¿Qué se entiende por la declaración ‘Colección contable de intervalos abiertos disjuntos’ en la teoría de la medida o en el análisis real, en general, y puede ilustrar cómo un conjunto abierto puede expresarse como una colección contable de intervalos abiertos?

Gracias por el A2A.

Hay muchas veces en matemáticas donde una frase tiene un significado contraintuitivo, o donde un modificador cambia el significado de un sustantivo de una manera extraña. (Mi ejemplo favorito, del libro de análisis de Gerald Folland: “Por lo tanto, vemos que [math] \ mu [/ math] es una medida finitamente aditiva, pero no una medida”).

Este no es uno de esos momentos. La frase “colección contable de intervalos abiertos disjuntos” significa exactamente lo que dice:

Deje que [math] \ mathcal {A} [/ math] sea una colección contable de intervalos abiertos disjuntos. Luego

  • [math] \ mathcal {A} [/ math] es una colección, es decir, un conjunto;
  • [math] \ mathcal {A} [/ math] es contable, es decir, contiene solo muchos objetos;
  • los objetos en [math] \ mathcal {A} [/ math] son ​​intervalos abiertos, es decir, subconjuntos de [math] \ mathbb {R} [/ math] de la forma [math] (- \ infty, b) [ / matemática], [matemática] (a, b) [/ matemática] o [matemática] (a, + \ infty) [/ matemática]; y
  • cualesquiera dos objetos diferentes en [math] \ mathcal {A} [/ math] son ​​disjuntos, lo que significa que su intersección está vacía.

A su segunda pregunta: no estoy seguro de cómo “ilustraría” este hecho sobre los subconjuntos abiertos de [math] \ mathbb {R} [/ math] (no es cierto en muchos otros espacios), excepto dibujando imágenes de open establece y convencer a ti mismo. En cuanto a la prueba: primero demuestre que cada [matemática] U \ subconjunto \ mathbb {R} [/ matemática] abierta es una unión disjunta de intervalos abiertos (de hecho, únicamente). Luego demuestre que ninguna colección incontable de subconjuntos abiertos de [math] \ mathbb {R} [/ math] es disgregada por pares.

Considere la siguiente relación de equivalencia en un conjunto abierto [matemática] O [/ matemática] en [matemática] R [/ matemática]: [matemática] x ~ y [/ matemática] si existe un intervalo abierto que contiene x e y intervalo está contenido completamente en [matemáticas] O [/ matemáticas]. Claramente, cada clase de equivalencia puede etiquetarse con un número racional contenido en esa clase, porque los números racionales son densos en [math] R [/ math]. Debido a que solo hay un número contable de Racionales, cada conjunto abierto en [math] R [/ math] es una colección contable de intervalos abiertos.

Una colección contable de intervalos abiertos disjuntos es un conjunto S cada uno de cuyos elementos es un intervalo abierto y no hay dos elementos distintos de S que se crucen, es decir, son disjuntos.

Algo más abstracto:

Una colección contable de elefantes es un conjunto de elefantes que tiene un número contable de elefantes.

Una colección contable de elefantes que tienen afiliaciones políticas disjuntas es un conjunto S de elefantes que tiene un número contable de elefantes, de modo que no hay dos elefantes (elementos) distintos del conjunto que tengan la misma afiliación política.

Un conjunto abierto no puede expresarse como una colección de muchos intervalos abiertos contables.
Esto no tiene sentido. Probablemente lo que quisiste decir fue que un conjunto abierto se puede expresar como una unión de innumerables intervalos abiertos.

Para ver esto, deje que [math] O [/ math] esté abierto en [math] \ mathbb R [/ math].
Para cada punto [matemática] p [/ matemática] de [matemática] O [/ matemática], se puede encontrar un intervalo abierto [matemática] (a_p, b_p) [/ matemática] tal que [matemática] (a_p, b_p) \ subseteq O [/ math] y tanto [math] a_p [/ math] como [math] b_p [/ math] son ​​racionales.

Tenga en cuenta que la unión de todos los elementos del conjunto [math] S = \ {(a_p, b_p): p \ in O \} [/ math] es precisamente [math] O [/ math].

Ahora mostramos que [math] S [/ math] es contable.

Defina una función [matemática] f: S \ a \ mathbb Q \ veces \ mathbb Q [/ matemática] como [matemática] f ((a, b)) = (a, b) [/ matemática] para todos los intervalos abiertos [ matemáticas] (a, b) [/ matemáticas] en [matemáticas] S [/ matemáticas]. (La notación aquí es un poco confusa. El argumento de [math] f [/ math] es un intervalo abierto, mientras que la cosa en el RHS es un par ordenado de racionales).

Esta función es claramente una inyección.

Ahora, dado que [math] \ mathbb Q \ times \ mathbb Q [/ math] es contable, también lo es [math] S [/ math].