实分析

12.3 相对拓扑

定义

  1. (12.3.3 相对拓扑)(X,d)是一个度量空间,YX的一个子集,并设EY的一个子集。如果E在度量子空间(Y,d|Y×Y)中是开的,那么我们称E关于Y相对开的;类似的,如果E在度量子空间(Y,d|Y×Y)中是闭的,那么我们称E关于Y相对闭的

    (开集和闭集的概念并不是集合的内在属性,也就是说,它不止和限制在Y上的度量函数d|Y×Y有关,还和它的环绕空间X相关)


命题

  1. (12.3.4)(X,d)是一个度量空间,YX的一个子集,并设EY的一个子集。那么有下面的两个命题成立:

    1. E是关于Y相对开的,当且仅当存在X中的开集VX使得E=VY
    2. E是关于Y相对闭的,当且仅当存在X中的闭集KX使得E=KY

课后习题

12.3.1 证明命题12.3.4(b)

考虑最简单的情形,不妨令有KE的闭包(当然,是关于X的),于是K是一个闭集。对任意的eE,于是根据命题12.2.15(b)eE的一个附着点,进而根据命题12.2.10存在一个E中依度量dY×Y收敛于e的序列(en)n=0。此时注意到(en)n=0同样是K中依度量d收敛于e的序列与Y中依度量dY×Y收敛于e的序列,于是由于YK分别是关于YK相对闭的可以得到eKeY,即有eKY;反之,对任意的eKY,由于KE的闭包,于是eE的附着点。又因为E关于Y是相对闭的且eY,于是根据命题12.2.15(b)我们有E应该包含其所有在Y中的附着点,也就是说eE。综上于是我们可得KY=E

反过来,若存在X中闭集KX使得E=KY。对任意E中的收敛序列(en)n=0,由于K是闭集并且EK(即(en)n=0也是K中的收敛序列),我们可以得到该序列收敛值e:=limnenK;另一方面,对度量子空间(Y,d|Y×Y)来说Y是关于Y相对闭的,于是由于EY(即(en)n=0也是Y中的收敛序列)我们也可以得到eY。从而eKY=E,综合即对任意E中的收敛序列(en)n=0其收敛值e都属于E,根据命题12.2.15(b)即E是闭的。