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Date 2013/05/19 00:55:26
Name zeppelin
Subject [질문] topology 질문입니다.
이번학기에 해석학들 들으면서 기본적인 topology쪽을 공부하고 있는데요.
relative closed set에 관한 theorem을 증명하다가 이게 맞는지 확인할 길이 없어 질문 올립니다.
아래 정의는 relative open(open in S)과 relative closed(closed in S)에 관한 정의입니다.

definition>
Let S⊂R^n be given. A set E⊂S is open in S
if ∀x∈E, ∃r>0 such that
{y∈S : |y-x|<r } ⊂ E.

definition>
Let S⊂R^n be given. A set E⊂S is closed in S
if whenenve (x_k) ⊂ E converges in S, lim(x_k) ∈E.

theorem>
A set E⊂S is closed in S  if and only if S-E is open in S

pf>
(=>)
Let E⊂S is closed in S.
claim: (S-E)⊂S is open in S

let x∈(S-E)
Assume contrary.
∀r>0, ∃x∈(S-E) such that
{y∈S : |y-x|<r } ⊂ E.
since E is closed in S,
∃(x_k)⊂E such that lim(x_k)=x ⊂ E. A contradiction.
∴∀x∈(S-E), ∃r>0 such that
{y∈S : |y-x|<r } ⊂ (S-E) which implies (S-E) is open in S.

(<=)에 관한 증명은 아직 안해봤는데요. 우선 위와 같은 논리 전개가 가능한지 여쭙고 싶습니다.ㅠ
open에 관한 definition을 부정했더니 x가 S-E 와 E에 동시에 속하게 되서 모순이 생기니까
open임을 보였는데요.
여기서 증명 밑에서 세 번째 줄에 (x_k) sequence가 존재한다고 말하는 부분이 계속 거슬리네요.
이 부분에 관한 조언 부탁드립니다.
혹시 증명이 틀렸다면 다른 idea를 제시해주셨으면 합니다(_ _)

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zeppelin
13/05/19 01:13
수정 아이콘
아참 그리고 하나 잊은게 있는데 혹시 relative open에 대한 contrary가 위에 증명부분에 적은 것과 같은지
여쭙고 싶습니다. ㅠ
에이멜
13/05/19 01:47
수정 아이콘
가능합니다. э(n)= 1/n 으로 잡아서 N(э, x) (x의 э 네이버후드) 안에 있는 Xn 을 잡을 수 있고, 이 때 Xn->x 이므로 R^n 에서 n 이 finite 라면 성립하게 됩니다.

assume S-E is not open (in S) => then there exist x∈S-E s. t {y∈S : |y-x|<r } for arbitrary r. So exist c∈ {y∈S : |y-x|<r } ∩ E
set S = {y∈S : |y-x|<r }라 하면 set S 전체가 E에 속하는 것은 아닙니다. 밑에 설명해놓으신걸 보면 분명히 인지하고 계시는 것 같으니 표현만 고치시면 되겠습니다.
zeppelin
13/05/19 02:04
수정 아이콘
답변 감사합니다.
답변주신 거에서 궁금한게 있는데 R^n상의 sequence가 아니라 S상의 sequence인데
э(n)= 1/n 으로 잡아서 N(э, x) (x의 э 네이버후드) 안에 있는 Xn 이렇게 잡아도 되는건가요?ㅠㅠ
그리고
So exist c∈ {y∈S : |y-x|<r } ∩ E set S = {y∈S : |y-x|<r }라 하면 set S 전체가 E에 속하는 것은 아닙니다.
여기부분이 잘 이해가 안가는데 contrary부분이 잘못 됐다는 것 같은데 혹시 좀 더 자세한 설명 부탁드려도 될까요.ㅠ

결론적으로 x가 (S-E)와 E에 동시에 속하니 contradiction이므로 (S-E)가 open이라는 논리전개는 맞는 것 같긴 한데..
contrary가 어렵네요.. 교수님께서 contrary를 잘하면 증명도 잘할거라 하시던데 역시 만만치가 않네요.ㅠㅠ
에이멜
13/05/19 02:28
수정 아이콘
별 생각없이 n 을 썼는데 이 떄의 n 은 R^n 의 n이 아니라 Xn 의 n 입니다. S가 R^n의 subset이므로 S도 당연히 metric이므로 별 문제가 없을 것 같은데 어떤 부분이 안된다고 생각하시는지 구체적으로 말씀해주시면 설명드리겠습니다.

let x∈(S-E)
x가 S-E의 원소라고 하고
Assume contrary.
S-E가 open 이 아니라고 가정하자.
∀r>0, ∃x∈(S-E) such that {y∈S : |y-x|<r } ⊂ E.
임의의 양수 r 에 대해서 N(x,r)이 E에 속하게 되는 x가 존재한다. <- 여기가 틀립니다.
open이면 N(x,r) ⊂ E 이지만 open이 아니라고 했으므로 N(x,r) not in E(기호가 없네요)가 됩니다.

[open에 관한 definition을 부정했더니 x가 S-E 와 E에 동시에 속하게 되서 모순이 생기니까 open임을 보였는데요. ]
저는 처음에 답변을 달 때 저 x를 x의 nbd라고 생각해서 개념을 제대로 잡고 계시다고 생각했는데 다시 보니까 아닌 것 같기도 하고..
x는 E에 속하든 S-E에 속하든 둘 중하나입니다. x의 nbd가 문제가 되는 것이죠.
zeppelin
13/05/19 02:53
수정 아이콘
답변 감사합니다!.
위에 부분은 제가 혼동한 것 같습니다.ㅠ

으음.. 지적해 주신 부분인
let x∈(S-E)
Assume contrary.
∀r>0, ∃x∈(S-E) such that {y∈S : |y-x|<r } not in (S-E).
여기서 relative open이라 S내에서만 생각하고 있는데 not in (S-E) 이면 E가 맞다고 생각했는데 제가 잘못 생각 한 건가요?ㅠ

그리고 x는 x의 nbd를 생각한거긴 한데..
처음에 x∈(S-E)를 가정했고, contrary에서
{y∈S : |y-x|<r } ⊂ E 를 만족하는 y는 x를 포함하므로 모순이 되버린다고 생각했었거든요.

제가 개념을 잘못 잡고 있는 것 같기도 하고 혼동되네요.ㅠ
x의 nbd가 문제가 된다는 부분이 어떤 말씀이신지 여쭤봐도 될까요.
에이멜
13/05/19 03:08
수정 아이콘
set S가 E에 속한다의 부정은 'S가 E에 속하지 않는다' 입니다. U를 Univesal set 이라고 할 때 U-E에 속한다. 라고 할 수는 없습니다.
간단하게 R에서 생각해보면 interval (1,3) 이 (2,,4)에 속하지 않지만, 그렇다고 R-(2,4)(R: Real number)에 속하지도 않습니다.

그러므로 S가 E에 속한다의 부정은 S가 E가 아닌 어떤 set을 touch한다( for some set F , S intersection F is not empty) 입니다.
topology 교재에 저 부분에 대한 설명이 되어 있을겁니다.
zeppelin
13/05/19 03:23
수정 아이콘
이제야 이해가 됐네요!
not in (S-E)이므로 E와 겹치는 부분이 있다로 표현을 바꿔야 하는 거였군요!.
계속 이해를 못하고 같은 질문만 드려서 죄송합니다^^;
늦은 시간까지 답변달아주셔서 감사합니다. 편안한 밤 되세요^^.
Anabolic_Synthesis
13/05/19 10:00
수정 아이콘
이게 뭐야 외계어야? 라고 댓글달러왔더니 해석학 내용이네요.. 덕분에 오랜만에 refresh 하고 갑니다~~
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