Nona aula: Conjuntos conexos

Documentos relacionados
Decimasegunda áula: Conexidade por caminhos, local, e sequências

Decimaseptima áula: espaços completos e compactos

Quarta aula: espaços normados e espaços métricos. Abertos em R n, equivalência das normas em R n

MAT Topologia Bacharelado em Matemática 2 a Prova - 27 de maio de 2004

Introdução à Linguagem da Topologia

Fabio Augusto Camargo

MAT Cálculo Avançado - Notas de Aula

Exercícios de topologia geral, espaços métricos e espaços vetoriais

Noções (básicas) de Topologia Geral, espaços métricos, espaços normados e espaços com produto interno. André Arbex Hallack

3 - Subespaços Vetoriais

MAT 5798 Medida e Integração Exercícios de Revisão de Espaços Métricos

No que segue, X sempre denota um espaço topológico localmente compacto

[À funç~ao d chama-se métrica e aos elementos de X pontos do espaço métrico; a condiç~ao (3) designa-se por desigualdade triangular.

Axiomatizações equivalentes do conceito de topologia

Topologia e Análise Linear. Maria Manuel Clementino, 2013/14

1 Limites e Conjuntos Abertos

Notas de Aula. Leandro F. Aurichi de junho de Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação - USP

Capítulo Topologia e sucessões. 7.1 Considere o subconjunto de R 2 : D = {(x, y) : xy > 1}.

TEOREMA DE STONE-WEIERSTRASS PARA ESPAÇOS LOCALMENTE COMPACTOS

Universidade Federal de Viçosa Centro de Ciências Exatas - CCE Departamento de Matemática Primeira Lista de MAT641 - Análise no R n

José Amaral. Majorante de um conjunto. Minorante de um conjunto. Supremo e Máximo de um conjunto

Topologia Geral. Ofelia Alas Lúcia Junqueira Marcelo Dias Passos Artur Tomita

ANÁLISE E TOPOLOGIA. 1 o semestre. Estudaremos neste curso alguns dos conceitos centrais da análise matemática: números reais, derivadas,

Propriedades das Funções Contínuas

DANIEL V. TAUSK. se A é um subconjunto de X, denotamos por A c o complementar de

Uma breve introdução ao Conjunto de Cantor

Topologia de Zariski. Jairo Menezes e Souza. 25 de maio de Notas incompletas e não revisadas RASCUNHO

da Teoria do conjuntos

O TEOREMA DE ARZELÁ ASCOLI. Osmar Rogério Reis Severiano¹, Fernando Pereira de Souza².

A Equivalência entre o Teorema do Ponto Fixo de Brouwer e o Teorema do Valor Intermediário

Notas de Aula. Leandro F. Aurichi 1. 4 de junho de Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação - USP

Teoria dos Grafos. Valeriano A. de Oliveira, Socorro Rangel, Silvio A. de Araujo. Capítulo 5: Grafos Conexos. Departamento de Matemática Aplicada

Parte B Teoria dos Grafos

Capítulo 1. Introdução

Def. 1: Seja a quádrupla (V, K, +, ) onde V é um conjunto, K = IR ou K = IC,

Então (τ x, ) é um conjunto dirigido e se tomarmos x U U, para cada U vizinhança de x, então (x U ) U I é uma rede em X.

x B A x X B B A τ x B 3 B 1 B 2

Teorema de Sarkovsky

Universidade Federal de Goiás Câmpus Catalão Aluno: Bruno Castilho Rosa Orientador: Igor Lima Seminário Semanal de Álgebra

Alexandre L. Madureira

Espaços Hurewicz e Conceitos Relacionados

CONJUNTOS ÔMEGA-LIMITE PARA UMA CLASSE DE PERTURBAÇÕES DESCONTÍNUAS DA IDENTIDADE

O espaço das Ordens de um Corpo

Cálculo Diferencial e Integral I

Aula trinta e dois: Teorema da função inversa

Elementos de Topologia para Sistemas Dinâmicos

Análise II (a parte no IR n )

Análise III (Análise no IR n )

Unidade 5 - Subespaços vetoriais. A. Hefez e C. S. Fernandez Resumo elaborado por Paulo Sousa. 10 de agosto de 2013

ÁLGEBRA LINEAR. Subespaços Vetoriais. Prof. Susie C. Keller

Lógica e Matemática Discreta

Aritmética. Somas de Quadrados

1 Números Reais. 1. Simplifique as seguintes expressões (definidas nos respectivos domínios): b) x+1. d) x 2, f) 4 x 4 2 x, g) 2 x2 (2 x ) 2, h)

Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Exatas Departamento de Matemática. O Teorema de Arzelá. José Renato Fialho Rodrigues

Análise I. Notas de Aula 1. Alex Farah Pereira de Novembro de 2017

Teoria dos Grafos AULA 3

Noções Topológicas em R n

Pontos extremos, vértices e soluções básicas viáveis

Gabarito da Primeira Prova MAT0234 Análise Matemática I Prof. Daniel Victor Tausk 13/09/2011

MEDIDAS COM SINAL.. Uma medida com sinal σ-aditiva (ou, simplesmente, uma medida com sinal) µ(a n ) def = lim

Compacidade de conjuntos e operadores lineares

Leandro F. Aurichi de novembro de Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação - Universidade de São Paulo, São Carlos, SP

Análise na Reta - Verão UFPA 1a lista - Números naturais; Corpos ordenados

1 Conjuntos, Números e Demonstrações

Aula vinte e quatro: Sequências de funções contínuas e limites

Existência e otimalidade de pontos extremos

Notas Para o Curso de Medida e. Daniel V. Tausk

Representação de poliedros

Givanildo Donizeti de Melo. Sobre a dimensão do quadrado de um espaço métrico compacto X de dimensão n e o conjunto dos mergulhos de X em R 2n

Sobre a dinâmica de aplicações do círculo e do toro

1 Aula do dia 08/08/2005

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO INTRODUÇÃO À TOPOLOGIA AL- GÉBRICA: O GRUPO FUNDAMENTAL DO CÍRCULO. Tulipa Gabriela Guilhermina Juvenal da Silva

Análise I. Notas de Aula 1. Alex Farah Pereira de Agosto de 2017

Análise Matemática III - Turma especial

Doutorado em Ciência da Computação. Algoritmos e Grafos. Raimundo Macêdo

Axiomas da Geometria Diferencial: Incidência Axioma I 1 : Para todo ponto P e para todo ponto Q distinto de P, existe uma única reta l que passa por

Universidade Federal de Goiás Campus Catalão Departamento de Matemática Disciplina: Fundamentos de Análise

O Teorema de Ramsey e o Último Teorema de Fermat em Corpos Finitos.

Teoria dos Grafos. Valeriano A. de Oliveira Socorro Rangel Departamento de Matemática Aplicada.

Uma condição necessária e suciente para integrabilidade de uma função real

Uma condição necessária e suciente para integrabilidade de uma função real

3 Sistema de Steiner e Código de Golay

Universidade Federal de Santa Maria Departamento de Matemática Curso de Verão Lista 1. Números Naturais

Teoria dos Conjuntos. Prof. Jorge

13 de novembro de 2007

Lista de exercícios 2

2 Conceitos básicos de topologia

Fundamentos de Matemática

Topologia. Fernando Silva. (Licenciatura em Matemática, 2007/2008) 13-agosto-2018

O problema das panquecas

Começamos relembrando o conceito de base de um espaço vetorial. x = λ 1 x λ r x r. (1.1)

Enumerabilidade. Capítulo 6

Teoria dos Grafos. Valeriano A. de Oliveira, Socorro Rangel, Silvio A. de Araujo. Departamento de Matemática Aplicada

g) 2 x2 (2 x ) 2, 6 x i) x 2 x + 2, j) k) log ( 1 l) log ( 2x 2 + 2x 2) + log ( x 2

Topologia e espaços métricos

LUCIANA FRANÇA DA CUNHA TEOREMA DE TARSKI

Variedades diferenciáveis e grupos de Lie

Introduzir os conceitos de base e dimensão de um espaço vetorial. distinguir entre espaços vetoriais de dimensão fnita e infinita;

Robustez da dinâmica sob perturbações: da semicontinuidade superior à estabilidade estrutural. Arthur Geromel Fischer

Transcrição:

Nona aula: Conjuntos conexos 0.0.1 Acabando coa compacidade... Començemos provando que o conjunto [0, 1] é compacto em (R, d E ): Cada x I está contido em algum aberto C i, queremos ver que o intervalo está contido numa reunião finita de abertos. Seja B ɛ = ( ɛ, ɛ), B (ɛ,ɛ ) = (ɛ ɛ, ɛ + ɛ ), B (ɛ,ɛ ) = (ɛ ɛ, ɛ + ɛ ),..., B n (ɛ n 1,ɛ n ) = (ɛn 1 ɛ n, ɛ n 1 + ɛ n ), então [0, ɛ n 1 ] B i (ɛ i 1,ɛ i ). i=0 Assim, seja X o conjunto dos pontos x I tal que o intervalo [0, x] esteja contido em alguma colleção finita de abertos C 1,..., C n, isso é: X = {x I i [1,.., n] tal que [0, x] C i }. Claramente X é um intervalo, já que se x X e 0 y < x, então [0, y] [0, x] n C i e y X. Assim, temos que X = [0, x ] ou X = [0, x ), onde x = supx. Vamos ver agora que x X e logo que x = 1. Já que x I, existe um aberto C contendolo, então tal que (x ɛ, x + ɛ) C, então [0, x ] [0, x + ɛ) C i C e assim x X. Temos que x = 1 pois x = maxx. De fato, se x 1, definendo C = (x + ɛ ɛ, x + ɛ + ɛ ), então [0, x + ɛ] [0, x + ɛ + ɛ ) C i C C e x < x + ɛ X. Más x = maxx, 0.0.2 Propriedades do fecho Proposição 0.1. Em (M, d), seja X M, e seja X o conjunto dos pontos limites de X. Então X = X X. Demonstração. Nota que X e X X fechado contendo X, temos são fechados, e sendo X o menor X X X X. 1

Sendo um conjunto fechado se e só se contem seus pontos limites, temos que X X X. Lemma 0.2. Em (M, d), sejam X e Y subconjuntos de M: 1. X Y implica X Y, 2. se X e Y são abertos disjuntos, então X Y =. Demonstração. (1) Por contradição, suponha que existe x X más x / Y. Então existe r > 0 tal que B x,r Y =, en quanto B x,r X. Más X Y, então (B x,r X) (B x,r Y ) =, absurdo. (2) Sejam X e Y abertos disjuntos, e suponha que existe x X Y. Sendo x ponto limite de X, para todo r > 0 temos B x,r X, e sendo x no aberto Y, existe ˆr > 0 tal que B x,ˆr Y. Então existe y B x,ˆr X Y, assim y X Y, 0.0.3 Conjuntos conexos Seja (M, d) um espaço métrico (topológico). Uma cisão de M é uma decomposição M = A B onde A e B são abertos tal que A B =. Se A ou B são vacíos, a cisão é trivial. O espaço métrico M diz-se conexo quando não admite cisões não triviais, de outra forma diz-se desconexo. Um subconjunto U M diz-se conexo quando é um subespaço conexo, isso é, quando existem A e B abertos tal que A U e B U são disjuntos, não vacíos e tem como união U. Exemplos em (R, d E ): 1. O conjunto dos naturáis N é disconexo, pois podemos tomar A = {x R x < 43/5}, B = {x R x > 43/5}. 2. O conjunto dos racionáis Q é disconexo, pois podemos tomar A = {x R x < 2}, B = {x R x > 2}. 3. Se 0 < c < 1, então os conjuntos A = {x R x c}, B = {x R x > c} dividem I = [0, 1] em 2 conjuntos não vacíos, disjuntos e cuja união é I. Más só B é aberto, então isso não prova que I é disconexo. De fato, é conexo. 2

Proposição 0.3. Em (R, d E ) o intervalo unitário I = [0, 1] é conexo. Demonstração. Por contradição, suponhamos que exista uma cisão não trivial I = A B. Nota que, sendo A e B abertos, ambos I A e I B não podem ser um ponto só (ja que as interseções são abertas e um ponto só não é aberto em (R, d E )). Sejam a A e b B, e suponhamos que 0 < a < b < 1. Define A b {x A x < b}. Como A não é vacío e tem uma cota superior b, então existe c = supa b. Claramente, c b, e c A B. Lembramos que c é supremo do conjunto A b = {x A x < b} quando: 1. para todo x A b, x c, 2. se y R tal que para todo x A b temos x y, então c y Se c A, então c b, e sendo A aberto, (c ɛ, c + ɛ) A, assim c < c + ɛ 2 A e c < c + ɛ 2 < b (assim c < c + ɛ 2 A b) contradicendo a definição (1) de c. Similmente, se c B então, sendo B aberto, temos (c ɛ, c + ɛ) B, então c ɛ < c B, contradicendo a definição (2) de c. 2 Exercício: Prova que R é conexo (Elon métrico, página 91). Teorema 0.4. Considere (R n, d E ), então R n é conexo. Demonstração. Se R n fosse disconexo, então existiríam abertos não vacíos A e B tal que R n = A B e A B =. Seja a A, b B, e considere o segmento de reta S que une a com b: S = {a + t(b a), t [0, 1]}. Seja A 1 = {t R a + t(b a) A} e B 1 = {t R a + t(b a) B}, então A 1 e B 1 são abertos de (R, d E ) tal que A 1 I e B 1 I são disjuntos e não vacíos e (A 1 I) (B 1 I) = I, Corolário 0.5. Em (R n, d E ), R n e são os únicos abertos e fechados. Demonstração. Se A R n fosse aberto e fechado não vazío, então B = R \ A também, então A e B seríam abertos não vacíos disjuntos cuja união é R n, 3

De fato, isso é certo para qualquer espaço métrico: Teorema 0.6. Seja (M, d) um espaço métrico. As sequintes são equivalentes: 1. M é conexo, 2. M e são os únicos abertos e fechados de M, 3. Se X M tem fronteira vazia, então X = M ou X =. Demonstração. 1 2 Se A M fosse aberto e fechado não vacío, então B = M \ A também, então M = A B é uma cisão não trivial de M e então M é desconexo. Por outro lado (2 1) M é desconexo quando existe uma cisão não trivial M = A B com A e B abertos: assim A = M \ B e B = M \ A, que implica B e A fechados. 2 3 Se X M é aberto então X = X, e então X X = ; en quanto se X é fechado X X. Então X é aberto e fechado quando X = X X =. Lemma 0.7. Em (M, d), se C e D são uma cisão de M, e Y M é conexo, então Y C ou Y D. Demonstração. Temos que C e D são abertos em M, disjuntos, não vazíos o cuja união é M. Então C Y e D Y são abertos em Y, disjuntos e cuja união é Y : se um dos dois não fosse vazío, formaríam uma cisão de Y. Já que Y é conexo, não tem cisão, assim ou C Y = ou D Y =, e finalmente Y C ou Y D. Teorema 0.8. Sejam (A i ) i I uma família de conjuntos conexos no espaço métrico (M, d). Se existe a M tal que a i I A i, então A = i I A i é conexo Demonstração. Por absurdo, suponha que A = C D é uma cisão de A. Então a C ou a D, suponha a C. Sendo que, para cada i, A i é conexo e contendo a, temos que, para cada i, A i C. Assim A = i I A i C e D é vazío. Más C e D são uma cisão de A, então D não pode ser vazío: 4

A próxima Proposição diz que, se Y é construído anexando à um conjunto conexo algum/todos sus pontos limites, então Y é conexo Proposição 0.9. Se X Y X e X é conexo, então Y é conexo. Demonstração. Por contradição, suponhamos que Y = C D é uma cisão de Y : então X C ou X D. Suponhamos X C. Então X C, e já que C D =, temos Y D =. Más Y = C D é uma cisão de Y, Corolário 0.10. O fecho de um conjunto conexo é conexo. 5