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习题 1.20

设 为度量空间, . 求证: 在 中稠密当且仅当任给 , 有

解答

解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成

证明

设 为度量空间,. 记 为 的闭包.


()
假设 在 中稠密,即 .
任取 ,需证 .
显然 ,故只需证 .
对任意 ,由 知 . 根据闭包的定义,对上述 ,存在 使得 ,即 .
因此 ,从而 .
故 成立.


()
假设对任意 均有 .
要证 ,即证任意 都属于 .
任取 和 . 由假设 ,故 必属于某个 ,其中 ,即存在 使得 .
这意味着 ,从而 .
由于 是任意的,根据闭包的等价描述,.
由 的任意性知 ,即 在 中稠密.


综上, 在 中稠密当且仅当对任给 ,.