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Grundlagen:Topologie ¨Ubungsblatt0 WahrscheinlichkeitstheorieI ¨UbungenzurVorlesung

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Academic year: 2021

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L¨ohr/Winter Sommersemester 2017

Ubungen zur Vorlesung ¨ Wahrscheinlichkeitstheorie I

Ubungsblatt 0¨

Grundlagen: Topologie

Seien X, Y nichtleere Mengen. Zur Erinnerung:

Eine Topologie aufX ist eine Mengeτ von Teilmengen von X mit

1. ∅, X ∈τ 2. U, V ∈τ ⇒ U ∩V ∈τ 3. Ui ∈τ ⇒ [

i∈I

Ui ∈τ,

wobeiI eine beliebige (also potentiell ¨uberabz¨ahlbare) Indexmenge ist. Eine Menge U ⊆X heißt offen, fallsU ∈τ. Eine Folge (xn)n∈N inX konvergiertgegen x∈X (bzgl. τ) falls

∀U ∈τ mitx∈U :xn∈U f¨ur alle bis auf endlich viele n∈N.

X heißt Hausdorffsch, falls Punkte durch offene Mengen getrennt werden k¨onnen, also

∀x, y∈X∃U, V ∈τ :x∈U, y∈V, U ∩V =∅.

Ist d eine Metrik auf X, so bezeichne τd die Menge der bez¨uglich d offenen Mengen. τd

heißt vondinduzierte oder erzeugte Topologie (und ist tats¨achlich eine Topologie). Metrische R¨aume werden immer auch als topologische R¨aume mit der induzierten Topologie verstanden.

Ein metrischer Raum (X, d) ist vollst¨andig, falls jede Cauchy Folge konvergiert. Dabei ist (xn)n∈N eine Cauchy Folge, falls

∀ε >0∃N ∈N:d(xn, xm)< ε∀n, m > N.

Aufgabe 0.1 (Metrik versus Topologie).

(a) Zeige: F¨ur Metriken d, r auf X mitd(x, y)< r(x, y) f¨ur alle x, y∈X giltτd⊆τr. (b) Seien d, r Metriken auf X. Zeige: Gibt es Konstanten c, C >0 mit

c·d(x, y) ≥ r(x, y) ≥ C·d(x, y), so induzieren dundr dieselbe Topologie.

(c#) Sei X = ]0,1] und xn = n1. Bez¨uglich der normalen (Euklidischen) Metrik ist (xn)n∈N

eine Cauchy Folge, die nicht konvergiert. Insbesondere istXdann nicht vollst¨andig. Gib nun eine andere Metrik d auf X mit der folgenden Eigenschaft an: d erzeugt dieselbe Topologie, wie die Euklidische Metrik, (xn) ist keine Cauchy Folge bez¨uglich d, und (X, d) ist vollst¨andig.

Ein topologischer Raum (X, τ) heißtkompakt, wenn jede offene ¨Uberdeckung eine endliche Teil¨uberdeckung besitzt, also

U ⊆τ, X = [

U∈U

U ⇒ ∃n∈N, U1, . . . , Un∈ U :X =U1∪ · · · ∪Un.

Ein metrischer Raum ist genau dann kompakt, wenn jede Folge eine konvergente Teilfolge besitzt. Im allgemeinen topologischen Raum gilt diese ¨Aquivalenz nicht.

Bitte wenden!

(2)

Aufgabe 0.2 (Kompaktheit).

(a) Sei (X, d) ein kompakter metrischer Raum. Zeige: (X, d) ist separabel (es gibt eine abz¨ahlbare, dichte Teilmenge).

(b) Sei (X, d) kompakter metrischer Raum. Zeige: (X, d) ist vollst¨andig.

Hinweis: Verwende die Charakterisierung durch konvergente Teilfolgen.

(c) Finde einen vollst¨andigen, separablen metrischen Raum, der nicht kompakt ist.

Ein polnischer Raum (X, τ) ist ein vollst¨andig metrisierbarer, separabler topologischer Raum. Es existiert also eine abz¨ahlbare, dichte Teilmenge und eine Metrikd, so dass (X, d) vollst¨andig ist und τ =τd.

Aufgabe 0.3 (Polnische R¨aume).

(a) Zeige, dassN(mit der Euklidischen Topologie) polnisch ist.

(b) Sein∈N. Zeige, dassRn (nat¨urlich mit der Euklidischen Topologie versehen) polnisch ist.

(c) Sei ddis die diskrete Metrik auf R(ddis(x, y) = 1 f¨ur x6=y). Zeige, dass (R, τddis) nicht polnisch ist.

(d#) Zeige, dass das offene Intervall ]0,1[ (mit Euklidischer Topologie) polnisch ist.

Pr¨asenz¨ubung: das Blatt wird in der ¨Ubung besprochen, soll jedoch nicht abgegeben werden Mit #markierte Aufgabenteile sind etwas schwerer

Keine Panik!

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