Laurea in Matematica Esercitazioni di Geometria 2 - 14 aprile 2016 1. Si denoti con X lo spazio topologico con sostegno in R e topologia avente per chiusi R ed i sottoinsiemi di R di cardinalità finita. Tra le seguenti affermazioni riguardanti il prodotto topologico X × X individuare quella falsa: (a) X × X è compatto; (b) X × X è connesso; (c) X × X non è di Hausdorff; (d) ogni chiuso di X × X diverso da R2 ha cardinalità finita. Soluzione: • Il prodotto topologico di spazı̂ compatti e connessi ha le stesse proprietà. • Ogni sottospazio di uno spazio topologico di Hausdorff ha la stessa proprietà: X, che non è di Hausdorff, è omeomorfo al sottospazio di X × X che ha sostegno in {x} × R per ogni numero reale x. • Tra gli aperti di X × X ci sono, per esempio, i sottoinsiemi R \ {x} × R \ {x} per ciascun numero reale x. Il complementare di un tale aperto non ha cardinalità finita. 2. Si denoti con X lo spazio topologico avente sostegno in R e topologia T generata e la compattificazione di Alexandrov dagli intervalli Ia := {x ∈ R : x < a} e sia X di X ottenuta con l’aggiunta di un punto ∞. Individuare l’affermazione corretta: (a) i numeri reali di valore assoluto > 1 sostengono un sottospazio connesso di e X; e è un aperto di X e 1; (b) il punto ∞ che rende compatto X e (c) l’insieme dei numeri interi sostiene un sottospazio discreto di X; (d) le precedenti affermazioni sono tutte false. Soluzione: I chiusi di X sono gli intervalli {x ∈ R : x ≥ a}, oltre che ∅ ed R, ed un compatto di X, dovendolo coprire con un numero finito d’intervalli {x ∈ R : x < a}, non può essere illimitato superiormente. Ne consegue che l’insieme vuoto è l’unico chiuso compatto di X, ovvero R ∪ {∞} è l’unico aperto e contenente il punto ∞: pertanto due aperti non vuoti di X e contengono di X sempre un membro della base di T e ciò permette di concludere che è impossibile decomporre l’insieme in (a) in due aperti non vuoti disgiunti e che il punto ∞ non è aperto. Si osservi infine che in ogni intervallo Ia ci sono infiniti numeri interi e ciò non permette che l’insieme dei numeri interi sostenga un sottospazio e discreto. di X 1 Un punto aperto talvolta è detto un punto isolato. 1 3. Siano X lo spazio topologico con sostegno in R e topologia T generata dagli intervalli Ia := {x ∈ R : x < a}, Y il sottospazio di X che si appoggia sull’insieme N dei numeri interi non negativi e Ye la compattificazione di Alexandrov di Y ottenuta con l’aggiunta di un extra punto ∞. L’insieme Z := {∞} ∪ {2n : n ∈ N} di punti di Ye (a) è denso in Ye ; (b) ha parte interna vuota; (c) sostiene un sottospazio discreto; (d) non ha alcuna delle proprietà precedenti. Soluzione: Poiché nessun chiuso di Y sostiene un compatto, gli unici aperti propri di Ye sono quelli di Y , cosicché l’unico contenuto in Z è quello costituito dal punto {0}. D’altronde ogni intorno di un punto y di Ye non appartenente a Z, cioè di un intero positivo dispari, contiene tutti gli interi positivi pari ≤ y, ovvero l’affermazione (a) è corretta ed è la sola corretta, ove si tenga conto che {0} è l’unico punto aperto del sottospazio che si appoggia su Z. 4. Sia T la topologia più fine che rende C compatto e che induce in C∗ la topologia euclidea. Delle seguenti affermazioni: - ogni chiuso rispetto a T è un insieme limitato rispetto alla metrica euclidea; - c’è un numero complesso che non risulta chiuso rispetto a T ; quelle corrette sono: (a) né la prima, né la seconda; (b) la prima, ma non la seconda; (c) la seconda, ma non la prima; (d) sia la prima che la seconda. Soluzione: La topologia T che si sta considerando equivale alla compattificazione di Alexandrov del sottospazio C∗ di C ' E2 prendendo 0C come punto di compattificazione. Ne consegue che gli aperti di T sono gli aperti del piano euclideo che o risultano contenuti in C∗ , oppure contengono 0C ed hanno un complementare che sostiene un sottospazio compatto del piano euclideo. Pertanto - gli aperti del secondo tipo hanno un complementare limitato, ma lo stesso non può dirsi per quelli del primo tipo perché il complementare di un aperto di C∗ limitato ha complementare illimitato; - ogni numero complesso z 6= 0C è il complementare di un aperto del secondo tipo, mentre 0C è il complementare dell’aperto C∗ di T . 2