Espacios topológicos · Definición
Vecindad de un punto
Antes de empezar necesitas conocer
Las vecindades dan sentido preciso a «cerca de un punto» sin necesidad de distancias: son los conjuntos que rodean al punto con algo de holgura.
Definición
Una vecindad de un punto \(x\) en un espacio topológico \((X,\mathcal{T})\) es un conjunto \(N\subseteq X\) que contiene algún abierto \(U\in\mathcal{T}\) al que \(x\) pertenece.
Una vecindad no tiene por qué ser abierta: basta que contenga un abierto alrededor del punto. Por eso \([0,2]\) es vecindad de \(1\) en \(\mathbb{R}\) aunque no sea abierto, mientras que no lo es de \(0\), pues ningún abierto que contenga al \(0\) cabe dentro de \([0,2]\). En cambio, todo abierto es vecindad de cada uno de sus puntos; por eso un conjunto es abierto exactamente cuando es vecindad de todos sus puntos.
Las vecindades de un punto \(x\) forman una familia estable: cualquier conjunto que contenga una vecindad de \(x\) es también vecindad de \(x\), y la intersección de dos vecindades de \(x\) vuelve a serlo. Cuando existe una vecindad contenida en todas las demás, se llama la vecindad mínima; en la topología trivial es \(X\), y en la topología discreta es \(\{x\}\).
Un error frecuente es creer que «vecindad» significa «bola abierta» o «conjunto pequeño». En un espacio métrico las bolas \(B(x,r)\) forman una base de vecindades, pero una vecindad puede ser enorme (por ejemplo, el propio \(X\)). Este concepto es la base para definir el interior de un conjunto, los puntos de acumulación y la continuidad en un punto.
Para pensar
En \(\mathbb{R}\) con la topología usual, ¿es \((0,1)\cup\{5\}\) una vecindad de \(5\)?
No: un abierto que contenga al \(5\) tendría que incluir un intervalo \((5-\varepsilon,5+\varepsilon)\), y este no cabe en el conjunto.
¿Por qué \(X\) es vecindad de todos sus puntos en cualquier topología?
Porque \(X\) es abierto y \(x\in X\subseteq X\) para cada \(x\).
Ejercicios 10
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál de estos conjuntos es una vecindad del punto \(2\)?
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuál es la vecindad más pequeña del punto \(1\)?
- En \(X=\{1,2,3\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{1,2\},\{1,2,3\}\}\), ¿cuántas vecindades tiene el punto \(3\)?
- En \(X=\{a,b,c,d\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a\},\{b\},\{a,b\},\{a,b,c\},\{a,b,c,d\}\}\), ¿cuántos subconjuntos de \(X\) son vecindades del punto \(c\)?
- 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 la vecindad más pequeña del punto \(2\)?
- En \(X=\{a,b,c\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{a,b,c\}\}\), ¿cuántas vecindades tiene el punto \(a\)?
- Sea \(U\) un abierto de \(X\) y \(x\in U\). ¿Cuál afirmación es correcta?
- ¿Cuál afirmación sobre las vecindades de un punto \(x\) es verdadera?
- En \(X=\{1,2,3,4\}\) con \(\mathcal{T}=\{\varnothing,\{1\},\{3\},\{1,3\},\{1,2,3\},\{1,3,4\},\{1,2,3,4\}\}\), ¿de cuáles puntos de \(X\) es \(\{1,2\}\) una vecindad?
- 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 de estos conjuntos es vecindad de al menos un punto?
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