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习题 1.13

为度量空间, . 称 的边界. 求证:

  1. 总为闭集;

  2. 当且仅当任给 , , ;

  3. .

求下述集合的边界:

  1. 中的开区间 ;

  2. 中的半开半闭区间 ;

  3. 中的有理数集 ;

  4. 复平面 的单位开圆盘 .

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

1. 证明 总是闭集

证明:由于 (因为 当且仅当存在 使 ,这等价于 不是 的接触点,即 ),故 。于是 均为闭集,它们的交 也是闭集。∎

2. 证明 当且仅当对任意

证明
(必要性)若 ,则 。由 ,对任意 。由 ,不存在 使 ,因此对任意 不包含于 ,即

(充分性)假设对任意 。由 。若 ,则存在 使 ,从而 ,与假设矛盾,故 。因此 。∎

3. 证明

证明:利用 (见第1步)。对 应用相同表达式得


求下列集合的边界

  1. 中的开区间
    是开集,故 ;闭包 。所以

  2. 中的半开半闭区间
    内部 ,闭包 ,故

  3. 中的有理数集
    ,所以

  4. 复平面 的单位开圆盘
    是开集,故 ;闭包 。因此 (单位圆周)。