度量空间

开集(度量)

开集是没有任何边缘属于自身的集合:从集合中的任何一点出发,你都可以朝任意方向迈一小步而仍留在集合之内。直观地说,开集在它每个成员周围都留有活动余地——它没有任何一点是危险地悬在边界上的。

确切地说,度量空间 (X, d) 的子集 U 称为开的,如果对 U 中每一点 x 都存在半径 r > 0,使得开球 B(x, r) 包含于 U。等价地说,开集就是若干开球的并。所有开集组成的族即由该度量诱导的拓扑,它使不同度量空间上的分析能够使用同一种语言。

开集服从三条结构规则:空集与整个空间 X 都是开的;任意多个(有限或无限)开集的并是开的;有限多个开集的交是开的。限制为有限交是本质的:开区间 (-1/n, 1/n) 对所有 n 的无限交是单点 {0},而它不是开的。

R 中的开区间 (0, 1) 是开的:任取其中一点 x,令 r = min(x, 1 - x),则球 (x - r, x + r) 仍留在 (0, 1) 内。端点 0 通不过此检验,这正是 [0, 1) 不开的原因。

(0, 1) 的每一点都有富余空间,端点则没有。

开与闭并非日常意义上的反义词。一个集合可以既开又闭(整个空间和空集永远如此),也可以既不开也不闭(R 中的半开区间 [0, 1) 既非开也非闭)。