4.10.E: Problemas en arcos, curvas y conjuntos conectados
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
Discutir ejemplos(a) y(b) en detalle. En particular, verificar queL[¯a,¯b] sea un arco simple. (Mostrar que el mapaf en Ejemplo(1) de §8 es uno a uno.)
Mostrar que cada polígono
\ [
K=\ bigcup_ {i=0} ^ {m-1} L\ left [\ overline {p} _ {i},\ overline {p} _ {i+1}\ right]
\] se
puede reducir a una simpleP(P⊆K) unión de polígonosp0 ypm.
[Pista: Primero, mostrar que si dos segmentos de línea tienen dos o más puntos en común, se encuentran en una línea. Luego use la inducción en el númerom de segmentos enK. Dibujar un diagramaE2 como guía.
Demostrar el teorema 1 de §9 para un arco conectadoB⊆(S,ρ).
[Pista: Proceder como en los Problemas 4 y 5 en §9, reemplazandog por algún mapa continuof:[a,b]⟶B.]
Definirf como en Ejemplo(f) de §1. Dejar
\ [
G_ {a b} =\ izquierda\ {(x, y)\ en E^ {2} | a\ leq x\ leq b, y=f (x)\ derecha\}.
\]
(Gab is the graph of f over [a,b].) Demostrar lo siguiente:
(i) Sia>0, entoncesGab es un simple arco enE2.
(ii) Si ni siquieraa≤0≤b,Gab está conectado en sentido del arco.
[Consejos: (i) Demostrar quef es continuo al[a,b],a>0, usar la continuidad de la función
sinusoidal. Luego use el Problema 16 en §2, restringiendof a[a,b].
(ii) For a contradiction, assume ¯0 is joined by a simple arc to some ¯p∈Gab.]
Demostrar que cada arco es una imagen continua de[0,1].
[Pista: Primero, demuestre que cualquiera[a,b]⊆E1 es una imagen así. Luego use un mapeo compuesto adecuado.
Demostrar que una funciónf:B→E1 en un conjunto compactoB⊆E1 debe ser continua si su gráfica,
\ [\ left\ {(x, y)\ in E^ {2} | x\ in B, y=f (x)\ right\},
\]
es un conjunto compacto (por ejemplo, un arco) enE2.
[Pista: Proceder como en la prueba del Teorema 3 del §8.]
Demostrar queA está conectado si no hay mapa continuo
\ [
f: A\ underset {\ text {onto}} {\ longrightarrow}\ {0,1\}.
\]
[Pista: Si existe tal mapa, el Teorema 1 muestra queA está desconectado. (¿Por qué?)
Por el contrario, siA=P∪Q(P,Q as in Definition 3), sef=0 poneP yf=1 se poneQ. Utilice nuevamente el Teorema 1 para mostrar quef así definido es continuo enA.]
LetB⊆A⊆(S,ρ). Prove queB está conectado enS iff está conectado en(A,ρ).
Supongamos que no hay dos deAi(i∈I) los conjuntos disjuntos. Demostrar que si todosAi están conectados, así esA=⋃i∈IAi.
[Pista: Si no,A=P∪Q(P,Q as in Definition 3). let LetPi=Ai∩P yQi=Ai∩Q, asíAi=Pi∪Qi,i∈I.
Al menos uno de losPi,Qi debe ser∅ (why?); say, Qj=∅ for some j∈I. Then
(∀i)Qi=∅, paraQi≠∅Pi=∅, implica de donde
\ [
A_ {i} =Q_ {i}\ subseteq Q\ Longrightarrow A_ {i}\ cap A_ {j} =\ conjunto vacío\ izquierda (\ texto {desde} A_ {j}\ subseteq P\ derecha),
\]
contrary to our assumption. Deduce that Q=⋃iQi=∅. (Contradiction!) ]
Demostrar que si{An} es una secuencia finita o infinita de conjuntos conectados y si
\ [
(\ forall n)\ quad A_ {n}\ cap A_ {n+1}\ neq\ emptyset,
\]
entonces
\ [
A=\ bigcup_ {n} A_ {n}
\]
está conectado.
[Pista: LetBn=⋃nk=1Ak. Use el Problema 9 y la inducción para demostrar queBn están conectados y no hay dos disjuntos. VerifíqueloA=⋃nBn y aplique el Problema 9 a the sets Bn.]
Dadop∈A,A⊆(S,ρ), letAp denotar la unión de todos los subconjuntos conectados of A that contain p (one of them is {p});Ap se llama elp -componente deA. Prove que
(i) Ap is connected (use Problem 9);
(ii) noAp está contenido en ningún otro conjunto conectadoB⊆A conp∈B;
(iii) (∀p,q∈A)Ap∩Aq=∅iffAp≠Aq; y
iv)A=∪{Ap|p∈A}.
[Pista para (iii): SiAp∩Aq≠∅ yAp≠Aq, luegoB=Ap∪Aq es un conjunto conectado larger than Ap, contrary to (ii). ]
Demostrar que siA está conectado, así es su cierre (Capítulo 3, §16 Definición 1), y así lo es cualquier conjuntoD tal queA⊆D⊆¯A.
[Consejos: Primer espectáculo queD es el “menos” set cerrado en(D,ρ) que contieneA (Problem 11 in Chapter 3,§16 and Theorem 4 of Chapter 3,§12). Next, buscando una contradicción, vamos aD=P∪Q,P∩Q=∅,P,Q≠∅, clopen enD. Entonces
\ [
A =( A\ cap P)\ cup (A\ cap Q)
\]
demuestra Adesconectado, por siA∩P=∅, decir, entoncesA⊆Q⊂D (¿por qué?) , contrario a the minimality of D; similarly for A∩Q=∅.]
Se dice que un conjunto está totalmente desconectado si sus únicos subconjuntos conectados son conjuntos de un punto y∅.
Demostrar queR (los racionales) tiene esta propiedad enE1.
Demostrar que cualquier espacio discreto está totalmente desconectado (ver Problema 13).
De los Problemas 11 y 12 deducir que cada componenteAp está cerrado(Ap=¯Ap).
Demostrar que un conjuntoA⊆(S,ρ) está desconectado iffA=P∪Q, conP,Q≠∅, y cada uno de ellosP,Q disjuntos del cierre del otro:P∩¯Q=∅=¯P∩Q.
[Pista: Por Problema 12, el cierre deP in(A,ρ) (es decir, el conjunto menos cerrado en(A,ρ) que contieneP) es
\ [
A\ cap\ overline {P} =( P\ cup Q)\ cap\ overline {P} =( P\ cap\ overline {P})\ cup (Q\ cap\ overline {P}) =P\ cup\ EmptySet=P,
\]
así queP se cierra de maneraA; similar paraQ. Demostrar lo contrario de la misma manera.
Dé un ejemplo de un conjunto conectado que no esté conectado en sentido del arco.
[Pista: El setG0b(a=0) en Problema 4 es el cierre deG0b−{¯0} (verificar!) , y the latter is connected (why?); hence so is G0b by Problem 12.]