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Demonstração relâmpago: compacidade local.

Por André Caldas @andrecaldas
    2022-01-07 13:40:14.338Z

    Suponha que $X$ seja regular (não necessariamente Hausdorff), e que todo $x \in X$ tem uma vizinhança compacta $K_x$. Então, $X$ é localmente compacto.

    O desafio é fazer a demonstração mais curta que você conseguir!

    • 3 respostas
    1. R

      Seja $x \in X$ arbitrário e $U \in \mathcal{V}(x)$ uma vizinhança de $x$. Desde que $X$ é regular, existe uma vizinhança aberta $A \in \mathcal{V}(x)$ tal que $\bar{A}\subset U$. Por hipótese, existe $K \in \mathcal{V}(x)$ uma vizinhança compacta de $x$. Temos que $K'=K \cap \bar{A}$ é um subconjunto fechado (não-vazio) de $K$. Como $K$ é compacto, segue que $K'$ é compacto. Além disso, $K' \subset U$. Falta apenas concluir que $K'$ é uma vizinhança de $x$. Ora, como $K$ é vizinhança compacta de $x$, existe uma vizinhança aberta $O \in \mathcal{V}(x)$ tal que $O \subset K$. Defina $O'= O \cap A$. Temos que $O$ é uma vizinhança aberta de $x$ e além disso, $O' \subset K'$, donde segue que $K'$ é uma vizinhança compacta de $x$ contida em $U$.

      Com isso, existe uma base de vizinhanças compactas de $x$, provando o resultado.

      1. AAndré Caldas @andrecaldas
          2022-01-07 19:59:44.643Z

          Quem dá mais? Quem dá mais?

          Dou-lhe uma... dou-lhe duas...

          :-)

        • A
          Em resposta aandrecaldas:
          André Caldas @andrecaldas
            2022-01-08 13:10:47.976Z

            O ponto chave é percebe que se $\mathcal{B}$ é uma base de vizinhanças para $x$, e $V \in \mathcal{V}(x)$ é uma vizinhança, então
            $$\mathcal{B}|_V \subset \mathcal{V}(x)$$
            também é uma base de vizinhanças para $x$.

            Se $K$ é um compacto e $F$ é um fechado, então, $K \cap F$ é um compacto. Mesmo que não seja fechado. É um fechado relativo de $K$. Um fechado de $K$ na topologia induzida.

            Vamos denotar por $\mathcal{F}(x)$ as vizinhanças fechadas de $x$. Dizer que o espaço é regular é o mesmo que dizer que $\mathcal{F}(x)$ é uma base de vizinhanças de $x$. Sendo assim,
            $$\mathcal{F}|_{K_x}$$
            é uma base de vizinhanças de $x$ que são todas compactas.