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Espaço métrico é "Hausdorff"

Por André Caldas @andrecaldas
    2021-12-03 01:29:29.829Z

    Série B

    Seja $(X,d)$ um espaço métrico. Mostre que se $a,b \in X$ são pontos distintos, então existem
    $$
    V \in \mathcal{V}(a) \quad\text{e}\quad W \in \mathcal{V}(b)
    $$
    tais que $V \cap W = \emptyset$.


    Em português: existem vizinhanças de $a$ e $b$ que são disjuntas.

    • 6 respostas
    1. Rafael Meira Carvalho Lino @meiritos
        2021-12-03 12:42:56.762Z2021-12-06 00:56:07.366Z

        Sendo $a,b \in X$ pontos distintos, então existem $r,s>0 \in \mathbb{R}$ tais que $$d(a,b) \geq r + s.$$ Tomemos as bolas $B_r (a)$ e $B_s (b)$. Suponha que exista algum ponto $x \in B_r (a) \cap B_s (b)$. Teríamos $d(a,x) < r$, $d(b,x)<s$ pois $x \in B_r(a)$, $x \in B_s(b)$ e $$d(a,b) \leq d(a,x) + d(x,b) < r + s \leq d(a,b),$$ o que é um absurdo. Logo $B_r(a) \cap B_s(b) = \emptyset$.

        Em termos de vizinhança, poderia considerar as bolas $B_r(a) = V \in V(a)$ e $B_s(b) = W \in V(b)$ como as vizinhanças para finalizar a questão?

        1. MMatheus de Freitas Souza @Matheus
            2021-12-03 12:50:11.650Z

            Acredito que dá para considerar sim, pois o problema não especifica o tipo de vizinhança.

            1. Em resposta ameiritos:
              AAndré Caldas @andrecaldas
                2021-12-03 13:02:26.573Z

                Eu acho legal essa generalidade... eu fazia isso quando era jovem. Hoje eu pego $\frac{d(a,b)}{2}$. :-)

                1. Em resposta ameiritos:
                  AAndré Caldas @andrecaldas
                    2021-12-03 13:06:58.812Z

                    Acho que está bom.

                    Poderia estar mais estético... :-)

                  • J
                    Em resposta aandrecaldas:
                    João Vitor Barbosa e Oliveira @Joaovitor
                      2021-12-03 12:57:32.100Z2021-12-03 13:05:17.993Z

                      Com efeito, sendo $(X,d)$ um espaço métrico e $a$ e $b$ pontos em $X$ distintos sabemos que, $d(a,b)>0$. Daí, tomando $\epsilon=\frac{d(a,b)}{2}$ afirmo que $V=B_{\epsilon}(a)$ e $W=B_{\epsilon}(b)$ satisfaz as condições desejadas.

                      De fato, como $V$ e $W$ são bolas abertas centradas em $a$ e $b$, respectivamente, vemos que $V\in\mathcal{V}(a)$ e $W\in\mathcal{V}(b)$. Resta provar que $V\cap W=\varnothing$. Para isso, suponha por absurdo que $x\in V\cap W$. Então,
                      \begin{equation*}
                      d(a,b)\leq d(a,x)+d(x,b)<2\epsilon=d(a,b)
                      \end{equation*}
                      Uma contradição. Portanto, $V\cap W=\varnothing$ donde segue o resultado.

                      1. AAndré Caldas @andrecaldas
                          2021-12-03 13:06:01.702Z

                          Encurtei umas duas frases. :-)