Fișă de lucru

Probleme propuse: vecinătăți și puncte de acumulare

Publicat · de

Deschide PDF

Rezumat

Problemele verifică înțelegerea definițiilor: când o mulțime este vecinătate, când un punct este de acumulare și când este izolat. Cazurile delicate sunt capetele intervalelor, mulțimile finite și vecinătățile lui $\pm\infty$. Enunțurile de tip adevărat sau fals cer de fiecare dată un exemplu sau un contraexemplu precis.

Apasă «Verifică» lângă un exercițiu. Răspunsurile rămân pe acest dispozitiv.

Problemele 1–8 sunt obligatorii; problema 9 este facultativă.

  1. Stabiliți care dintre mulțimile următoare sunt vecinătăți ale punctului $x_{0} = - 1$:

    a) $( - 2,0)$;

    b) $\lbrack - 1,1\rbrack$;

    c) $( - 3,1) \smallsetminus \left\{ 0 \right\}$;

    d) $\mathbb{Q}$;

    e) ${\mathbb{R}} \smallsetminus {\mathbb{Z}}$.

  2. Care dintre mulțimile următoare sunt vecinătăți ale lui $- \infty$?

    a) $( - \infty, - 100)$;

    b) $\mathbb{Z}$;

    c) ${\mathbb{R}} \smallsetminus \lbrack - 1,1\rbrack$;

    d) $( - \infty,0) \cap {\mathbb{Q}}$.

  3. Determinați $m \in {\mathbb{R}}$ pentru care intervalul $V = \left( m - 1,m^{2} + 1 \right)$ este vecinătate a lui $2$.

  4. Determinați mulțimea punctelor de acumulare și punctele izolate pentru:

    a) $A = ( - 2,1\rbrack \cup \left\{ 3 \right\}$;

    b) $B = \left\{ \frac{n}{n + 1}\mkern6mu \middle| \mkern6mu n \in {\mathbb{N}} \right\}$;

    c) $C = {\mathbb{N}}$;

    d) $D = \left\{ x \in {\mathbb{R}}\mkern6mu \middle| \mkern6mu x^{2} - 5x + 4 \leq 0 \right\} \cup \left\{ 6 \right\}$;

    e) $E = (0, + \infty)$;

    f) $F = \left\{ ( - 1)^{n} + \frac{1}{n}\mkern6mu \middle| \mkern6mu n \in {\mathbb{N}}^{*} \right\}$.

  5. a) Arătați că, dacă $V_{1}$ și $V_{2}$ sunt vecinătăți ale lui $+ \infty$, atunci $V_{1} \cap V_{2}$ este vecinătate a lui $+ \infty$.

    b) Arătați că mulțimile $V_{n} = \left( - \frac{1}{n},\frac{1}{n} \right)$, $n \in {\mathbb{N}}^{*}$, sunt vecinătăți ale lui $0$, dar intersecția tuturor acestor mulțimi nu este vecinătate a lui $0$.

  6. Fie $A = \left\{ \frac{2n - 1}{n + 1}\mkern6mu \middle| \mkern6mu n \in {\mathbb{N}} \right\}$. Determinați $\min A$, $\sup A$ și $A'$.

  7. Arătați că $+ \infty$ este punct de acumulare al mulțimii $A \subset {\mathbb{R}}$ dacă și numai dacă $A$ nu este majorată. Aplicație: arătați că $+ \infty \in A'$ pentru $A = \left\{ n^{2} - 3n\mkern6mu \middle| \mkern6mu n \in {\mathbb{N}} \right\}$.

  8. Stabiliți valoarea de adevăr a propozițiilor următoare; justificați:

    a) Orice punct de acumulare al unei mulțimi aparține mulțimii.

    b) O mulțime finită nu are puncte de acumulare.

    c) Orice punct al intervalului $(a,b)$ este punct de acumulare al acestui interval.

    d) Mulțimea $\mathbb{Z}$ este vecinătate a lui $0$.

    e) Dacă $V$ este vecinătate a lui $x_{0}$ și $W \subset {\mathbb{R}}$ este o mulțime oarecare, atunci $V \cup W$ este vecinătate a lui $x_{0}$.

  9. (facultativ) Arătați că $x_{0} \in {\mathbb{R}}$ este punct de acumulare al mulțimii $A$ dacă și numai dacă orice vecinătate a lui $x_{0}$ conține o infinitate de elemente ale lui $A$.

Întrebări frecvente

Cum demonstrezi că un enunț cu vecinătăți este fals?

Cu un contraexemplu concret: o mulțime și un punct pentru care concluzia pică, verificate direct din definiție. De pildă, afirmația că orice mulțime care îl conține pe $2$ este vecinătate a lui $2$ este falsă, iar mulțimea $\{2\}$ este contraexemplul, fiindcă nu prinde niciun interval deschis în jurul lui $2$.

De ce contează capetele intervalelor la punctele de acumulare?

Pentru că un capăt poate fi punct de acumulare fără să aparțină mulțimii: orice vecinătate a lui $0$ întâlnește intervalul $(0, 1]$, deși $0 \notin (0, 1]$. Greșeala tipică este să confunzi apartenența la mulțime cu proprietatea de a fi punct de acumulare, care privește vecinătățile, nu lista elementelor.