Лема Лебега у теорії метричних просторів стверджує, що для будь-якого відкритого покриття
компактного метричного простору
існує число
таке, що будь-яка підмножина діаметра
в
міститься хоча б в одному елементі покриття
.
Таке число
називається числом Лебега покриття
.
Для некомпактних метричних просторів це твердження не є вірним, можливо навіть побудувати двоелементне покриття дійсної прямої, для якого немає жодного числа Лебега.
Доведення
Нехай
— відкрите покриття простору
. Оскільки
є компактним простором можна вважати покриття скінченним з елементами
.
Якщо якась із множин
є рівною
то будь-яке число
буде числом Лебега.
В іншому випадку для кожного
, позначимо
і ці множини будуть непорожніми. Введемо функцію
визначену як
.
Функція
є неперервною на компактній множині і тому набуває свого мінімального значення
. Образ
як образ компактної множини при неперервному відображенні, теж є компактною, а тому і замкнутою множиною. Оскільки
то
. Нехай число
.
Якщо
є підмножиною
діаметру
, то існує
, така що
, де
позначає кулю радіуса
з центром у точці
(за
можна обрати будь-яку точку множини
). Оскільки
то хоча б для одного
виконується нерівність
. Але це означає, що
і тому
.
Див. також
Література
- Maunder, Charles Richard Francis (1980), Algebraic topology, Cambridge University Press, ISBN 9780521231619