Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.
Nástěnka
❗22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
❗04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
❗23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.
Nejste přihlášen(a). Přihlásit
Stránky: 1 2

Zdravím, potřebuji poradit s příkladem v metrickém prostoru (na semináři jsme m.p. prolétli jen letmo...).
Nechť
, kde
je množina všech iracionálních čísel. Určete
,
,
,
. Je množina
otevřená, respektive uzavřená? Je množina
hustá v metrickém prostoru
?
Vím, že:
-
je vnitřek množiny A = množina všech vnitřních bodů množiny A
-
je derivace množiny A = množina všech hromadných bodů množiny A
-
je uzávěr množiny A = 
-
je hranice A = množina všech hraničních bodů množiny A
- množina A je uzavřená, pokud platí: 
- množina A je otevřená, pokud:
nebo 
- množina A je hustá v P, pokud:
nebo
nebo 
Bohužel nevím, jak to konkrétně aplikovat na příklad.
Předem děkuji za každou radou!
Offline
↑ Aquabellla:
Ahoj, tak můžeme jít kousek po kousku, třeba nejdříve zjistit, zda je A otevřená ve zmíněném metrickém prostoru.
To je tehdy, pokud je každý její bod vnitřní. Zvolme tedy
. Máme najít nějaké
tak, aby
. Je to srozumitelné?
Existuje takové epsilon? Pokud ano, proč. Pokud ne, proč?
Offline
↑ Aquabellla:
Ahoj, nechci kolegyni Andrejce3 fušovat do případu, jen se pro svoji potřebu optám: symbol
znamená metrický prostor
s metrikou
? Já bych napsal (když už)
.
Offline
↑ Rumburak:
Jistě, dobrá poznámka. Automaticky jsem to brala jako metriku indukovanou normou.
Offline

↑ Andrejka3:
Podle mě je množina otevřená, protože všechny body jsou vnitřní (interval je otevřený - není hranice A).
↑ Rumburak:
Popravdě nevím, setkala jsem se s tím ve sbírce prvně.
Offline
↑ Aquabellla:
Tak to nelze počítat...
Potřebovala bych vědět, čemu rozumíš, abych věděla s čím začít.
Víš, co je metrika? Jaké má vlastnosti?
Offline

↑ Andrejka3:
Ten základ jsem celkem pochopila. Metrika
je zobrazení PxP --> R+, kde P je nějaká množina (neprázdná). To číslo
nazýváme vzdáleností bodů x, y v metrickém prostoru
. Metrický prostor musí splňovat tři axiomy:
1)
, nule se rovná právě tehdy, když x = y.
2)
- symetrie
3)
- trojúhelníková nerovnost
Známe 5 základních metrik:
součtová metrika,
eukleidovská metrika (do teď jsme se pohybovali pouze v této metrice),
maximální metrika,
metrika stejnoměrné konvergence,
integrální metrika. Počítat vzdálenosti dvou bodů v jednotlivých metrikách mi problém nedělá.
Offline
Skvělé.
Další zásadní pojem je okolí bodu, s tím budeme dost pracovat.
Ještě předtím je užitečné si uvědomit následující:
Je-li
metrický prostor, pak pro každou vlastní podmnožinu P, řekněme
je
opět metrický prostor, kde
je zúžení
na
.
Toto okamžitě můžeme využít:
Metrika v příkladu, jak psal kolega Rumburak má následující předpis:
.
Takovou metriku jistě znáš - běžně se s ní definují metrické pojmy jako konvergence apod v reálné analýze fcí jedné reálné proměnné.
víme, že je metrický prostor, tak i
je též metrický prostor.
Jedním ze zásadních pojmů je okolí bodu, které je definované následovně.
Buď
metrický prostor,
.
Epsilon okolí bodu
(v prostoru P) je množina
.
Lze si to představit jako kouli kolem bodu x o poloměru epsilon.
Jak bys tedy napsala dejme tomu
v našem příkladu?
Offline

↑ Andrejka3:
Dobře, zúžení, metriku od Rumburaka i okolí bodu chápu
.



Napsala jsem to správně?
Offline
↑ Aquabellla:
ano, ale
je na první pohled nejasné. Spíš nesprávné, řekla bych:
můžeš si ověřit, že třeba
splňuje tuto podmínku. Problém je, že to není prvek našeho metrického prostoru :
.
Takže
je v našem případě:
. V takovém m.p. je pak jednotkové okolí každého bodu jednoprvkové.
m.p. a
.
je otevřená (vzhledem k m.p. P), právě když
.
jsou otevřené množiny (chceme-li počítat i s prázdnými množinami), každé okolí nějakého bodu je (díky troj. nerovnosti) otevřená množina.
je otevřená (v
, musíme pro každý bod množiny
najít, okolí, které se celé vejde do
. Lze to udělat?Offline

↑ Andrejka3:
Dobře, takže množinou P je průnik řešení nerovnice a našeho intervalu? Jelikož náš interval je podmnožinou řešení nerovnice, tak je to jasné.
Jj, tomu rozumím, i když samotnou by mě to do teď nenapadlo nad tím tahle uvažovat.
Může se stát, že nějaká množina není ani otevřená ani uzavřená?
Offline
Dobře, takže množinou P je průnik řešení nerovnice a našeho intervalu? Jelikož náš interval je podmnožinou řešení nerovnice, tak je to jasné.
Tak jest.
Otevřené a uzavřené množiny jsou hezké. Taky mívají m.p. množiny, které jsou ošklivé, a nejsou ani jedno, například v
není
ani otevřená, ani uzavřená. Myslím, že v našem příkladu
taky není ani uzavřená.
Množinám, které jsou uzavřené i otevřené zároveň se někdy říká obojetné. Tak například každá podmnožina v metrickém prostoru
je obojetná.
V každém metrickém prostoru
jsou
obojetné.
Platí následující tvrzení:
Sjednocení libovolného systému otevřených množin je otevřená množina.
Průnik konečného systému otevřených množin je otevřená množina.
Obojí lze snadno dokázat z uvedené definice.
Co je to vnitřek?
Jedna z možných definic:
Ať je
m.p., 
Vnitřek množiny
(v m.p. P) definujeme jako
.
Je to tedy sjednocení všech otevřených podmnožin, které jsou částí
. Dle předchozích tvrzení je vnitřek otevřená množina. Okamžitě máme: Vnitřek množiny je největší otevřená množina, kterou
obsahuje.
Vnitřní body
můžeme definovat jako prvky vnitřku M (existuje nějaké jejich okolí, které je celé částí M).
Pozn.: Z definice
.
Tvrzení (jednoduché):
.
Tvrzení:
je otevřená
.
Jaký je vnitřek množiny
?
edit: doplneni
Offline
Andrejka3 napsal(a):
↑ Aquabellla:
Okamžitě máme: Vnitřek množiny je nejmenší otevřená množina, kterouobsahuje.
Ahoj, určitě jsi chtěla napsat
Vnitřek množiny
je NEJVĚTŠÍ otevřená množina, kterou
obsahuje.
Po tak náročném výkladu těsně před půlnocí není divu ... :-)
↑ Aquabellla: Dík za odpověď.
Offline
↑ Rumburak:
Díky, hned to opravím.
Offline

Vnitřek množiny je tedy sjednocení všech otevřených podmnožin, které jsou částí
.
Vnitřní bodymůžeme definovat jako prvky vnitřku M (existuje nějaké jejich okolí, které je celé částí M).
Zvolím si libovolný prvek množiny A, například
. Když vezmu libovolně malé epsilonové okolí tohoto bodu, vždy v tomto okolí dokážu najít nějaké reálné číslo, takže okolí není celé v M. Takto to platí pro všechny body množiny A. V množině A není žádná otevřená podmnožina, takže vnitřkem množiny je prázdná množina?
Offline
↑ Aquabellla:
Ano, chtěla jsi napsat
... vždy v tomto okolí dokážu najít nějaké racionální číslo, ...
Napíšu něco o uzavřených množinách.
Můžeme je definovat takhle:
Ať je
m.p. a
nějaká množina.
Řekneme, že
je uzavřená, právě když
je otevřená.
otevřená a
uzavřená. Co můžeme říct o následujících množinách:
?
množina
, je to tedy nejmenší uzavřená nadmnožina množiny
.

?
.
posloupnost a
.
konverguje k
(značíme
), právě když
, tj.
.
.
uzavřená? Můžeme použít nějak úspěšně použít naši definici?Offline
↑ Andrejka3:
Řekneme, že je uzavřená, právě když 
se dá říct jednodušeji,
Řekneme, že
je uzavřená, právě když
je otevřená.
Nahradím to v textu a to původní skryju.
Offline

↑ Andrejka3:
Ano, děkuji, myslela jsem racionální číslo.
je uzavřená
je je otevřená
- těžko říct, ať přemýšlím, jak přemýšlím, nevím jak tuto množinu uchopit, abych dokázala říct, zda je uzavřená nebo otevřená.
Prstencové okolí znám, bohužel na psací písmena jsem nepřišla (ani google nepomohl).
Podle mě množina A není uzavřená. Nedokážu najít uzávěr množiny (nejmenší uzavřenou nadmnožinu), protože komplement té nadmnožiny by musel být otevřený, což v našem prostoru iracionálních čísel nelze.
PS: Děkuji za doplnění :-)
Offline
↑ Aquabellla:
Obě odpovědi jsou správně,
, což je průnik dvou uzavřených množin, proto je výsledkem uzavřená množina.
Analogicky odůvodnění toho druhého.
Uzávěr je vždy uzavřená množina, stejně jako je vnitřek otevřená množina :)
Já jen myslela, že by Tě mohlo svést napsat, že
, což například není pravda v tomto případě:
v prostoru
, ale je pravda pro stejně zapsané okolí v prostoru
, kde značím
metriku
(abych se s tím pořád neopisovala).
Kdyby
byla uzavřená, pak podle definice, musí být
otevřená. Stačí si vyjádřit, co je
a otevřenost už vyšetřit umíme. Vlastně, když to čtu podruhé, tak vidím, že něco v tom smyslu říkáš
Nerozumím ale druhé půlce tvého odůvodnění: což v našem prostoru iracionálních čísel nelze. (což neznamená, že to není dobře)
Každopádně bychom mohli dopočítat i uzávěr
, i z těch definic, co jsem psala, ale teď napíšu zbytek věcí.
Offline
Když víme, co je vnitřek a uzávěr, můžeme definovat hranici:
Ať je
m.p. a
nějaká množina.
Hranicí množiny M nazveme množinu
.
Je zřejmě tedy
.
Charakterizace uzávěru
,
což znamená, že v každém okolí bodu uzávěru M je nějaký bod množiny M, tedy ekvivalentně
. Lze tedy též říci, že uzávěr množiny je množina všech limit všech konvergentních posloupností z
(ty limity už v M být nemusí). Tato charakterizace bývá dobře použitelná v příkladech.
Můžeš ji zkusit aplikovat a spočítat
.
Z tohoto okamžitě získáme i hranici.
Pár dalších tvrzení:
, tedy
, což odpovídá intuici, že bod hranice má libovolně blízko jak body množiny, tak body, které do ní nepatří, takze jako důsledek:
existují posloupnosti v M resp. v jejím doplňku, které obě konvergují k onomu bodu x hranice M.
Příklad: Jak vypadá hranice
v prostoru
?
Závěrem shrnutí:
.
Offline

↑ Andrejka3:
Super, díky, teď už se v těch definicích vyznám.
Když spočítáme uzávěr, tak určit hranici už je lehké. Jen nevím, jak prakticky aplikovat definice uzávěru na příklad.
Offline

Naše metrika je stejná, na jakou jsme zvyklí z vyšetřování konvergence reálných posloupností (obvykle analýza v prvním ročníku). Jen jsme na menší množině,
.
Spočítejme
pomocí
Lze tedy též říci, že uzávěr množiny
je množina všech limit všech konvergentních posloupností z
Takže vyberme si libovolný bod našeho metrického prostoru,
.
Je-li
, pak triviálně posloupnost
konverguje k
a zároveň
. Ještě jednodušeji, víme z definice:
, takže tento případ jsme nemuseli ani řešit.
Je-li naopak
, pak je to nějaké racionální číslo z intervalu
. Ale v každém okolí tohoto čísla se nachází nějaké iracionální číslo z intervalu
, tedy z
. Mohu tedy zkonstruovat posloupnost
, takovou, že
. Musí tedy být
.
Je proto
.
nebo pomocí
Takže vyberme si libovolný bod našeho metrického prostoru,
.
Je-li
, pak
, tedy je neprázdná a je tedy
. Ještě jednodušeji, víme z definice:
, takže tento případ jsme nemuseli ani řešit.
Je-li naopak
, pak je to nějaké racionální číslo z intervalu
. Ale v každém okolí tohoto čísla se nachází nějaké iracionální číslo z intervalu
, tedy z
. Musí tedy být
.
proto
.
Nebo pomocí definice:
Je -li
a je uzavřená, pak
je otevřená a
. Odkud
ale
, tedy jediná její otevřená podmnožina je
. Proto
.
edit: jeste jeden vypocet.
Offline

↑ Andrejka3:
Týjo, moc díky. Asi jsem v tom hledala nějaké složitosti. Teď už si budu vědět rady při aplikaci i u jiných příkladů :-)
Takže když vyšlo
, znamená to, že množina je hustá v našem metrickém prostoru.
Ještě jednou moc díky, jsi skvělá!
edit: Hranice množiny A: 
Offline
↑ Aquabellla:
Rádo se stalo.
Ano, znamená to, že je
hustá v
.
A derivace množiny
?
?
To je množina všech bodů metrického prostoru takových, že v každém jejich prstencovém okolí existuje bod množiny
.
edit: jojo,
.
Offline

↑ Andrejka3:
Vezmu libovolně malé prstencové okolí nějakého bodu z množiny A. Vždy v něm dokážu najít nějaké iracionální číslo. Takže
?
Offline
Stránky: 1 2