Доброго времени суток!
Пусть
- компактное метрическое пространство. Нужно доказать, что пространство
непрерывных на
функций сепарабельно.
Это утверждение вроде бы учебный факт. Хотел узнать, каким способом его обычно доказывают.
Мои попытки.
Доказательство.
1 способ. Так как
метрический компакт, то в нем существует счетное семейство непрерывных функций, разделяющих точки (в качестве этого семейства можно взять функции
, где
счетное всюду плотное подмножество в
). Обозначим его
. Пусть
- множество всех многочленов с произвольным количеством переменных, произвольных степеней и с рациональными коэффициентами. Это множество счетно, содержит единицу и образует алгебру.
Поскольку в
лежат многочлены произвольного количества переменных, то всевозможные функции вида
, где
образуют алгебру в
и разделяют точки, поэтому, согласно теореме Стоуна-Вейерштрасса, они всюду плотны, следовательно
сепарабельно.
2 способ. Пусть
- множество равномерно ограниченных константой
всех
-липшицевых функций на
, т.е.таких функций, что
и
для всех
. При каждых фиксированных
и
множество
компакт в
, поэтому оно сепарабельно. Обозначим
его счетное всюду плотное подмножество. Пространство
всех липшицевых функций на
образует алгебру, содержит единицу и разделяет точки, поэтому, согласно теореме Стоуна-Вейерштрасса, всюду плотно в
. Поскольку каждая липшицева на
функция лежит в каком-то
, то в качестве счетного всюду плотного подмножества в
можно взять
.
3 способ. Пусть
- конечное множество мощности
, тогда в качестве всюду плотного в
можно взять
. Если
- счетно, то тоже можно придумать какое-нибудь счетное всюду плотное подмножество. Если
- несчетно, то, согласно теореме Милютина, все пространства
(где
несчетный метрический компакт) линейно гомеоморфны между собой, в частности
линейно гомеоморфен
, а последнее пространство сепарабельно, следовательно и
сепарабельно.