Den yderste kasse er Bd2(0, 1), den inderste kasse er Bd3(0, 1) og cirkelskiven er enhedskuglen hørende <strong>til</strong> d1. 7
2 Fuldstændige metriske rum I dette afsnit studerer vi konvergens af følger i metriske rum X =(X, d). Definition 2.1. En følge {xk} af punkter i X siges at konvergere mod x ∈ X, hvis der <strong>til</strong> ethvert ε>0 findes et tal N ∈ N, s˚aledes at xk ∈ B(x, ε) for k ≥ N. For to forskellige punkter x, y ∈ X giver trekantsuligheden, at B(x, ε) ∩ B(y, ε) =∅ n˚ar ε< 1 2d(x, y). En konvergent følge {xk} kan derfor kun konvergere mod ét punkt x ∈ X. Dette kaldes grænseværdien for {xk}, ogman skriver ofte xk → x for k →∞. I §1 definerede vi begrebet lukket delmængde af et metrisk rum, Definition 1.8. Lukkede mængder kan ogs˚a karakteriseres ved følgers grænseværdi p˚a følgende vis: Lemma 2.2. En delmængde A af et metrisk rum X er lukket, hvis og kun hvis A opfylder følgende betingelse: Lad {xk} være en vilk˚arlig konvergent følge i X med grænseværdi x. Hvisxk ∈ A for k ∈ N, s˚avilx ∈ A. Bevis. Antag at X −A er˚aben, at xk ∈ A for alle k,ogatxk → x for k →∞. Vi skal vise, at x ∈ A. Antag modsætningsvis, at x ∈ X − A. DaX− A er ˚aben, findes der et ε>0, s˚aledes at kuglen B(x, ε) ⊆ X − A. Dax er grænseværdien for {xk}, m˚a xk ∈ B(x, ε) fork<strong>til</strong>strækkeligt stor i modstrid med, at xk ∈ A for alle k. Vislutterheraf,atx∈ A. Lad os omvendt antage, at A ⊆ X er en delmængde, som opfylder betingelsen i lemmaet, og vælg et punkt x ∈ X − A. Vi skal finde et ε>0, s˚a B(x, ε) ⊆ X − A. Antag modsætningsvis, at dette ikke kan lade sig gøre. S˚a er B x, 1 ∩ A = ∅ for alle k. k Vælg et xk i denne mængde. Følgen {xk} af elementer i A konvergerer mod x. Thi for ethvert ε>0er1 >εfor k>1 . Dette er en modstrid. k ε Definition 2.3. En følge {xk} af punkter i X kaldes en Cauchy følge,s˚afremt der <strong>til</strong> ethvert ε>0 findes et N ∈ N, s˚aledes at d(xn,xm)