(0,1)이 열린집합임을 정의로 직접 증명하세요.
ε=min(x,1−x)>0
x=0.5, ε=0.2 — 공이 (0,1) 안에 들어갑니다.
증명 보기
- x∈(0,1)이라 하자. x>0이고 1−x>0이므로 ε=min(x,1−x)>0이라 둘 수 있다.
- y∈(x−ε,x+ε)이라 하자. ∣y−x∣<ε≤x이므로 y>x−ε≥0이고, ∣y−x∣<ε≤1−x이므로 y<x+ε≤1이다.
- 따라서 (x−ε,x+ε)⊆(0,1)이다. x가 임의였으므로 (0,1)은 열린집합이다.
⋂n=1∞(−1/n,1/n)={0}임을 보이고, 이것이 열린집합이 아님을 증명하세요.
n=1⋂∞(−n1,n1)={0}
{0} — 어떤 ε-공도 한 점 안에 들어가지 않는다.
증명 보기
- x∈⋂n(−1/n,1/n)이라 하자. 모든 n에 대해 ∣x∣<1/n이므로 n→∞으로 보내면 ∣x∣=0, 즉 x=0이다.
- 역으로 0은 모든 (−1/n,1/n)에 속하므로 교집합은 정확히 {0}이다.
- {0}은 열린집합이 아니다: 점 0에서 어떤 ε>0을 잡아도 ε/2∈(−ε,ε)이지만 ε/2∈/{0}이므로, ε-공이 {0} 안에 들어가지 않는다. — 열린집합들의 무한 교집합은 열려 있지 않을 수 있다.
[0,1]이 열린집합이 아님을 증명하세요.
−2ε∈(−ε,ε),−2ε∈/[0,1]
x=0 — 경계점에서는 어떤 ε-공도 밖으로 샌다.
증명 보기
- 0∈[0,1]이다. ε>0을 임의로 잡자.
- −ε/2∈(−ε,ε)이지만 −ε/2<0이므로 −ε/2∈/[0,1]이다.
- 따라서 0의 어떤 ε-근방도 [0,1] 안에 들어가지 않으므로, [0,1]은 열린집합이 아니다.