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O interior é vizinhança

Por André Caldas @andrecaldas
    2021-12-02 13:39:34.747Z

    Em um espaço métrico, temos o seguinte:
    $$
    \mathring{D} = \{ x \in X : \exists B \in \mathcal{B}(x),\, B \subset D \}.
    $$
    Em outras palavras,
    $$
    \mathring{D} = \{ x \in X : D \in \mathcal{V}(x) \}.
    $$
    Mostre que
    $$
    D \in \mathcal{V}(a)
    \Leftrightarrow
    \mathring{D} \in \mathcal{V}(a).
    $$


    Dica: desigualdade triangular, ou o fato de as bolas abertas serem abertas.

    • 3 respostas
    1. Caio Tomás de Paula @CaioTomas
        2021-12-02 17:46:03.908Z

        Na aula, vimos que $\mathring{D}\subset D$. Logo, se $\mathring{D}$ é vizinhança de $a$ então $D$ também o é. Para a volta, se $D$ é vizinhança de $a$ então existe $B\in\mathcal{B}(a)$ tal que $B\subset D$. Como $B$ é aberto (bolas são abertas), então $B$ é uma vizinhança de $a$ contida em $\mathring{D}$ (que é o maior dos abertos contidos em $D$), ou seja, $\mathring{D}$ é vizinhança de $a$, como desejado.

        1. AAndré Caldas @andrecaldas
            2021-12-02 18:59:05.556Z

            Você precisa usar a definição de $\mathring{D}$ que está no enunciado.

            Só no começo do curso... depois, você pode usar a definição que você quiser. :-)

            Também seria bacana (sendo um pouco chato), que você formatasse sua resposta bem bonitinha... como se você estivesse escrevendo um artigo. Ou melhor... um livro didático. Também queria que você abrisse bastante as coisas... fazendo referência a todas as definições.

            Por exemplo:
            Como o enunciado não apresenta nenhuma definição para $\mathcal{V}(x)$, vamos utilizar
            $$
            \mathcal{V}(x) = \{V \subset X :\, \exists B \in \mathcal{B}(x),\, B \subset V\}.
            $$

            ($\Leftarrow$)

            Sabemos que $\mathring{D} \subset D$, pois
            $$
            x \in \mathring{D}
            \Leftrightarrow
            \\
            D \in \mathcal{V}(x)
            \Rightarrow
            x \in D.
            $$
            A última implicação é consequência da definição de $\mathcal{V}(x)$, e a demonstração depende de sua definição. Pela definição que adotmos, $V$ contém uma bola $B \in \mathcal{B}(x)$. Então, a última implicação segue do fato de que $x \in B \subset V$. (se quiser ser muito chato, você pode falar do fato de $d(x,x) = 0$. :-)

            ($\Rightarrow$)

            Assumindo que $D \in \mathcal{V}(a)$, vamos mostrar que $\mathring{D} \in \mathcal{V}(a)$.

            Por hipótese, existe $B \in \mathcal{B}(a)$, tal que $B \subset D$. Como $B$ é um conjunto aberto (não precisa demonstrar... mas então, seria bom colocar um link!), é vizinhança de todos os seus pontos. Ou seja,
            $$
            x \in B
            \Leftrightarrow
            B \in \mathcal{V}(x)
            \
            \Rightarrow
            D \in \mathcal{V}(x)
            \
            \Leftrightarrow
            x \in \mathring{D}.
            $$
            Ou seja, $B \subset \mathring{D}$. E portanto, por conter uma bola centrada em $a$, $\mathring{D} \in \mathcal{V}(a)$.

            1. Caio Tomás de Paula @CaioTomas
                2021-12-02 19:07:24.508Z

                Entendido! Obrigado, professor :-)