Kurs:Maß- und Integrationstheorie (Osnabrück 2022-2023)/Arbeitsblatt 17/latex

\setcounter{section}{17}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{,} der nur aus \definitionsverweis {endlich vielen}{}{} Elementen bestehe. Zeige, dass $X$ \definitionsverweis {kompakt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{} und es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{Y_1 , \ldots , Y_n }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {kompakte Teilmengen}{}{.} Zeige, dass auch die \definitionsverweis {Vereinigung}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Y }
{ = }{ \bigcup_{i = 1}^n Y_i }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} kompakt ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {kompakter Raum}{}{} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{Y }
{ \subseteq }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {abgeschlossene Teilmenge}{}{,} die die \definitionsverweis {induzierte Topologie}{}{} trage. Zeige, dass $Y$ ebenfalls kompakt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Menge der \definitionsverweis {reellen Zahlen}{}{} $\R$ nicht \definitionsverweis {überdeckungskompakt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige auf möglichst viele Arten, dass der Raum
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} { { \left\{ { \frac{ 1 }{ n } } \mid n \in \N_+ \right\} } \cup \{0\} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} \definitionsverweis {kompakt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien \mathkor {} {X} {und} {Y} {} \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{.} Zeige, dass auch der \definitionsverweis {Produktraum}{}{} $X \times Y$ kompakt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Wir betrachten die \definitionsverweis {natürlichen Zahlen}{}{} $\N$ und versehen sie mit der \definitionsverweis {diskreten Metrik}{}{.} Zeige, dass $\N$ \definitionsverweis { abgeschlossen}{}{} und \definitionsverweis {beschränkt}{}{,} aber nicht \definitionsverweis { überdeckungskompakt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabbdisp {f} {\R} {S^1 } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {Bild}{}{} von $f$ \definitionsverweis {homöomorph}{}{} zu einem offenen, einem halboffenen, einem abgeschlossenen \definitionsverweis {Intervall}{}{} oder zu $S^1$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei \maabbdisp {f} {S^1} {\R } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {Bild}{}{} von $f$ \definitionsverweis {homöomorph}{}{} zu einem abgeschlossenen \definitionsverweis {Intervall}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{V }
{ \neq }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {normierter Vektorraum}{}{.} Zeige, dass $V$ nicht \definitionsverweis {kompakt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass ein \definitionsverweis {total beschränkter}{}{} \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} \definitionsverweis {beschränkt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass eine Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eines \definitionsverweis {total beschränkten}{}{} \definitionsverweis {metrischen Raumes}{}{} $M$ wieder total beschränkt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{\R^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein abgeschlossenes gleichseitiges Dreieck \zusatzklammer {gemeint ist die Fläche mit Rand} {} {} mit Seitenlänge $2$. Bestimme die minimale Anzahl an offenen Bällen mit Radius $1$, mit denen man $T$ überdecken kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{\R^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein offenes gleichseitiges Dreieck \zusatzklammer {gemeint ist die Fläche ohne den Rand} {} {} mit Seitenlänge $2$. Bestimme die minimale Anzahl an offenen Bällen mit Radius $1$, mit denen man $T$ überdecken kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Wir betrachten den abgeschlossenen Ball
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ X }
{ =} { U { \left( (0,0),1 \right) } }
{ \subseteq} { \R^2 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Bestimme die minimale Anzahl an offenen Bällen $U { \left( P_i,1 \right) }$, mit der man $X$ überdecken kann.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Man gebe ein Beispiel für einen \definitionsverweis {vollständigen}{}{} \definitionsverweis {beschränkten }{}{} \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$, der nicht \definitionsverweis {total beschränkt}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {total beschränkte}{}{} Teilmenge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$. Zeige, dass auch der \definitionsverweis {Abschluss}{}{}
\mathl{\overline{ T }}{} total beschränkt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass für eine Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Konzepte \definitionsverweis {beschränkt}{}{} und \definitionsverweis {total beschränkt}{}{} zusammenfallen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {folgenkompakter}{}{} \definitionsverweis {topologischer Raum}{}{.} Zeige, dass $X$ eine \definitionsverweis {abzählbare Basis}{}{} besitzt.

}
{} {}






\zwischenueberschrift{Aufgaben zum Abgeben}




\inputaufgabe
{4}
{

Es sei $X$ ein \definitionsverweis {Hausdorffraum}{}{} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{Y }
{ \subseteq }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge, die die \definitionsverweis {induzierte Topologie}{}{} trage. Es sei $Y$ \definitionsverweis {kompakt}{}{.} Zeige, dass $Y$ \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} in $X$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Es seien \mathkor {} {X} {und} {Y} {} \definitionsverweis {topologische Räume}{}{} und es sei \maabbdisp {\varphi} {X} {Y } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{.} Es sei $X$ \definitionsverweis {kompakt}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {Bild}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi(X) }
{ \subseteq }{ Y }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ebenfalls kompakt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Untersuche die folgenden Teilmengen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ \R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} auf \definitionsverweis {Vollständigkeit}{}{,} \definitionsverweis {Beschränktheit}{}{} und \definitionsverweis {totale Beschränktheit}{}{.} \aufzaehlungvier{
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ = }{ \Z }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} }{
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ = }{ ]0,1[ }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} }{
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ = }{ \Q }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} }{
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ = }{ ]0,1[ \cap \Q }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Es sei \maabb {\varphi} {X} {Y } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} zwischen \definitionsverweis {metrischen Räumen}{}{} \mathkor {} {X} {und} {Y} {.} Es sei $X$ \definitionsverweis {kompakt}{}{.} Zeige, dass $\varphi$ \definitionsverweis {gleichmäßig stetig}{}{} ist.

}
{} {}






\zwischenueberschrift{Die Aufgabe zum Aufgeben}




\inputaufgabe
{10}
{

Wir betrachten den offenen Ball
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ X }
{ =} { U { \left( (0,0),2 \right) } }
{ \subseteq} { \R^2 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Bestimme die minimale Anzahl an offenen Bällen $U { \left( P_i,1 \right) }$, mit der man $X$ überdecken kann.

}
{} {}