Кстати, тут можно проще - объединение открытого множества с открытым - открыто, с неоткрытым - неоткрыто.
Ничего подобного. Контрпример см. выше.
Даже если потребовать, чтобы множества были непересекающимися, это всё равно неверно.
- открытое множество,
- неоткрытое множество, но их объединение
открыто.
пустое множество одновременно и замкнуто, и открыто
Вот это правильно. Но смайлик здесь ни к чему: открытость и замкнутость никак друг другу не противоречат, и пустое множество - даже не единственное множество, одновременно открытое и замкнутое.