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Sei X = \(\mathbb{R}\) und \(\tau\) := { \(\emptyset\) } \(\cup\) { G \(\subseteq\) \(\mathbb{R}\) : X\G ist endlich } die Topologie der ko-endlichen Mengen. Finde eine kompakte Teilmengen K\(\subseteq\) X, die nicht angeschlossen ist.

Lösungsskizzse:
 Sei A:= [0,1]. A ist nicht abgeschlossen, da A^{c}\(\notin\) \(\tau\). Dass Komplement von A muss ja eigentlich offen sein und somit eine Topologie, also diesen Teil verstehe ich erstmal nicht. Dann wird gezeigt, dass A kompakt ist. Sei U=(U_{i})_{i\(\in\)J} eine offene Überdeckung von A. Das wäre dann z.B. ]-2,-1,0,1,2[. Sei U_{0} \(\in\)U beliebig. Es folgt, dass A\U_{0}endlich ist : A\U_{0} ={x_{i},...x_{n} }. Wir wählen U_{i} \(\in\)U so,dass x_{i} \(\in\)U_{i}. Ist mir zumindest einigermassen klar. Jetzt ist U_{{0}  \(\cup\)  U_{i=1}^{n} U_{i} eine endliche offene Teilüberdeckung von A.(Wir haben keine Eigenschaften von[0,1] benützt. Jede Teilmenge von X ist in der Tat kompakt. Ich habe dazu in der Bibliothek im Mathe Institut nach topologischen Erkentnissen gesucht, leider nichts gefunden. Dann habe ich einen Mathe Studenten, der kurz vorm Bachelor steht und eigenen Aussagen die Masstheorie ganz gut überstanden hatte. Er konnte sich nur daran erinnern, dass erso eine ähnliche Aufgabe mal hatte und sie auch nicht lösen konnte. Die ko-endliche Mengen werden ja in der Aufgabe beschrieben. Ich kann damit trotzdem nichts anfangen und das mit dem Intervall, das nicht abgeschlossen sei, ist mir auch nicht klar. Ganz nebenbei, das Latex funktioniert bei mir hier nicht immer, an der Fernuni hingegen klappt es?.
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Wenn LaTeX hier nicht geht, sind Fehler im Code.   ─   cauchy 11.10.2022 um 21:34

Da habe ich aber schon so ziemlich alles versucht.   ─   atideva 11.10.2022 um 21:37

Ich benütze keine Dollarzeichen. Hier sollte es ja wie folgt sein, aber erst letzteres funktioniert \( ..)\ \(\...\) und
eine Hochzahl wird ja so geschrieben a^{n} bzw. ein Laufindex a_{i=1}.?
  ─   atideva 11.10.2022 um 21:51

Ich muss einen Schrägstrich von links oben nach rechts unten machen, dann eine ( Klammer plus \ , der Schluss dann so wie er sein soll. Die Hochzahlen sowie der Laufindex haben mal zwischendurch funktioniert, aber jetzt nicht mehr. Ich weiß nicht woran das liegen könnte.   ─   atideva 11.10.2022 um 21:55

An zesty gerichtet, dass scheint jetzt doch deutlich in Richtung Topologie zu gehen, denn diese Erklärung von dir habe ich jetzt im Internet etwas ausführlicher gefunden, aber klar ist mir das noch nicht, leider. Ich wünschte mir eher das Gegenteil. Und jetzt an mikn : Ich weiß nicht was " Zeichenkette ohne einrahmende Steuerzeichen" sein soll.   ─   atideva 11.10.2022 um 22:22

Diese Definition ist mir nicht klar,   ─   atideva 11.10.2022 um 22:31

Mir ist die Definition von Offenheit, Abgeschlossenheit und Kompaktheit nicht klar. Eine andere Definition habe ich heute zu diesem Thema von dir nicht gelesen. Und du hast erwähnt, dass ich ohne Topologie hier nicht klar komme. Das was ich von Topologie bis jetzt weiß, ist z.B. dass die Potenzmenge die kleinste Topologie ist. ..Die Topologie besteht aus offenen Mengen, .. nicht nur. Literatur sowie Skripte über Topologie haben mir dabei bis jetzt zumindest noch nicht weitergeholfen. Aktuell läuft an der Uni Köln eine Vorlesung Elementare Differentialgeometrie, da düfte schon viel Topologie dabei sein. Diese Aufgabe war zu Beginn von Ana3 , aber natürlich hat jeder Dozent so seine Note. Ich gehe aber davon aus, dass ich da noch Licht in die Sache bekomme.   ─   atideva 11.10.2022 um 23:39

An zesty, da ich diese Aufgabe von einer Vorlesung Ana 3 der Lmu in Mümchen vom WiSe 18/19 habe, die mir jetzt keine Ruhe lässt, habe ich natürlich auch im selben Kurs an der Fernuni diese Fragen zu dieser Aufgabe gestellt. Da konnte man mir nicht richtig antworten, da es den Bereich der Masstheorie dort sprengen würde und Teil einer Topologie Vorlesung ist. Die wird allerdings erst wieder im SoSe angebotenIch habe mir zwar jetzt eine Leseprobe davon heruntergeladen, allerdings sind dabei keine Musterlösungen angegeben, die nicht immer, aber manchmal nützlichsein können. Meine Frage ist jetzt, kannst Du mir eventuell einen Skript oder Buch nennen, wo ich mich auch einlesen könnte um unter anderem auch diese Aufgabe zu verstehen. Die Fernuni meinte noch, dass die Topologie aus der Aufgabe keine Standardtopologie sei   ─   atideva 13.10.2022 um 12:53

Das habe ich bei der Menge von X = {1,2,3} schon mal aufgeschrieben, und von dieser Menge dürften es ein paar hundert Topologien sein. Mag sein, dass sich der Kursbetreuer für Masstheorie bei der Fernuni etwas übertrieben ausgedrückt hat.   ─   atideva 13.10.2022 um 15:55

In der Tat wäre es wohl eine "Strafarbeit", ALLE Topologien auf $X=\{1,2,3,4\}$ aufzuschreiben, wenn man bedenkt, dass bereits $X=\{1,2,3\}$ die stolze Zahl von 29 Topologien besitzt (wenn https://www.mathi.uni-heidelberg.de/~end/EinfTop/Loespdf/LB02.pdf richtig liegt). Wichtiger als ALLE Topologien auf irgendeiner Menge zu finden, finde ich, überhaupt Beispiele für Topologien zu finden.   ─   tobit 13.10.2022 um 16:14

Da gebe ich die vollkommen recht und bei Beispielen für Topologien käme ich zunächst ins Schwitzen. Jetzt aber noch was anderes, laut zesty , reicht offenbar die Topologie von Ana 1 für diese Aufgabe aus. Jetzt habe ich aber dazu mal eine grundsätzliche Frage. Topologie ist ja die Lehre von Punktmengen, so lautet auf jeden Fall eine Erklärung dafür. Was genau ist beginnend bei Ana1 die Topologie und wo fängt dann die mengentheoretische Topologie an, sofern man das mit halbwegs einfachen Worten erklären kann. Ich mache mir jetzt auch etwas Gedanken über die Aussage des Betreuers und eine mögliche Begründung von ihm.   ─   atideva 13.10.2022 um 16:24

Jetzt habe ich doch noch vergessen, auf eine Frage zu antworten. Wenn jetzt von offenen, und abgeschlossenen Mengen die Rede ist, dann fallen mir zunächst nur Intervalle dazu ein. und wenn ich Grenzwerte berechnen muss. Welche Kriterien für offene bzw. abgeschlossene Mengen grundsätzlich gelten ist mir nicht klar. Ich habe in Wikipedia soeben gelesen, das die rationalen Zahen, bzgl. der Addition, Muliplikation, Subraktion und Division(außer durch null) abgeschlossen sind. Der Grund ist mir nicht klar.   ─   atideva 13.10.2022 um 16:36

(Bei mir kamen die hier nötigen topologischen Grundbegriffe in Analysis II dran, wobei der Schwerpunkt dort auf metrischen Räumen lag.)   ─   tobit 13.10.2022 um 16:43

Wenn man Intervalle reeller Zahlen als offen oder abgeschlossen bezeichnet, meint man meist, dass sie bezüglich der "üblichen" Topologie auf den reellen Zahlen offen bzw. abgeschlossen sind. Aber bereits bezüglich dieser "Standardtopologie" gibt es zahlreiche weitere offene und abgeschlossene Mengen, die keine Intervalle sind.
In der vorliegenden Aufgabe geht es um eine andere Topologie, bezüglich der z.B. das Intervall $[0,1]$ NICHT abgeschlossen ist.
Wie zesty schon schrieb: offene Mengen einer Topologie $\tau$ sind einfach die Elemente von $\tau$ und abgeschlossene Mengen bezüglich einer Topologie $\tau$ sind die Komplemente von Mengen aus $\tau$.
Abgeschlossenheit algebraischer Verknüpfungen ist etwas anderes als Abgeschlossenheit von Teilmengen eines topologischen Raumes.
  ─   tobit 13.10.2022 um 16:55

Und genau diese Sache mit dem Intervall [0,1] das NICHT abgeschlossen ist, weil das Komplement nicht \(\notin\) \(\tau\), das verstehe ich nicht. Mir ist zumindest aktuell nicht klar, wie ich das mit dem Wissen von metrischen Räumen und inneren Punkten sowie Rand.. verstehen kann oder verstehen müsste, das ist der Bereich der Topologie, die ich aus Ana 2 noch in Erinnerung habe. Ich weiß auch nicht, um welche Topologie es sich hierbei handelt, das ist mir ebenfalls nicht klar.   ─   atideva 13.10.2022 um 17:43

Dass du nichts verstehst, liegt daran, dass du die Definitionen nicht kennst/unterscheiden kannst. Im Wikipedia-Artikel zu "offene Menge" kann man nachlesen, wie offene Mengen im Euklidischen Raum, metrischen Räumen und topologischen Räumen zu verstehen sind. Mit sowas fängt man grundsätzlich erst einmal an. Dort steht dann auch, dass die Elemente einer Topologie $\tau$ offene Mengen des topologischen Raums $(X,\tau)$ heißen. Die Topologie $\tau$ ist angegeben. Deswegen stellt sich mir die Frage, warum dir nicht klar ist, um welche Topologie es sich handelt, wenn sie explizit angegeben ist.   ─   cauchy 13.10.2022 um 19:48

Jede Metrik auf einer Menge $X$ induziert eine Topologie auf $X$, aber nicht jede Topologie ist von dieser Form. Die vorliegende Aufgabe hat nichts mit einem metrischen Raum zu tun, sondern nur mit einer Topologie.   ─   tobit 13.10.2022 um 20:21
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Hallo atideva,

"Dass Komplement von A muss ja eigentlich offen sein"
Hier verstehe ich nicht, was du genau meinst. Wieso muss das Komplement von $A$ offen sein?
Wenn $A$ abgeschlossen wäre (bezüglich der gegebenen Topologie $\tau$), müsste das Komplement $A^c=\mathbb{R}\setminus A$ von $A$ offen sein (bezüglich der gegebenen Topologie $\tau$), d.h. es müsste $A^c\in\tau$ gelten, also $A^c=\emptyset$ oder $X\setminus A^c$ endlich sein. Offenbar gilt aber weder $A^c=\emptyset$ (denn es gilt z.B. $2\in A^c$) noch ist $X\setminus A^c=(A^c)^c=A$ endlich. Also ist $A$ nicht abgeschlossen (bezüglich $\tau$).

"und somit eine Topologie"
Wenn ich dich richtig verstehe, meinst du, das Komplement von $A$ sei eine Topologie? Das ergibt schon deshalb nicht sonderlich viel Sinn, weil das Komplement von $A$ eine Menge von Zahlen und keine Menge von Mengen ist. Richtig wäre, dass $\tau$ eine Topologie ist.

"Sei U=(U_{i})_{iJ} eine offene Überdeckung von A. Das wäre dann z.B. ]-2,-1,0,1,2[."
Ich weiß nicht, was du mit der Notation ]-2,-1,0,1,2[ meinst.
Aber ich kann mir nicht vorstellen, dass das eine offene Überdeckung von $A$ sein kann: Was soll bei dir $J$ sein und was die offenen Mengen $U_i$ für $i\in J$?

"Ist mir zumindest einigermassen klar."
Ist dir klar, was mit $U_0\in U$ gemeint ist?
Ist dir klar, warum ein $U_0\in U$ existiert? (Hier geht ein, dass $A\neq\emptyset$ ist. Die spätere Aussage aus der "Lösung", dass keine Eigenschaften von $A$ benutzt wurden, stimmt also nicht ganz.)
Die Behauptung aus der "Lösung", dass $A\setminus U_0$ endlich sei, stimmt nur im Falle $U_0\neq\emptyset$. (Abhilfevorschlag: Wir überlegen uns, dass ein $U_0\in U$ mit $U_0\neq\emptyset$ existiert und wählen gleich ein solches $U_0$.)
Ist dir klar, warum $A\setminus U_0$ im Falle $U_0\neq\emptyset$ endlich ist?
Ist dir klar, dass jede endliche Menge die Gestalt $\{x_1,\ldots,x_n\}$ für ein $n\in\mathbb{N}_0$ und gewisse Objekte $x_1,\ldots,x_n$ hat?
Ist dir klar, dass für $i=1,\ldots,n$ jeweils ein $U_i\in U$ mit $x_i\in U_i$ existiert?

Dass $U_0\cup\bigcup_{i=1}^nU_i$ eine offene (Teil-)Überdeckung von $A$ ist, muss man nachprüfen.

Ist dir eigentlich klar, was eine offene Überdeckung ist?

Wenn nein, wäre es sinnvoll gewesen, direkt danach zu fragen!
Statt "ist mir einigermaßen klar" wären konkretere Rückfragen (z.B. Wie ist ... gemeint? / Warum gilt ....?) hilfreich.

Viele Grüße
Tobias
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Hallo Tobias, ich habe jetzt Antwort etwas genauer durchgelesen. Ich glaube bei mir lichtet sich das ganze langsam. Es kann aber durchaus sein, dass ich morgen noch mit 1-2 Fragen durchkomme. Ich musste heute nachmittag erstmal ca 10 km laufen um hier wieder etwas klarer denken zu können.
Ich wünsche euch noch einen schönen Abend.
  ─   atideva 13.10.2022 um 19:39

Jetzt melde ich mich doch nochmal. Was Wikipedia angeht, ich habe erst jetzt, nach nochmaligem Durchlesen der Antwort von Tobias das ganze etwas,- wobei die Betonung auf etwas genauer liegt -verstanden. Es ist möglich, aber nicht sicher, dass ich jetzt den Artikel über offene Mengen in Wikipedia besser verstehen. Wie gesagt, sofern es da noch Unklarheiten bei mir gibt, werde ich mich nochmal hier zu Wort melden.   ─   atideva 13.10.2022 um 20:08

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