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1Introducci´on EnnisRosas CarlosCarpintero α -S-LocallyFinitePropertyis α -Semi-Open TheIntersectionofanArbitraryFamilyofOpenSubsetswiththe α -S-LocalmenteFinitaes α -Semiabierta LaIntersecci´onArbitrariadeunaFamiliadeSubconjuntosAbiertosconlaPropiedad

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La Intersecci´ on Arbitraria de una Familia de Subconjuntos Abiertos con la Propiedad

α-S-Localmente Finita es α-Semiabierta

The Intersection of an Arbitrary Family of Open Subsets with the α-S-Locally Finite Property is α-Semi-Open

Carlos Carpintero

([email protected])

Ennis Rosas

([email protected]) Departamento de Matem´aticas.

Universidad de Oriente. N´ucleo de Sucre.

Cuman´a. Venezuela.

Resumen

En este trabajo buscamos condiciones necesarias y suficientes para que la intersecci´on arbitraria de conjuntos abiertos seaα-semiabierta.

Palabras y frases clave: α-semiabierto, propiedadα-SLF, operador estrella.

Abstract

In this work we look for a necessary and suficient condition in order that the arbitrary intersection of open sets isα-semi-open.

Key words and phrases: α-semi-open,α-SLF property, star opera- tor.

1 Introducci´ on

Despu´es de los trabajos de Levine [4], una gran cantidad de matem´aticos cen- traron su atenci´on en la generalizaci´on de conceptos topol´ogicos, considerando conjuntos semiabiertos en lugar de los conjuntos abiertos usuales. La noci´on de operador fu´e introducida posteriormente por Kasahara en [1]. Rosas y Vielma en [2] introducen el concepto de conjunto α-semiabierto, el cual ge- neraliza las nociones anteriormente citadas y observaron que la intersecci´on

Recibido 1999/04/06. Revisado 1999/09/17. Aceptado 2000/04/01.

MSC (2000): Primary 54A05; Secondary 54A10, 54D10.

(2)

de dos conjuntosα-semiabiertos no es necesariamenteα-semiabierta. En este trabajo se plantean ciertas condiciones a un operadorαpara obtener condicio- nes necesarias y suficientes para que la intersecci´on (resp. uni´on) arbitraria de conjuntos abiertos (resp.cerrados) sea α-semiabierta (resp. α-semicerrada).

2 Operadores asociados y conjuntos α-semiabiertos

A continuaci´on daremos una serie de definiciones y teoremas que son nece- sarios para el desarrollo del trabajo. P(X) denotar´a la familia de partes del conjunto X.

Definici´on 1 ([2]). Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico. Una funci´onαdeP(X) en P(X) se dice que es un operador asociado con Γ si satisface la siguiente propiedad: U ⊆α(U) para todoU ∈Γ.

Observemos que el dominio de un operador es todoP(X) y no solamente los conjuntos abiertos, como originalmente lo define Kasahara en [1].

Ejemplo 1. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico. Entoncesα, β:P(X)→P(X) dados por α(A) = A, β(A) = cl(A) para todo A ∈ P(X) son operadores asociados a Γ en el sentido de la definici´on anterior, denominados identidad y clausura respectivamente.

Ejemplo 2. Sean X ={a, b, c}, Γ = {∅, X,{a},{b},{a, b}}y α: P(X) → P(X) dado por α(A) =f r(A)c para A∈P(X). Entoncesαes un operador asociado a Γ.

Observe que: α(A) =

X siA∈ {∅, X},

{a, b} siA∈P(X)− {∅, X}.

Ejemplo 3. Sea Rcon la topolog´ıa usual, Entonces α:P(R)→ P(R) dado por:

α(A) =



A si 0∈A cl(A) si 0∈/ A6=∅ {1} siA=∅ es un operador asociado a la topolog´ıa usual de R.

Ejemplo 4. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yα:P(X)→P(X) un operador asociado a Γ. SiV es un subconjunto deX distinto del vac´ıo, arbitrario pero fijo, entonces β : P(X) → P(X) dado por β(A) = α(A)∪V para todo A∈P(X) es un operador asociado a Γ distinto deα.

(3)

Definici´on 2 ([2]). Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yαun operador aso- ciado con Γ. Un subconjunto AdeX esα-semiabierto si existe un conjunto abierto U ∈ Γ tal que U ⊆A ⊆ α(U). Un subconjunto A de X se dice α- semicerrado si el complemento deAes un conjuntoα-semiabierto. α-SO(X) denotar´a la colecci´on de todos los conjuntosα-semiabiertos deX.

Definici´on 3. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yαun operador asociado con Γ. Decimos que un subconjunto AdeX es unaα-semivecindad de un punto x∈X,si existeO∈α-SO(X) tal quex∈O⊆A.

Observemos que la definici´on 2 generaliza la noci´on de conjunto semi abier- to dado por Levine en [4], en el sentido que los conjuntos semiabiertos seg´un Levine son conjuntos clausura semiabiertos. Cuando el operadorαes la iden- tidad, entonces los conjuntos α semiabiertos son justamente los conjuntos abiertos. Adem´as para un operadorαarbitrario todo conjunto abierto esα- semiabierto, esto es, Γ⊆α-SO(X). Observemos tambi´en que la definici´on 3 generaliza la noci´on usual de vecindad de un punto, ya que cuandoαes el ope- rador identidad, la definici´on anterior coincide con la definici´on de vecindad.

Tambi´en podemos notar que cuandoαes el operador clausura, la definici´on anterior coincide con la definici´on dada en [3].

Cabe destacar que en general la intersecci´on arbitraria de una familia de conjuntosα-semiabiertos (resp. abiertos) no necesariamente esα-semiabierta (resp. abierto). Los ejemplos siguientes ilustran ciertas situaciones interesan- tes.

Ejemplo 5. Anteriormente observamos que Γ⊆α-SO(X). Veremos que en general la inclusi´on es estricta. SiX ={a, b, c}, Γ ={∅, X,{a},{b},{a, b}}y αes el operador clausura asociado a Γ, entoncesA={a, c} esα-semiabierto, pues {a} ⊆A⊆α({a}), peroA /∈Γ.

Ejemplo 6. Con respecto al operador descrito en el ejemplo 2, observe que α(∅) = X, luego P(X) =α-SO(X), en este caso A = {a, c} y B = {b, c} est´an enα-SO(X), peroA∩B={c}∈/ Γ, asi la intersecci´on de conjuntos α semiabiertos no es abierta.

Ejemplo 7. En relaci´on al ejemplo 3, n´otese que {(−1/n,1/n) : n ∈ Z+} es una colecci´on de conjuntos abiertos cuya intersecci´on no esα-semiabierto, puesT∞

n=1(−1/n,1/n) ={0}y el ´unico conjunto abierto contenido en{0}es el conjunto vac´ıo, luego si {0} ∈ α-SO(R) entonces∅⊆ {0} ⊆α(∅) = {1}, lo cual es imposible. As´ıT∞

n=1(−1/n,1/n)∈/ α-SO(R).

Ejemplo 8. Sea X un espacio topol´ogico de Hausdorff y A un subconjun- to finito de X. Consid´erese un operador β definido como en el Ejemplo 4.

(4)

Entonces α-SO(X) ⊂ β-SO(X). Adem´as la contensi´on es estricta, pues el conjunto Aesβ-semiabierto pero noα-semiabierto.

En la siguiente definici´on se introducen propiedades de un operador asocia- do a una topolog´ıa las cuales traen consecuencias muy ´utiles en este trabajo.

Definici´on 4. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yαun operador asociado a Γ.

Decimos queαes un operadorestrella si satisface la siguiente propiedad: para todo parU, V de conjuntos abiertos en Γ se tiene queα(U)T

V ⊆α(UT V).

Definici´on 5. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yαun operador asociado a una topolog´ıa Γ. Decimos que αes un operador mon´otono si para todo par U, V de conjuntos abiertos en Γ tales queU ⊆V ocurre queα(U)⊆α(V).

Ejemplo 9. En relaci´on con el ejemplo 4, observe que si el operador α es mon´otono (resp. estrella) entonces el operadorβ es mon´otono (resp. estrella).

Los operadores: identidad y clausura son mon´otonos y estrella, mientras que el operador αdefinido por α(V) = f r(V)c, para V ∈Γ, donde f r(V) es la frontera de V, es estrella y no es mon´otono.

Ejemplo 10. Sea X = {a, b, c}, Γ = {∅, X,{a},{b},{a, b},{a, c}} y β el operador definido como sigue:

β(A) =

A sib /∈A cl(A) sib∈A

Observe que β es un operador mon´otono, el cual no es estrella, ya que si tomamos V ={a, b} y U = {a, c}, entonces β(U ∩V) =β({a}) = {a} y β(V)∩U =X∩ {a, c}={a, c}

Observe que seg´un lo visto en estos dos ´ultimos ejemplos, la noci´on de operador estrella y de operador mon´otono son nociones dis´ımiles.

En [2] se estudian y caracterizan los operadores mon´otonos y se prueba que si un operador αes mon´otono entonces la uni´on de conjuntosα-semiabiertos esα-semiabierta. Usando este hecho podemos demostrar el siguiente teorema.

Teorema 1. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico y α un operador mon´otono asociado con Γ. Un subconjunto H de X es αsemiabierto si y solo si H es una α-semivecindad de cada uno de sus puntos.

Demostraci´on. Sup´ongase queHes unaα-semivecindad de cada puntox∈H.

Esto significa que para cada x∈H existeOx∈α-SO(X) tal que x∈Ox ⊂ H. Por lo tanto, como α es mon´otono, H = S

x∈HOx es α-semiabierto.

El siguiente teorema caracteriza a los conjuntos α-semiabiertos, cuando el operador es mon´otono.

(5)

Teorema 2. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico y α un operador mon´otono asociado con Γ. Un subconjunto A de X es α semiabierto si y s´olo si A ⊆ α(int(A)).

Demostraci´on. Supongamos que A es un conjunto α-semiabierto, entonces existeU ∈Γ tal queU ⊂A⊂α(U), esto implica queA⊆α(int(A)).

Rec´ıprocamente, siA⊆α(int(A)), entonces tomandoU =int(A) obtene- mos queU ⊂A⊂α(U) y as´ıA es un conjuntoα-semiabierto.

Teorema 3. Sean(X,Γ)un espacio topol´ogico,αun operador mon´otono aso- ciado conΓy Aun subconjunto α-semiabierto deX. Si B es un subconjunto deX tal queA⊆B⊆α(int(A)), entoncesB es un conjuntoα-semiabierto.

Demostraci´on. Como A ⊆ B, entonces α(int(A)) ⊆ α(int(B)), luego B ⊆ α(int(B)), ahora usando el teorema anterior el resultado sigue.

Definici´on 6. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico y α un operador asociado con Γ. Decimos queαes un operadoridempotente siα2=α.

Ejemplo 11. Sea X = {a, b, c}, Γ = {∅, X,{a},{b},{a, b},{a, c}} y β el operador definido por:

β(A) =

A sib∈A cl(A) sib /∈A Es f´acil observar queβ es un operador idempotente.

El siguiente teorema nos da una relaci´on estrecha entre operadores mon´oto- nos, operadores idempotentes y conjuntosα-semiabiertos.

Teorema 4. Sean (X,Γ) un espacio topol´ogico, α un operador mon´otono e idempotente asociado con Γ y A un conjunto α-semiabierto. Si B es un subconjunto de X tal que A ⊆ B ⊆ α(A), entonces B es un conjunto α- semiabierto.

Demostraci´on. Supongamos que A ⊆ B ⊆ α(A). Luego int(A) ⊆ int(B) y como α es mon´otono, se tiene que α(int(A)) ⊆ α(int(B)). Ahora usan- do el hecho de que A es un conjunto α-semiabierto, obtenemos que A ⊆ α(int(A))⊆α(int(B)), peroαes idempotente, as´ıα(A)⊆α(int(B)). Luego B ⊆α(int(B)) y as´ıB es un conjuntoα-semiabierto.

Es de observar que, en general, la intersecci´on de un conjunto abierto con un conjuntoα-semiabierto no es un conjuntoα-semiabierto, como lo indica el siguiente ejemplo.

(6)

Ejemplo 12. SeaRel conjunto de los n´umeros reales dotado de la topolog´ıa usual, y definamosαcomo sigue:

α(A) =

cl(A) si 0∈A, A si 0∈/ A.

N´otese que el intervalo [−1,1] es un conjunto α-semiabierto y (0,2) es un conjunto abierto, luego [−1,1]∩(0,2) = (0,1] no es un conjuntoα-semiabierto.

Estamos interesados en buscar condiciones para las cuales se cumpla que la intersecci´on de un conjunto abierto con un conjuntoα-semiabierto sea α- semiabierto. Observe que el operador definido en el ejemplo anterior es dis- tinto del operador clausura como tambi´en del operador iidentidad, adem´as, este operador no es un operador estrella. El siguiente teorema nos da una condici´on necesaria que debe satisfacer el operadorαpara que la intersecci´on de un conjunto abierto con un conjunto α-semiabierto sea α-semiabierto. Es de observar que dicho teorema generaliza el resultado dado en [3].

Teorema 5. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico y αun operador estrella aso- ciado con Γ.Si A∈Γ y O∈α-SO(X), entoncesO∩A∈α-SO(X).

Demostraci´on. Por hip´otesis O ∈ α-SO(X), entonces existe U ∈ Γ tal que U ⊆O⊆α(U),luegoU∩A⊆O∩A⊆α(U)∩A⊆α(U ∩A) ya queαes un operador estrella, peroU∩A∈Γ. Esto nos indica queO∩A∈α-SO(X).

En la siguiente secci´on estudiamos una generalizaci´on de la propiedad de la intersecci´on finita, considerando conjuntos α-semiabiertos, la cual jugar´a un papel importante para obtener el resultado buscado en este trabajo.

3 Propiedad α-s-localmente finita

Definici´on 7. Sea (X,Γ) un espacio topol´ogico yαun operador asociado con Γ. Decimos que una familia{Ai}i∈I de subconjuntos deX tiene la propiedad α-S-localmente finita, denotada por α-SLF, si para cada x ∈ X existe una α-semivecindad Ox de x tal que Ox∩Ai =∅ para todo i ∈ I excepto un n´umero finito.

Como comentario a la definici´on anterior podemos decir que una familia {Ai}i∈I tiene la propiedadα-SLF enx, si existe unaα-semivecindadOxdex y un subconjunto finito Ω0 deI, tal que Ox⊂T

i∈I−Ω0Aci.

Observe que cuando α es el operador identidad la propiedad α-SLF es equivalente a la propiedad localmente finita estudiada en topolog´ıa general y

(7)

cuandoαes el operador clausura, la propiedadα-SLF es equivalente a la dada por Caldas.

Definici´on 8. Sea (X,Γ) un espacio top´ologico y α un operador asociado con Γ. Una familia {Ai}i∈I de subconjuntos de X tiene la propiedad α-S- localmente finita relativa a un subconjunto T de X si esta familia tiene la propiedadα-SLF en cada punto deT.

El siguiente teorema da una condici´on de equivalencia para que la inter- secci´on de conjuntos abiertos sea α-semiabierto en t´erminos de la propiedad α-SLF.

Teorema 6. Sea (X,Γ) un espacio top´ologico y α un operador estrella y mon´otono asociado conΓ.Una condici´on necesaria y suficiente para que la in- tersecci´on de una familia {Ai}i∈I de subconjuntos abiertos seaα-semiabierta es que la familia {Aci}i∈I tenga la propiedad α-SLF relativa al subconjunto A=T

i∈I Ai.

Demostraci´on. (Suficiencia) Sup´ongase que la familia{Ai}i∈I tiene la propie- dad α-SLF relativa al subconjunto A = T

i∈I Ai, donde Ai ∈ Γ. Conside- remos x ∈ A. Por hip´otesis existe un subconjunto finito Ω0 de I y una α- semivecindadOxdextal queOx⊂T

i∈I−Ω0Ai. LuegoU =Ox∩(T

i∈Ω0Ai)⊂ (T

i∈I−Ω0Ai)∩(T

i∈Ω0Ai) =A.

Observe que T

i∈Ω0Ai ∈ Γ y Ox ∈ α-SO(X). Como α es un operador estrella, concluimos queU esα-semiabierto y as´ıAes unaα-semivecindad de cadax∈A; peroαes mon´otono, as´ı queA esα-semiabierto.

(Necesidad) Sup´ongase que A = T

i∈I Ai es α-semiabierto, entonces Ac = S

i∈IAci esα-semicerrado. SeaV =A, entonces V es unaα-semivecindad de cada uno de sus puntos tal queV∩Ac=∅. ComoV∩Ac=V∩(S

i∈ΩAci) = S

i∈Ω(V ∩Aci) obtenemos queV ∩Aci =∅para todoi∈I,esto nos dice que la familia{Aci}i∈I satisface la propiedadα-SLF en cada punto deA.

Ejemplo 13. N´otese que{(−1/n,1/n) :n∈Z+}es una colecci´on de conjun- tos abiertos en la topolog´ıa usual deRcuya intersecci´on es un conjunto cerra- do, puesto queT∞

n=1(−1/n,1/n) ={0}. Siαes definido porα(V) =f r(V)c, para V abierto en la topolog´ıa real, dondef r(V) denota la frontera deV, se observa que el ´unico conjunto abierto contenido en{0} es el conjunto vac´ıo, luego ∅⊆ {0} ⊆α(∅) =R y as´ı{0} ∈α-SO(R), adem´as esta colecci´on no satisface la propiedadα-SLF.

Corolario 1. Sea (X,Γ) un espacio top´ologico y α un operador estrella y mon´otono asociado con Γ. Una condici´on necesaria y suficiente para que la

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uni´on de una familia {Ai}i∈I de subconjuntos cerrados sea α-semicerrada es que la familia {Aci}i∈I tenga la propiedad α-SLF relativa al subconjunto D= (S

i∈I Ai)c.

Demostraci´on. Aplique el teorema anterior.

Observe que la condici´on de que α sea un operador mon´otono no pue- de ser omitida en los dos ´ultimos resultados, porque exactamente es ´esta la condici´on que se necesita para asegurar que la uni´on arbitraria de conjuntos α-semiabiertos seaα-semiabierta.

Finalmente daremos un ejemplo de un operador estrella y mon´otono di- ferente de los operadores identidad y clausura. Observe que el operador α definido por α(V) = f r(V)c es un operador estrella pero no es mon´otono.

Ahora consideremos un espacio topol´ogico de Hausdorff X y seaA un sub- conjunto finito de X. El operadorαdefinido porα(V) =A∪Cl(V) para V abierto enX, dondeCl(V) denota la clausura deV, es un operador mon´otono y estrella. SO(X) ⊂α-SO(X), A es un conjunto α-semiabierto pero no es semiabierto.

Referencias

[1] Kasahara, S. Operations-Compact Spaces, Mathematica Japonica 24 (1979), 97–105.

[2] Rosas, E., Vielma, J., Carpintero, C., α-Semi Connected and Locally α- Semi Connected Properties in Topological Spaces, submitted.

[3] Caldas C., M. La Intersecci´on Arbitraria de una Familia de Subconjun- tos Abiertos con la propiedad S Localmente Finita es Semi-Abierta, PRO MATHEMATICA, Vol X Nos. 19-20 (1996), 35–42.

[4] Levine, N. Semi-Open Sets and Semi-Continuity in Topological Spaces, Amer. Math. Monthly70(1963), 36–41.

参照

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