Arbeitsblatt zu Mengen

Arbeitsblatt
„Mengen und topologische Eigenschaften in metrischen
Räumen“
Sei X ein metrischer Raum und M ⊂ X.
Kreuzen Sie die jeweils richtigen Aussagen an und geben Sie für die jeweils falschen Ausssagen
ein Gegenbeispiel an:
1. Eine offene Menge
(a) ( ) ist nicht abgeschlossen.
(b) ( ) enthält ihre Häufungspunkte nicht.
(c) ( ) besteht nur aus inneren Punkten.
(d) ( ) hat keine Randpunkte.
2. Ein Randpunkt x einer Menge M
(a) ( ) ist stets auch Häufungspunkt der Menge M .
(b) ( ) ist immer dann Häufungspunkt, wenn x ∈
/ M.
(c) ( ) ist genau dann Häufungspunkt, wenn x ∈
/ M.
(d) ( ) ist niemals auch Häufungspunkt.
(e) ( ) besitzt eine Umgebung U (x), die Punkte aus M und CM enthält.∗)
(f) ( ) besitzt nur Umgebungen, die Punkte aus M und CM enthalten.
3. Häufungspunkte
(a) ( ) Eine endliche Punktmenge besitzt keine Häufungspunkte.
(b) ( ) Eine unendliche Punktmenge besitzt stets Häufungspunkte.
(c) ( ) Eine unendliche Punktmenge besitzt Häufungspunkte, wenn sie beschränkt ist.
(d) ( ) Eine unendliche Punktmenge besitzt genau dann Häufungspunkte, wenn sie beschränkt ist.
∗)
CM = X \ M ist das Komplement von M in X.
4. Von den folgenden Teilmengen A ⊂ R bestimme man†)‡)
sup A, max A, inf A, min A den Abschluss A, das Innere A◦ , den Rand ∂A
sowie die Häufungspunktmenge A0 .
A
sup A
a
(0, 1)
b
[0, 1)
c
[0, 1]
d
{n ∈ N | n < α, 1 < α ∈ R fest}
e
{ n1 | n ∈ N}
f
g
h
{ n1 +
1
m
inf A
min A
A
| m, n ∈ N}
{m
n | m < n ∈ N}
{(−1)m+n
m
n
| m < n ∈ N}
i
n+1
{(−1)bn/2c 2n+(−1)
n n+2 | n ∈ N}
j
{x ∈ R | x2 ≤ 2}
k
{q ∈ Q | q 2 ≤ 2}
l
{y ∈ R | y = x2 , 0 < x ≤ 1}
m
max A
{y ∈ R | y =
1
,
x2
x ∈ R}
5. In welchen Fällen von Aufgabe 4) sind sup A bzw. inf A Häufungspunkte von A?
6. Man zeige allgemein:
(a) Ist sup A ∈
/ A, dann ist sup A Häufungspunkt von A.
(b) Ist inf A ∈
/ A, dann ist inf A Häufungspunkt von A.
7. Gilt die Umkehrung dieser Aussagen?
†)
‡)
Für α ∈ R ist bαc, die Abrundung von α, d. h. diejenige ganze Zahl z ∈ Z, für die α − 1 < z ≤ α gilt.
Die natürlichen Zahlen beginnen bei 1.
A◦
∂A
A0