Espacios topológicos · Definición
Interior de un conjunto
Antes de empezar necesitas conocer
El interior separa de un conjunto la parte que lo contiene «con holgura»: los puntos que tienen todo un abierto alrededor sin salir de él.
Definición
El interior \(\operatorname{int}A\) de un subconjunto \(A\) de un espacio topológico \((X,\mathcal{T})\) es el mayor abierto \(U\in\mathcal{T}\) contenido en \(A\).
Un punto \(x\) está en \(\operatorname{int}A\) exactamente cuando \(A\) es vecindad de \(x\). Así, en \(\mathbb{R}\) con la topología usual, \(\operatorname{int}[0,1]=(0,1)\): los extremos se pierden porque ningún intervalo abierto alrededor de ellos cabe en \([0,1]\). En cambio \(\operatorname{int}\mathbb{Q}=\varnothing\), pues todo intervalo contiene irracionales.
Siempre se cumple \(\operatorname{int}A\subseteq A\), y \(\operatorname{int}A=A\) si y solo si \(A\) es abierto. Además \(\operatorname{int}(\operatorname{int}A)=\operatorname{int}A\), \(\operatorname{int}(A\cap B)=\operatorname{int}A\cap\operatorname{int}B\) y \(A\subseteq B\) implica \(\operatorname{int}A\subseteq\operatorname{int}B\). Con la unión solo vale la inclusión \(\operatorname{int}A\cup\operatorname{int}B\subseteq\operatorname{int}(A\cup B)\), y puede ser estricta.
El interior depende de la topología: el mismo \(A\) puede tener interior grande en una topología y vacío en otra. En la topología trivial todo subconjunto propio tiene interior vacío; en la discreta, \(\operatorname{int}A=A\) para todo \(A\). Es el concepto dual de la cerradura, y juntos describen la frontera de un conjunto.
Para pensar
Calcula \(\operatorname{int}\big((0,1)\cup(1,2)\cup\{3\}\big)\) en \(\mathbb{R}\) con la topología usual.
\((0,1)\cup(1,2)\): el punto aislado \(3\) no tiene ningún intervalo abierto a su alrededor dentro del conjunto, y el \(1\) no pertenece al conjunto.
Si \(\operatorname{int}A=\varnothing\), ¿puede \(A\) ser no vacío?
Sí: \(\mathbb{Q}\) y \(\mathbb{Z}\) en \(\mathbb{R}\) son no vacíos y no contienen ningún intervalo abierto.
Ejercicios 10
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál es el interior de \(A=\{1,3\}\)?
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál es el interior de \(A=\{2,3\}\)?
- En \(X=\{a,b,c,d\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a\},\{b\},\{a,b\},\{a,b,c\},\{a,b,c,d\}\}\), ¿cuál es el interior de \(A=\{a,b,d\}\)?
- En \(X=\{1,2,3,4\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{3\},\{1,3\},\{1,2,3\},\{1,3,4\},\{1,2,3,4\}\}\), ¿cuál es el interior de \(A=\{1,2,4\}\)?
- En \(X=\{a,b,c\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a,b,c\}\}\), ¿cuál es el interior de \(A=\{a,b\}\)?
- En \(X=\{a,b,c,d\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a\},\{b\},\{a,b\},\{a,b,c\},\{a,b,c,d\}\}\), ¿cuántos elementos tiene el interior de \(A=\{a,c,d\}\)?
- ¿Cuál afirmación es cierta para todo subconjunto \(A\) de cualquier espacio topológico?
- En \(X=\{1,2,3,4\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{3\},\{1,3\},\{1,2,3\},\{1,3,4\},\{1,2,3,4\}\}\), ¿para cuál de estos conjuntos \(A\) se cumple \(\operatorname{int}A=A\)?
- En \(X=\{1,2,3,4\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{3\},\{1,3\},\{1,2,3\},\{1,3,4\},\{1,2,3,4\}\}\), ¿cuántos subconjuntos \(A\subseteq X\) tienen interior vacío?
- ¿Cuál de estas igualdades es falsa en general?
Después de esto
Referencias
- James R. Munkres, Topology, 2nd edition, Pearson, 2000. §17
- Bert Mendelson, Introduction to Topology, 3rd edition, Dover Publications, 1990. cap. 3