§7.5 度量空間中的緊緻性
本節重點:掌握度量空間中的緊緻空間、可數緊緻空間、序列緊緻空間、列緊空間之間的關係.
由於度量空間滿足第一可數性公理,同時也是
定義7.5.1 設a是度量空間(x,ρ)中的乙個非空子集.集合a的直徑diam(a)定義為
diam(a)=sup若a是有界的
diam(a)=∞ 若a是無界的
定義7.5.2 設(x,ρ)是乙個度量空間,a是x的乙個開覆蓋.實數λ>0稱為開覆蓋a的乙個lebesgue數,如果對於x中的任何乙個子集a,只要diam(a)<λ,則 a包含於開覆蓋a的某乙個元素之中.
lebesgue數不一定存在.例如考慮實數空間r的開覆蓋
∪則任何乙個正實數都不是它的lebesgue數.(請讀者自補證明.)
定理7.5.1[lebesgue數定理] 序列緊緻的度量空間的每乙個開覆蓋有乙個lebesgue數.
證明 設x是乙個序列緊緻的度量空間,a是x的乙個開覆蓋.假若開覆蓋a沒有lebesgue 數,則對於任何i∈z+,實數1/i不是a的lebesgue數,所以x有乙個子集e,使得diam(e)<1/i並且ei不包含於a的任何元素之中.
在每乙個
是x的乙個開覆蓋,故存在a∈a
使得y∈a,並且存在實數ε>0使得球形鄰域b(y,ε)
ρ(x,y)≤ρ(x,
這證明與
定理7.5.2 每乙個序列緊緻的度量空間都是緊緻空間.
證明 設x是乙個序列緊緻的度量空間,a是x的乙個開覆蓋.根據定理7.5.1,x的開覆蓋a有乙個lebesgue數,設為λ>0.
令b=.它是x的乙個開覆蓋.我們先來證明b有乙個有限子覆蓋.
假設b沒有有限子覆蓋.任意選取一點
不是x的覆蓋,選取
現在設是開覆蓋b的乙個有限子覆蓋.由於其中每乙個元素的直徑都小於λ,所以對於每乙個i=1,2,…,n存在
b(因此,根據定理7.5.2以及前一節中的討論可見:
定理7.5.3 設x是乙個度量空間.則下列條件等價:
(1)x是乙個緊緻空間;
(2)x是乙個列緊空間;
(3)x是乙個序列緊緻空間;
(4)x是乙個可數緊緻空間.
我們將定理7.5.3的結論列為圖表7.3以示強調.
本章總結:
(1)重點是緊緻性、緊緻性與分離性的關係.
(2)度量空間(特別是
(3)緊緻性是否是連續對映所能保持的、可積的、可遺傳的?證明時牽涉到的閉集要注意是哪個空間的閉集.
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