Origem: Wikilivros, livros abertos por um mundo aberto.
Seja M um conjunto não-vazio e
d
:
M
×
M
→
R
{\displaystyle d\colon M\times M\to \mathbb {R} }
uma função. Dizemos que
(
M
,
d
)
{\displaystyle (M,d)}
é um espaço métrico se, para todo
x
,
y
,
z
∈
M
{\displaystyle x,y,z\in M}
, a função d satisfizer as seguintes propriedades:
M1:
d
(
x
,
y
)
≥
0
{\displaystyle d(x,y)\geq 0}
;
M2:
d
(
x
,
y
)
=
d
(
y
,
x
)
{\displaystyle d(x,y)=d(y,x)}
, simetria;
M3:
d
(
x
,
y
)
=
0
⟺
x
=
y
{\displaystyle d(x,y)=0\iff x=y}
;
M4:
d
(
x
,
z
)
≤
d
(
x
,
y
)
+
d
(
y
,
z
)
{\displaystyle d(x,z)\leq d(x,y)+d(y,z)}
, desigualdade trigonométrica.
Define-se, num espaço métrico M , a bola aberta de centro em x e raio
r
>
0
{\displaystyle r>0}
B
r
(
x
)
=
{
y
∈
M
:
d
(
y
,
x
)
<
r
}
{\displaystyle B_{r}(x)=\{y\in M:d(y,x)<r\}}
.
Pode-se provar que o conjunto
T
=
{
U
⊂
M
:
∀
x
∈
U
,
∃
ϵ
>
0
∣
B
ϵ
(
x
)
⊂
U
}
{\displaystyle T=\{U\subset M:\forall x\in U,\exists \epsilon >0\mid B_{\epsilon }(x)\subset U\}}
é uma topologia sobre M . De fato, temos, por vacuidade,
∅
∈
T
{\displaystyle \varnothing \in T}
e, para quaisquer
x
∈
M
,
ϵ
>
0
{\displaystyle x\in M,\epsilon >0}
,
B
ϵ
(
x
)
⊂
M
{\displaystyle B_{\epsilon }(x)\subset M}
, donde
M
∈
T
{\displaystyle M\in T}
. Sejam
A
,
B
∈
T
{\displaystyle A,B\in T}
e
x
∈
A
∩
B
{\displaystyle x\in A\cap B}
. Então existem
ϵ
1
,
ϵ
2
>
0
{\displaystyle \epsilon _{1},\epsilon _{2}>0}
tais que
B
ϵ
1
(
x
)
⊂
A
{\displaystyle B_{\epsilon _{1}}(x)\subset A}
e
B
ϵ
2
(
x
)
⊂
B
{\displaystyle B_{\epsilon _{2}}(x)\subset B}
. Escolhemos
ϵ
=
min
{
ϵ
1
,
ϵ
2
}
{\displaystyle \epsilon =\min\{\epsilon _{1},\epsilon _{2}\}}
. Vemos que
B
ϵ
(
x
)
⊂
B
ϵ
1
(
x
)
⊂
A
{\displaystyle B_{\epsilon }(x)\subset B_{\epsilon _{1}}(x)\subset A}
e
B
ϵ
(
x
)
⊂
B
ϵ
2
(
x
)
⊂
B
{\displaystyle B_{\epsilon }(x)\subset B_{\epsilon _{2}}(x)\subset B}
, logo
B
ϵ
(
x
)
⊂
A
∩
B
{\displaystyle B_{\epsilon }(x)\subset A\cap B}
e
A
∩
B
∈
T
{\displaystyle A\cap B\in T}
. Seja
(
A
λ
)
λ
{\displaystyle (A_{\lambda })_{\lambda }}
uma família em T . Se
x
∈
⋃
λ
A
λ
{\displaystyle x\in {\bigcup }_{\lambda }A_{\lambda }}
, então, para algum μ ,
x
∈
A
μ
{\displaystyle x\in A_{\mu }}
, donde existe um
ϵ
>
0
{\displaystyle \epsilon >0}
tal que
B
ϵ
(
x
)
⊂
A
μ
⊂
⋃
λ
A
λ
{\displaystyle B_{\epsilon }(x)\subset A_{\mu }\subset {\bigcup }_{\lambda }A_{\lambda }}
. Logo
⋃
λ
A
λ
∈
T
{\displaystyle {\bigcup }_{\lambda }A_{\lambda }\in T}
. Isto completa a demonstração de que T é uma topologia sobre M .