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LibreTexts Español

4.10.E: Problemas en arcos, curvas y conjuntos conectados

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

Ejercicio4.10.E.1

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.)

Ejercicio4.10.E.2

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(PK) 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.

Ejercicio4.10.E.3

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.]

Ejercicio4.10.E.4

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 siquieraa0b,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 ¯pGab.]

Ejercicio4.10.E.5

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.

Ejercicio4.10.E.6

Demostrar que una funciónf:BE1 en un conjunto compactoBE1 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.]

Ejercicio4.10.E.7

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=PQ(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.]

Ejercicio4.10.E.8

LetBA(S,ρ). Prove queB está conectado enS iff está conectado en(A,ρ).

Ejercicio4.10.E.9

Supongamos que no hay dos deAi(iI) los conjuntos disjuntos. Demostrar que si todosAi están conectados, así esA=iIAi.
[Pista: Si no,A=PQ(P,Q as in Definition 3). let LetPi=AiP yQi=AiQ, asíAi=PiQi,iI.
Al menos uno de losPi,Qi debe ser (why?); say, Qj= for some jI. Then 
(i)Qi=, paraQiPi=, 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!) ]

Ejercicio4.10.E.10

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.]

Ejercicio4.10.E.11

DadopA,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 conectadoBA conpB;
(iii) (p,qA)ApAq=iffApAq; y
iv)A={Ap|pA}.
[Pista para (iii): SiApAq yApAq, luegoB=ApAq es un conjunto conectado larger than Ap, contrary to (ii). ]

Ejercicio4.10.E.12

Demostrar que siA está conectado, así es su cierre (Capítulo 3, §16 Definición 1), y así lo es cualquier conjuntoD tal queAD¯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=PQ,PQ=,P,Q, clopen enD. Entonces
\ [
A =( A\ cap P)\ cup (A\ cap Q)
\]
demuestra Adesconectado, por siAP=, decir, entoncesAQD (¿por qué?) , contrario a the minimality of D; similarly for AQ=.]

Ejercicio4.10.E.13

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.

Ejercicio4.10.E.14

Demostrar que cualquier espacio discreto está totalmente desconectado (ver Problema 13).

Ejercicio4.10.E.15

De los Problemas 11 y 12 deducir que cada componenteAp está cerrado(Ap=¯Ap).

Ejercicio4.10.E.16

Demostrar que un conjuntoA(S,ρ) está desconectado iffA=PQ, conP,Q, y cada uno de ellosP,Q disjuntos del cierre del otro:P¯Q==¯PQ.
[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.

Ejercicio4.10.E.17

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.]


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