ユークリッド空間 定義・命題 一覧②(点列コンパクト~コンパクト)


定義(点列コンパクト)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
 Aが点列コンパクトであるとは,  Aの任意の点列が Aに収束する部分列をもつときにいう.

定義(有界集合)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
 Aが有界であるとは, 次が成立するときにいう:
 ^{\forall}k \in \{1, \dots, n \}, ^{\exists}r_k, l_k \in \mathbb{R}
s.t.  A \subset [r_1, l_1] \times \dots \times  [r_n, l_n]

定義(部分集合の直径)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
 Aの直径を,
diam (A) := sup\{d(x, y) | x, y \in A\}
で定義する.

命題(有界の同値条件)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset  \mathbb{R}^n.
TFAE;(1), (2), (3);
(1) Aが有界である.

(2) ^{\exists}r \in \mathbb{R}が存在して,  A \subset N(0, r)を満たす.

(3) Aの直径が有限の値をもつ.

命題(点列コンパクトの同値条件)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
TFAE;(1),(2);
(1) Aが点列コンパクトである.
(2) Aが有界閉集合である.

定義(被覆, 部分被覆, 開被覆)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
C := \{U_{\lambda} \subset \mathbb{R}^n | \lambda \in \Lambda \}:$\mathbb{R}^n$の部分集合族.
C Aの被覆であるとは, \begin{align}A \subset \bigcup C := \bigcup_{ \lambda \in \Lambda }U_{\lambda} \end{align}が成立するときにいう.

 C' \subset C Cの部分被覆であるとは,  C'もまた Aの被覆であるときにいう.

 C Aの開被覆であるとは, C Aの被覆で,  Cのすべての元が \mathbb{R}^nの開集合であるときにいう.

定義(コンパクト)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
 Aがコンパクトであるとは,  Aの任意の開被覆 Cが有限個の元からなる部分被覆をもつときにいう.

命題(ハイネ・ボレルの被覆定理)

$(\mathbb{R}, d)$:1次元ユークリッド空間.
任意の閉区間はコンパクトである.

命題(コンパクトの同値条件)

$(\mathbb{R}^n, d)$:n次元ユークリッド空間.  A \subset \mathbb{R}^n.
TFAE;(1),(2),(3);
(1) Aはコンパクトである.
(2) Aは点列コンパクトである.
(3) Aは有界閉集合である.