Come si distingue un punto isolato da un punto di accumulazione? La raccolta propone 30 esercizi svolti di Analisi matematica sulla retta reale, con richiami su intorni, chiusura, frontiera, estremo inferiore e superiore.
Sommario
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Autori e revisori
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Notazioni
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| Insieme | |
| Insiemi degli interi, dei razionali e dei reali. | |
| Intervallo aperto | |
| Insiemi dei punti di accumulazione e dei punti isolati di | |
| Chiusura, interno e frontiera di |
Introduzione
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Richiami di teoria
Intorni, punti isolati e punti di accumulazione
Un punto di accumulazione può appartenere ad oppure esserne esterno.
Per provare che è di accumulazione si deve considerare un raggio positivo arbitrario. Per escluderlo basta esibire un solo intorno privo di punti di
diversi da
. In particolare,
.
Il criterio con le successioni
In una direzione, per ciascun si può scegliere un punto
con
. Nell’altra, la convergenza assicura che qualsiasi intorno di
contenga un termine distinto dal centro. Una successione costante uguale a
non soddisfa la condizione
.
Ogni intorno di un punto di accumulazione contiene in realtà infiniti punti dell’insieme. Se ne contenesse soltanto un numero finito, si potrebbe restringere il raggio per escludere tutti quelli a distanza positiva dal centro. Questo argomento aiuta a studiare gli insiemi di valori di una successione. Per escludere un candidato spesso basta separarlo dalla coda e poi scegliere un raggio più piccolo delle distanze positive dai pochi punti rimasti.
Chiusura, interno e frontiera
Per i punti già in è sufficiente il centro. Per quelli esterni la condizione coincide con l’accumulazione. Si ottiene
Perciò . Un punto isolato è di frontiera. L’insieme
è aperto se
ed è chiuso se
.
Per esempio, per , il punto
appartiene ad
e resta fuori da
. Il punto
appartiene sia ad
sia ad
. Il punto
è isolato. Le tre righe rappresentano, nello stesso ordine, l’insieme, i suoi punti di accumulazione e la sua frontiera.

Figura 1: L’insieme, i punti di accumulazione e la frontiera sulla retta reale.
Estremo inferiore e superiore
Se è un minorante, per provare che
basta verificare che per ogni
esiste
con
Infatti, ogni numero maggiore di è maggiore di almeno un elemento di
e quindi non è un minorante. Se
si ha anche
. Se
, gli elementi a destra di
si avvicinano a esso arbitrariamente e dunque
. Per il supremum si ragiona con i maggioranti. Se
è un maggiorante, si cerca per ogni
un
con
. Il massimo esiste quando
. Per l’insieme in figura si ha
senza minimo, mentre
.
Operazioni tra insiemi e insiemi infiniti
L’uguaglianza per l’unione si vede anche dal lato dei punti esclusi. Se un punto è fuori da entrambi i derivati, si può prendere il minore dei due raggi che escludono gli altri punti di ciascun insieme. L’intersezione può eliminare tutti i punti che si avvicinano a un certo . Per esempio,
e
hanno
come punto di accumulazione comune, mentre la loro intersezione è vuota.
La limitatezza è essenziale per la conclusione generale. Negli esercizi si cercano punti in . Quando si passa esplicitamente alla retta reale estesa,
è di accumulazione per un insieme illimitato superiormente e
per un insieme illimitato inferiormente.
Testi degli esercizi
Intervalli, insiemi finiti e primi esempi
Svolgimento
Se , la più piccola tra le tre distanze
,
e
è positiva. Un intorno di
di raggio pari alla metà di questa distanza è disgiunto da
. Nessun punto esterno appartiene alla chiusura. Ne segue che
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