实变函数习题解答(2)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 习题解答
P ∈
E '的充要条件是对任意含有0P 的邻域U(P ，δ)（不一定以0P 0
P 的点1P 属于E （事实上，这样的1
P 还有无穷多个）。而
0P ∈0
E 的充要条件则是有含0P 的邻域U(P ，δ)（同样，不一定以0P 为中心）存
在，使U(P ，δ)⊂E 。
证明：（1）充分性，用反证法，若0P ∈E '，则0P 的某一邻域U(0P ，0δ)中至多有有限个异于0P 的点1X ，2X ，…，n X 属于E ，令n
i ≤≤1min d(0P ，i x )=δ'，
在U(0P ，δ')中不含异于0P 的点属于E ，这与条件矛盾。
必要性，设U(P ，δ)是任意一个含有0P 的邻域，则d(0P ，E )<δ，令1δ=δ- d(0P ，P )>0，则U(0P ，1δ)⊂U(P ，δ)。因为0P ∈E '，所以，在U(0P ，1δ)中含于无穷多个属于E 的点，其中必有异于0P 的点1P ，即U(P ，δ)中有异于0P 的点1P 。
（20P 的邻域U(P ，δ)⊂E ，则d(0P ，P )<δ，令1δ=δ- d(0P ，P )，01)⊂U(P ，δ)，从而U(0P ，
1δ)⊂E ，故0P ∈0
E 。
2、设n
R =R '是全体实数，1E 是[0，1]上的全部有理点，求1E '，0
1E ，1E 。 解：1E '=[0，1]，0
1E =φ，1E =[0，1] 。
3、设n
R =2
R 是普通的x o y 平面，2E ={(x ，y )|2
x +2
y <1}，求2
E '，0
2E ，2E 。
解：2
E '={(x ，y )|2x +2y ≤1}， 0
2E ={(x ，y )|2x +2y <1}， 2E ={(x ，y )|2x +2y ≤1}。
4、设n R =2R 是普通的x o y 平面，3E 是函数y =⎪⎩⎪⎨⎧=≠0
01
sin
x x x
当当的图形上
的点作成的集合，求3
E '，0
3E 。 3
'={(x ，y )|x ≠0，y =sin x
1} {(0，y )|-1≤y ≤1}
3E =φ
5、在2
R 中看第2题的1E '，0
1E ，1E 各是由哪些点构成的。 解：1E '={(x ，0)|0≤x ≤1}
1E =φ 1E =1E '
6、证明点集F 为闭集的充要条件是F ＝F 。
证明：充分性，若F ＝F ，则F F '＝F ，故F '⊂F ，即F 为闭集。 必要性，若F 为闭集，则F '⊂F ，所以F ' F ＝F ，即F ＝F 。 7、证明开集减闭集后的差集仍是开集，闭集减开集后的差集仍是闭集。 证明：设G 是一开集，F 是一闭集，则CG 是闭集，CF 是开集，所以G －F ＝G CF 是开集，F －G ＝F CG 是闭集。
8、设f (x )
a
，E ＝
{x |f (x )>a }是开集，而1E ＝{x |f (x )
证明：若E ＝{x |f (x )>a }＝φ，则E 是开集，若E ≠φ，∀0x ∈E ，有f (0x )>a ，因为f (x )在0x 连续，所以∃δ>0，当x ∈U(0x ，δ)时，有f (x )>a ，即U(0x ，δ)⊂E ，所以0x 是E 的内点，故E 是开集。同理可证{x |f (x ) 9、证明每个闭集必是可数个开集的交集，每个开集可以表示成可数个闭集的和集。 证明：设F 为闭集，令n G ＝{x |d (x ，F ) }，则n G 是开集。事实上， ∀0x ∈n G ，有d(0x ，F ) ，即F y ∈inf d(0x ，y ) 1，所以∃0y ∈F ，使d(0x ， n 1，令ε＝n 1 －δ，∀x ∈U(0x ，ε)，有d(0x ，x )<ε，d(x ，0y ) ≤d(0x ，x )＋d(0x ，0y )<ε＋δ＝n 1 ，于是d(x ，F )＝F y ∈inf d(x ，y )≤d(x ， 0y ) ，所以x ∈n G ，U(0x ，ε)⊂n G ，故n G 是开集。 以下证明F ＝∞=1 n n G 。显然F ⊂n G (n ＝1，2，…)，所以F ⊂∞ =1 n n G 。 ∀x ∈∞ =1 n n G ，有x ∈n G (n ＝1，2，…)、d(x ，F ) ，令n →∞得，d(x ，F ) ＝0，所以x ∈F 或x ∈F '。因为F 是闭集。所以F '⊂F ，故x ∈F 。于是 ∞ =1 n n G ⊂F ，所以F ＝∞ =1 n n G 。 设G 为开集，则C G 为闭集， C G ＝∞ =1 n n G ，而G ＝C(C G ) ＝C(∞ =1 n n G )＝∞ =1 n C n G ，C n G 为闭集，即G 可表示为可数个闭集的和集。 10、证明用十进位小数表示[0，1]中的数时，用不着数字7的一切数成一完备集。 证明：在[0，1]中，第一位小数用到数字7的小数是(0.7，0.8)，第二位小 数用到7的小数是(0.07，0.08)，(0.17，0.18)，…，(0.97，0.98)，…。第n 位小数用到数字7的小数是(0.1a 2a …1-n a 7，0.1a 2a …1-n a 8)（其中1a ，2a ，1 -n a 是0，1，2，…，9取完各种可能的n －1个数）记这些开区间的全体为∞ =1 n n A ， 7表示的小数的全体为E ，则E ＝C[(∞ =1n n A )∪(－∞，0) ∪(1，＋∞)]而n A ，(－∞，0)，(1，＋∞)是可数个互不相交且无公共端点的 开区间，所以E 是完备集。 11、证明f (x )为[a ，b ]上连续函数的充分必要条件是对任意实数C ，集E ＝{x |f (x )≥C}，与1E ＝{x |f (x )≤C}都是闭集。