极限点
极限点(英語:Limit point)在数学中是指可以被集合S中的点[註 1]随意逼近的點。[註 2]
这个概念有益的推广了极限的概念,并且是諸如闭集和拓扑閉包等概念的基础。实际上,一个集合是闭合的当且仅当他包含所有它的极限点,而拓扑闭包运算可以被认为是通过增加它的极限点来扩充一个集合。[註 3]
定义 编辑
为拓扑空间 ( 其拓撲為 ) 的子集且 ,若所有 的开集也包含至少一个 內的非x的点,即
稱 為 的极限点(注意到 不一定属于 )。由 內所有極限點所組成的集合稱為 的導集,標記為 。
在T1空間裡,上述定義和要求 的每個鄰域皆包含無限多個 的點是等價的。[註 4]
另外,若X為序列空間,則可稱x ∈ X為S的極限點,若且唯若存在一個由S \ {x}的點組成的ω序列,其極限為x;這也是「極限點」此一名稱的由來。
特殊类型的極限點 编辑
如果包含x的所有开集都包含无限多个S的点,则x是特殊类型极限点,称为S的ω‐会聚点(ω‐accumulation point)。
如果包含 的所有開集都包含不可数多個 的點,則 是特殊类型的极限点,稱為 的缩合点(condensation point)。
ω‐会聚点 编辑
在度量空间中,ω‐会聚点与普通的极限点定义等价。在拓扑空间中,两者概念不再等价。对于非强拓扑空间,一个所有ω‐会聚点都属于本身的集合不一定是闭集,但一个所有极限点都属于本身(导集包含于自身)的集合必爲闭集。
度量空间的聚集点 编辑
在带有度量函數 的度量空间 且有 和 ,若對所有 ,存在 值使得 ,也就是
這樣稱 是 的聚集点(cluster point)或会聚点(accumulation point)。直觀上意為, 可以被 裡的點(以度量 的意義上)無限制地逼近。
性质 编辑
- 关于极限点的性质: 是 的极限点,当且仅当它属于 \ { }的闭包。
- 证明:根据闭包定义,某点属于某集合的闭包,当且仅当该点的所有邻域都和该集合相交。则有:x是 的极限点,当且仅当所有 的邻域都包含一个非 的点属于S,当且仅当所有 的邻域含有一个点属于 \ {x},当且仅当 属于 的闭包。
- 的闭包具有下列性质: 的闭包等于 和其導集的并集。
- 证明:(从左到右)设 属于 的闭包。若 属于S,命题成立。若 ,则所有 的邻域都含有一个非 的点属于 ;也就是说,x是 的极限点, 。(从右到左)设 属于S,则明显地所有 的邻域和 相交,所以 属于 的闭包。若 属于L(S),则所有 的邻域都含有一个非 的点属于S,所以 也属于 的闭包。得证。
- 上述结论的推论给出了闭集的性质:集合 是闭集,当且仅当它含有所有它的极限点。
- 证明1:S是闭集,当且仅当 等于其闭包,当且仅当 = ∪ L(S),当且仅当L(S)包含于S。
- 证明2:设 是闭集, 是 的极限点。则 必须属于S,否则 的补集为 的开邻域,和 不相交。相反,设 包含所有它的极限点,需要证明 的补集是开集。设 属于 的补集。根据假设,x不是极限点,则存在 的开邻域U和 不相交,则U在 的补集中,则 的补集是开集。
- 孤点不是任何集合的极限点。
- 证明:若 是孤点,则{x}是只含有 的 的邻域。
- 空间 是离散空间,当且仅当 的子集都没有极限点。
- 证明:若 是离散空间,则所有点都是孤点,不能是任何集合的极限点。相反,若 不是离散空间,则单元素集合{x}不是开集。那么,所有{x}的邻域都含有点y ≠ x,则 是 的极限点。