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内部、闭包与边界

Interior, closure, and boundary

集合的最大开子集、最小闭超集及二者确定的边界。

条目类型
定义

形式陈述

AX。其内部、闭包与边界分别定义为

intA={U:U 开且 UA},A={F:F 闭且 AF},A=AintA.

等价地,xA 当且仅当每个含 x 的开邻域都与 A 相交;并且

A=AXA.
直觉

内部收集完全拥有某个邻域的点,闭包收集每个邻域都碰到集合的点,边界则是集合与其补集都无法在局部排除的点。三者分别是最大开子集、最小闭上集与两侧接触区。它们依赖环境拓扑;同一子集换成子空间后,内部和边界会改变。

例子与边界

R 中,若 A=(0,1]Q,则 intA=A=[0,1]A=[0,1]。闭包不是简单地“加上两个端点”,其结果依赖母空间与拓扑;同一 A 放入子空间后可能有不同边界。

R 中,Q 的内部为空、闭包为全体 R、边界也是全体,因为每个区间同时含有理数和无理数。对半开区间 A=[0,1),内部为 (0,1),闭包为 [0,1],边界为 {0,1}。在子空间 Y=[0,1) 中,同一 A=Y 的边界却为空。

推论与应用

开集闭集定义内部、闭包和边界,聚点帮助分解闭包。连续性可用闭包包含关系表达,切除定理用闭包落在内部的缓冲条件,流形边界和 PDE 边界条件则需进一步区分拓扑边界与内在边界。

参考资料
  • James R. Munkres, Topology, 2nd ed., Prentice Hall, 2000,§17。
  • Stephen Abbott, Understanding Analysis, 2nd ed., Springer, 2015,§3.2。
关系图谱9 个相邻概念 · 1 类关系

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