Espacios topológicos · Definición
Punto de acumulación
Antes de empezar necesitas conocer
Distingue los puntos que un conjunto «rodea» de los que simplemente contiene, y conecta límites, cerraduras y puntos aislados.
Definición
Un punto \(x\) de un espacio topológico \(X\) es punto de acumulación de un subconjunto \(A\) si toda vecindad \(N\) de \(x\) contiene algún punto de \(A\) distinto de \(x\); ellos forman el derivado \(A'\).
La condición exige que \(x\) pueda ser aproximado por puntos de \(A\) distintos de él. Por eso un punto de \(A\) puede no ser de acumulación (si está aislado: alguna vecindad suya no corta a \(A\) más que en \(x\)) y un punto fuera de \(A\) sí puede serlo. En \(\mathbb{R}\) usual, \((0,1)'=[0,1]\), \(\{1/n\}'=\{0\}\) y \(\mathbb{Z}'=\varnothing\).
Con el derivado la cerradura se describe sin más: \(\overline{A}=A\cup A'\). En consecuencia, \(A\) es cerrado si y solo si \(A'\subseteq A\), es decir, si contiene a todos sus puntos de acumulación. Los puntos de \(A\setminus A'\) son los puntos aislados de \(A\).
El comportamiento depende de la topología. En la discreta todo derivado es vacío, porque \(\{x\}\) es vecindad de \(x\). En la trivial, si \(A=\{a\}\), entonces \(A'=X\setminus\{a\}\), y si \(A\) tiene al menos dos puntos, \(A'=X\). Cuidado: la definición con vecindades no equivale a «hay una sucesión en \(A\) que converge a \(x\)» salvo en espacios con buena base local, como los métricos.
En espacios métricos, \(x\in A'\) exactamente cuando toda bola abierta alrededor de \(x\) contiene infinitos puntos de \(A\); en espacios generales esa propiedad de «infinitos» puede fallar (en la trivial una sola vecindad ya es todo \(X\)).
Para pensar
¿Puede un conjunto finito en \(\mathbb{R}\) usual tener un punto de acumulación?
No: si \(A\) es finito y \(x\in\mathbb{R}\), un intervalo suficientemente chico alrededor de \(x\) excluye a los demás puntos de \(A\), así que \(A'=\varnothing\).
Si \(A\subseteq B\), ¿qué relación hay entre \(A'\) y \(B'\)?
\(A'\subseteq B'\): toda vecindad de \(x\) que corta a \(A\) en un punto distinto de \(x\) también corta a \(B\) en ese punto.
Ejercicios 10
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál es el conjunto derivado de \(A=\{1,3\}\)?
- En \(X=\{a,b,c,d\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a\},\{b\},\{a,b\},\{a,b,c\},\{a,b,c,d\}\}\), ¿cuál es el conjunto derivado de \(A=\{a,c\}\)?
- 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 conjunto derivado de \(A=\{1,2\}\)?
- En \(X=\{a,b,c\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a,b,c\}\}\), ¿cuál es el conjunto derivado de \(A=\{a\}\)?
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{2\},\{1,2\},\{2,3\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál es el conjunto derivado de \(A=\{2,3\}\)?
- En \(\mathbb{R}\) con la topología usual, ¿cuál es el conjunto derivado de \(A=(0,1)\)?
- En \(\mathbb{R}\) usual, sea \(A=\{1/n:\ n\in\mathbb{N},\ n\ge 1\}\). ¿Cuál es \(A'\)?
- En \(\mathbb{R}\) usual, ¿cuál es el conjunto derivado \(\mathbb{Q}'\) de los racionales?
- Sea \(X\) con la topología discreta y \(A\subseteq X\) cualquiera. ¿Cuál es \(A'\)?
- En \(\mathbb{R}\) usual, sea \(A=(0,1]\cup\{2\}\). ¿Cuál es \(A'\)?
Referencias
- James R. Munkres, Topology, 2nd edition, Pearson, 2000. §17
- Bert Mendelson, Introduction to Topology, 3rd edition, Dover Publications, 1990.
- Stephen Willard, General Topology, Dover reprint, Dover Publications, 2004. §6