)}
是闭集,不是开集,是有界集,不是开区域或闭区域
T3
4.
(1) 设 E1,E2 均为闭集, 证明 E1∪E2 也是闭集. 若 Ek(k∈N) 均为闭集, ⋃k=1∞Ek 是否必为闭集?
(2) 设 E1,E2 均为开集, 证明 E1∩E2 也是开集. 若 Ek(k∈N) 均为开集, ⋂k=1∞Ek 是否必为开集?
(1):
∀x∈(E1∪E2)′,∃{xn},xn∈E1∪E2,n→∞limxn=x,we have xn∈E1∨xn∈E2,let y0=0,yn=k>yn−1argmin{xk∈E1} so xyn∈E1,n→∞limxn=n→∞limxyn∈E1′⊂E1⊂E1∪E2so (E1∪E2)′⊂(E1∪E2),(E1∪E2) is closed
否,∪[n1,1]=(0,1]不是闭集.
(2):
x∈(E1∩E2)⟹x∈E1,x∈E2⟹∃x∈B(x,r1)⊂E1,x∈B(x,r2)⊂E2⟹x∈B(x,min(r1,r2))⊂(E1∩E2)⟹E1∩E2 is open
T4
5. 设 E⊂R2, 证明 E 的内核 Eo 必为开集, E 的导集 E′ 必为闭集.
(1):
∀x∈IntE∃r>0 s.t. x∈B(x,r)⊂Ethen ∀y∈B(x,3r),y∈B(y,3r)⊂B(x,r)⊂IntEso x∈B(x,3r)⊂E,IntE is open
(2):
∀x∈E′′,∃{xn},xn∈E′,n→∞limxn=x∃{yn,m},yn,m∈E,n→∞limyn,m=xmconstruct zn=yk,n,where ∀i>k−1,∣yn,m−xm∣<2n1then zn∈E,n→∞limzn=n→∞limxn=x∈E′⟹E′′⊂E′,E′ is open