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定义Definition

聚点

施工中 · 内容逐步修订

Limit point · Accumulation point

每个邻域都含有集合中不同于该点的元素的点。

形式陈述 ​

设 A⊆X。点 x∈X 称为 A 的聚点(极限点),若它的每个邻域都与 A∖{x} 相交。所有聚点组成导集 A′。只检查开邻域或某个局部基中的邻域已经足够,因为每个邻域都包含这样的较小邻域。

任意拓扑空间中都有

A―=A∪A′,A 闭 ⟺ A′⊆A.

证明只需区分闭包点是否属于 A:若 x∈A―∖A,每个邻域与 A 相交,而交点自动不同于 x,故 x∈A′;反向则由聚点定义立即有 A′⊆A―。这些结论不需要 T1。

直觉

闭包问“每次靠近是否都会遇见集合”,聚点还加上“不能只遇见点自身”。因此集合里的孤立点属于闭包却不是聚点;集合外的聚点则显示数据缺失了一个无法用邻域隔开的边缘位置。

“任意小邻域”是拓扑语言,不预设距离,也不预设存在一列邻域能够代表所有邻域。集合只记录不同的元素,不记录它们在序列里出现多少次,所以序列无限次重复一个值不能替代邻域中出现另一个集合点。

例子与边界

在通常实线中,A={1/n:n≥1} 的唯一聚点是 0。任意含 0 的开区间都包含足够大的 n 对应的 1/n;每个 1/n 却可选小区间与相邻两项分开。对不在 A∪{0} 的点,也可选邻域避开 A,所以没有其他聚点。相反,(0,1)′=[0,1],包含内部点及两个不属于原集合的端点。

在 $T_1$ 空间中,聚点的每个邻域都含 A 的无限多个不同点。若某个邻域只交于有限多个 y1,…,yk(都不同于 x),删去这些闭单点仍留下 x 的邻域,却不再遇到 A∖{x},矛盾。由此有限集在 T1 空间没有聚点;Hausdorff 是足够但非必要的更强假设。

这一无限性不能搬到一般空间。令 X={0,1},开集为 ∅,{1},X,取 A={1}。点 0 的唯一开邻域是 X,故 0∈A′,尽管 A 只有一个点。常值序列 1,1,… 在这里甚至收敛到 0,同时 1 不是 A 的聚点;聚点与序列极限都必须结合所用拓扑理解。

推论与应用

在第一可数空间中,取 x 的递减邻域基 Bn,则

x∈A′ ⟺ ∃(an)⊆A∖{x},an→x.

正向逐项选 an∈Bn∩(A∖{x}) 即可,反向由收敛定义得到每个邻域都有这样的点。若再有 T1,每一步还可删掉先前选过的有限个点,保证各项互异;没有 T1 时不应额外要求互异。

闭包与聚点的关系给出闭集的局部判别。一般空间中序列可能无法探测所有闭包点,需要网或滤子。紧致性研究利用无限集合的聚点控制逃逸;反复取导集则通向 Cantor–Bendixson 分解,但有关分解的完整结论须另加空间假设。

参考资料
关系图谱41 个相邻概念 · 2 类关系

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