闭开集

在拓扑学中，闭开集（英語：Clopen set）是拓扑空间中既是开集又是闭集的集合。雖然既「開」又「閉」的定義有些反直覺，但數學上開集與閉集的定義並不互斥。

如同拓撲學家詹姆士·雷蒙·芒克勒斯在他的書中所描述的，集合和門不同的是，「集合可以是打開的(open)，也可以是闔上的(closed)，或者既打開又闔上，又或是既不打開又不闔上！」強調現實中門的開閉與集合的開閉定義無關。

例子

• 對任何拓扑空间$X$，空集和整个空间$X$都是闭开集，有時稱它們為平凡閉開集。
• 存在非平凡閉開集。例如，離散空間的任意子集都是閉開集。
• 考虑由两个区间$[0,1]$和$[2,3]$的并集构成的空间$X$。在$X$上的拓扑是从实直线$\mathbb {R}$上的正常拓扑继承来的子空间拓扑。在$X$中，集合$[0,1]$和$[2,3]$都是闭开集。这是非常典型的例子：只要空间是由有限数目个不相交连通单元以这种方式构成的，这些单元就是闭开集。
• 不太常见的例子，考虑所有有理数的空间$\mathbb {Q}$带有它们的正常拓扑，和平方大于2的所有正有理数的集合$A$。利用${\sqrt {2}}$不在$\mathbb {Q}$中的事实，可以非常容易的证明$A$是$\mathbb {Q}$的闭开子集。（还要注意$A$不是实直线$\mathbb {R}$的闭开子集；它在$\mathbb {R}$中既不是开集也不是闭集。）

性质

• 拓扑空间$X$连通当且仅当$X$中僅有的闭开集是空集和$X$本身。
• 集合是闭开集，当且仅当它的边界是空的。
• 任何闭开集是（可以无限多）连通单元的并集，它的逆命題不成立，因為連通單元一般不是開集。
• 如果$X$的所有连通单元是开集（例如，如果$X$只有有限多个单元，或者$X$是局部连通的），则集合是$X$中的闭开集，当且仅当它可以表示為连通单元的并集。
• 拓扑空间$X$是离散的，当且仅当所有它的子集都是闭开集。
• 使用并集和交集作为运算，给定拓扑空间$X$的闭开子集形成一个布尔代数。“所有”布尔代数都可以按这种方式从适合的拓扑空间获得：参见Stone布尔代数表示定理。

参见

• 开集
• 闭集
• 門空間

參考文獻

• James R. Munkres