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Notazioni e definizioni preliminari

Ricordiamo il significato di alcune notazioni. Dati due numeri reali $a$ e $b$ (con $a$ minore) definiamo:

  • $(a,b):=\{x \in \mathbb{R} \,:\,a< x< b \}$ "intervalo aperto"
  • $[a,b]:=\{x \in \mathbb{R} \,:\,a\leq x \leq b \}$ "intervalo chiuso"
  • $[a,b):=\{x \in \mathbb{R} \,:\,a\leq x < b \}$ "intervalo aperto a destra"
  • $(a,b]:=\{x \in \mathbb{R} \,:\,a< x \leq b \}$ "intervalo aperto a sinistra"

Definizione: Dato un punto $x_0 \in \mathbb R$ chiamiamo intorno sferico di $x_0$ di raggio $r$ l'insieme $$ (x_0-r,x_0+r). $$ Chiamiamo intorno di $x_0$ un qualunque insieme $I$ di numeri reali che contiene al suo interno un intorno sferico di $x_0$. Chiamiamo intorno sferico bucato di $x_0$ di raggio $r$ l'insieme $$ (x_0-r,x_0)\cup(x_0,x_0+r). $$ Chiamiamo intorno bucato di $x_0$ un insieme della forma $$ I-\{x_0 \} $$ ottenuto privando un intorno $I$ di $x_0$ del punto $x_0$ stesso.


Osservazione: L'intorno sferico $(x_0-r,x_0+r)$ si può anche scrivere come $$ \{x\,: \, |x-x_0| < r\} $$ mentre l'intorno sferico bucato si può scrivere come $$ \{x \, : \, 0 < |x-x_0| < r \}. $$ $\square$

Osservazione: Sulla base della definizione appena data possiamo dire che un insieme $I$ è un intorno di $x_0$ se e solo se esiste un numero $\delta$ tale che l'insieme $(x_0-\delta,x_0+\delta)$ è interamente contenuto nell'insieme $I$. Analogamente possiamo dire che un insieme $I$ è un intorno bucato di $x_0$ se e solo se esiste un numero $\delta$ tale che l'insieme $(x_0-\delta,x_0)\cup(x_0,x_0+\delta)$ è interamente contenuto nell'insieme $I$.$\square$

Facciamo alcuni esempi:

  • L'insieme $(0,2)$ è un intorno sferico di $1$ (qual è il raggio di tale intorno?)
  • Gli insiemi $(0,3)$ e $[0,2]$ non sono intorni sferici di $1$ (perchè?)
  • L'insieme $I=[-3,-4]\cup[0,3]$ è un intorno del punto $1$ (quale intorno sferico di $1$ è contenuto in $I$?)
  • Gli insiemi $\{1 \}$ e $[1,2)$ non sono intorni di $1$ (perchè?)
  • L'insieme $\mathbb R$ è un intorno di qualsiasi punto $x\in \mathbb R$.
  • L'insieme $(0,1)\cup(1,3]$ è un intorno bucato di $1$.
  • L'insieme $(1,3]$ non è un intorno bucato di $1$ (perchè?)

Introduciamo altre notazioni:

  • $(a,+\infty):=\{x \in\mathbb R\,:\,x > a \},$
  • $(-\infty,b):=\{x \in\mathbb R\,:\,x < b \},$
  • $[a,+\infty):=\{x \in\mathbb R\,:\,x\geq a \},$
  • $(-\infty,b]:=\{x \in\mathbb R\,:\,x\leq b \}.$