กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 14 นาที

พื้นที่ขนาดกะทัดรัด

ใน คณิตศาสตร์ โดยเฉพาะ โทโพโลยีทั่วไป และการ วิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ความกะทัดรัด เป็นคุณสมบัติของปริภูมิที่ทำให้ปริภูมินั้นมีพฤติกรรมคล้ายกับ เซตจำกัด ใน หลายๆ ด้าน [ 1 ]...

พื้นที่ขนาดกะทัดรัด

ตามเกณฑ์ความกะทัดรัดของปริภูมิยุคลิดตามที่ระบุไว้ในทฤษฎีบทไฮเนอ-โบเรลช่วงA = (−∞, −2]ไม่กะทัดรัดเพราะไม่มีขอบเขต ช่วงC = (2, 4)ไม่กะทัดรัดเพราะไม่เป็นเซตปิด (แต่มีขอบเขต) ช่วงB = [0, 1]กะทัดรัดเพราะเป็นทั้งเซตปิดและมีขอบเขต

ในคณิตศาสตร์โดยเฉพาะโทโพโลยีทั่วไปและการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ความกะทัดรัดเป็นคุณสมบัติของปริภูมิที่ทำให้ปริภูมินั้นมีพฤติกรรมคล้ายกับเซตจำกัดใน หลายๆ ด้าน [ 1 ]ตัวอย่างเช่น บนเซตจำกัด ลำดับอนันต์ทุกลำดับจะต้องมีค่าบางค่าซ้ำกันอย่างไม่สิ้นสุด ตามหลักการรังนกพิราบสำหรับเซตย่อยของปริภูมิยุคลิดข้อความที่คล้ายกันคือความกะทัดรัดเชิงลำดับ : เซตจะกะทัดรัดก็ต่อเมื่อลำดับอนันต์ทุกลำดับในเซตมีลำดับย่อยที่ลู่เข้าสู่จุดหนึ่งของเซต ในทำนองเดียวกัน ในขณะที่ฟังก์ชันค่าจริงทุกฟังก์ชันบนเซตจำกัดมีขอบเขตและมีค่าสูงสุดและต่ำสุด ฟังก์ชันค่าจริง ต่อเนื่อง ทุก ฟังก์ชันบนปริภูมิที่กะทัดรัดจะมีคุณสมบัติเหล่านี้ สำหรับเซตย่อยที่กะทัดรัดของปริภูมิยุคลิด นี่คือทฤษฎีบท ค่าสุดขีด

คุณสมบัติพื้นฐานอีกประการหนึ่งของเซตจำกัดคือ การคลุมเซตจำกัดด้วยเซตย่อยทุกชุดจะมีเซตย่อยที่คลุมเซตจำกัดเช่นกัน กล่าวคือ เราสามารถเลือกสมาชิกของเซตที่คลุมเซตจำกัดนั้นสำหรับแต่ละจุดในเซตจำกัดได้ คุณสมบัติทางโทโพโลยีที่สอดคล้องกันนี้ใช้ในการกำหนดความกะทัดรัด: ปริภูมิโทโพโลยีจะกะทัดรัดก็ต่อเมื่อการคลุมแบบเปิด ทุก ชุดมีเซตย่อยที่คลุมเซตจำกัด ในปริภูมิเมตริก สิ่งนี้เทียบเท่ากับการกำหนดรูปแบบอื่นๆ อีกหลายแบบ รวมถึงความกะทัดรัดแบบลำดับแม้ว่าความเทียบเท่าเหล่านี้อาจล้มเหลวในปริภูมิโทโพโลยีทั่วไปมากกว่าก็ตาม ดังนั้น ทุกลำดับในช่วงหน่วยปิด[0,1]จะมีลำดับย่อยลู่เข้าที่มีลิมิตใน[0,1]ในขณะที่สิ่งนี้ล้มเหลวสำหรับปริภูมิเช่นช่วงเปิด(0,1)และเส้นจำนวนจริงสำหรับเซตย่อยของปริภูมิยุคลิด ความกะทัดรัดเทียบเท่ากับการเป็นเซตปิดและมีขอบเขตตามทฤษฎีบทของไฮน์-โบเรลคุณสมบัติของความกะทัดรัดมักช่วยให้สามารถรวมข้อมูลเฉพาะที่เข้ากับข้อสรุปโดยรวมได้ คำว่าเซตกระชับ (compact set)อาจหมายถึงปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่กระชับ หรือโดยทั่วไปแล้ว หมายถึงเซตย่อยของปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่กระชับในทอพอโลยีของปริภูมิย่อยนั้น

แนวคิดเรื่องความกะทัดรัด (Compactness) ได้รับการนำเสนออย่างเป็นทางการโดยMaurice Fréchetในปี 1906 ในงานที่ขยายทฤษฎีบท Bolzano–Weierstrass จากเซตของจุดไปยังปริภูมิของฟังก์ชัน ต่อมาPavel AlexandrovและPavel Urysohnได้พัฒนาสูตรการครอบคลุมแบบเปิด (open-cover formulation) ซึ่งปัจจุบันเป็นมาตรฐานในวิชาโทโพโลยี ความกะทัดรัดมีบทบาทสำคัญในคณิตศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนปริภูมิกะทัดรัดจะมีค่าสูงสุดและค่าต่ำสุด และผลลัพธ์สำคัญๆ เช่นทฤษฎีบท Arzelà–Ascoliและทฤษฎีบทการมีอยู่ของ Peanoก็ขึ้นอยู่กับความกะทัดรัดเช่นกัน

การพัฒนาทางประวัติศาสตร์

ในศตวรรษที่ 19 คุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันหลายประการได้รับการเข้าใจ ซึ่งต่อมาจะถูกมองว่าเป็นผลสืบเนื่องมาจากความกะทัดรัด ในอีกด้านหนึ่งเบอร์นาร์ด โบลซาโน ( 1817 ) ตระหนักว่าลำดับของจุดที่มีขอบเขต (เช่น ในเส้นตรงหรือระนาบ) จะมีลำดับย่อยที่ต้องเข้าใกล้จุดอื่น ๆ ที่เรียกว่าจุดลิมิต ในที่สุด การพิสูจน์ของโบลซาโนอาศัยวิธีการแบ่งครึ่ง : ลำดับถูกวางไว้ในช่วงเวลาหนึ่ง จากนั้นถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน และเลือกส่วนที่มีพจน์ของลำดับเป็นอนันต์ จากนั้นสามารถทำซ้ำกระบวนการได้โดยการแบ่งช่วงเวลาที่เล็กลงที่ได้ออกมาเป็นส่วนที่เล็กลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งเข้าใกล้จุดลิมิตที่ต้องการ ความสำคัญอย่างเต็มที่ของทฤษฎีบทของโบลซาโน และวิธีการพิสูจน์จะไม่ปรากฏจนกระทั่งเกือบ 50 ปีต่อมา เมื่อ คาร์ล ไวเออร์สตรัสค้นพบมันอีกครั้ง[ 2 ]

ในช่วงทศวรรษ 1880 เป็นที่ชัดเจนว่าผลลัพธ์ที่คล้ายกับทฤษฎีบท Bolzano–Weierstrassสามารถกำหนดขึ้นได้สำหรับปริภูมิของฟังก์ชันแทนที่จะเป็นเพียงตัวเลขหรือจุดทางเรขาคณิต แนวคิดในการพิจารณาฟังก์ชันว่าเป็นจุดของปริภูมิทั่วไปนั้นมีที่มาจากการศึกษาของGiulio AscoliและCesare Arzelà [ 3 ] จุด สูงสุดของการศึกษาของพวกเขา คือ ทฤษฎีบท Arzelà–Ascoliซึ่งเป็นการวางนัยทั่วไปของทฤษฎีบท Bolzano–Weierstrass ไปยังตระกูลของฟังก์ชันต่อเนื่องโดยข้อสรุปที่แม่นยำคือ เป็นไปได้ที่จะดึง ลำดับของฟังก์ชัน ที่ลู่เข้าอย่างสม่ำเสมอจากตระกูลของฟังก์ชันที่เหมาะสม ลิมิตสม่ำเสมอของลำดับนี้จึงมีบทบาทเช่นเดียวกับ "จุดลิมิต" ของ Bolzano ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ผลลัพธ์ที่คล้ายกับของ Arzelà และ Ascoli เริ่มสะสมมากขึ้นในสาขาสมการเชิงอินทิกรัล ดังที่ David HilbertและErhard Schmidtได้ศึกษาไว้ สำหรับ ฟังก์ชันกรีนบางประเภทที่ได้มาจากผลเฉลยของสมการอินทิกรัล Schmidt ได้แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกับทฤษฎีบท Arzelà–Ascoli นั้นมีอยู่ในความหมายของการลู่เข้าโดยเฉลี่ยหรือการลู่เข้าในสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าปริภูมิฮิลเบิร์ตสิ่งนี้ในที่สุดก็นำไปสู่แนวคิดของตัวดำเนินการกระชับ (compact operator)ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแนวคิดทั่วไปของปริภูมิกระชับ (compact space) Maurice Fréchet เป็น ผู้ที่ในปี 1906ได้กลั่นกรองสาระสำคัญของคุณสมบัติ Bolzano–Weierstrass และบัญญัติศัพท์คำว่าความกระชับ (compactness)เพื่ออ้างถึงปรากฏการณ์ทั่วไปนี้ (เขาใช้คำนี้แล้วในบทความปี 1904 ของเขา[ 4 ]ซึ่งนำไปสู่วิทยานิพนธ์ที่มีชื่อเสียงในปี 1906)

อย่างไรก็ตาม แนวคิดที่แตกต่างออกไปเกี่ยวกับความกะทัดรัดได้ค่อยๆ ปรากฏขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จากการศึกษาเรื่องความต่อเนื่องซึ่งถือเป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์วิเคราะห์อย่างเข้มงวด ในปี 1870 เอดูอาร์ด ไฮน์ ได้แสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันต่อเนื่องที่กำหนดบนช่วงปิดและมีขอบเขตนั้นมีความต่อเนื่องสม่ำเสมอในระหว่างการพิสูจน์ เขาได้ใช้บทพิสูจน์ย่อยที่ว่า จากการครอบคลุมช่วงด้วยช่วงเปิดที่เล็กกว่าจำนวนนับได้ใดๆ ก็ตาม สามารถเลือกช่วงเปิดจำนวนจำกัดที่ครอบคลุมช่วงนั้นได้เช่นกัน ความสำคัญของบทพิสูจน์ย่อยนี้ได้รับการยอมรับโดยเอมิล โบเรล ( 1895 ) และได้รับการขยายไปสู่กลุ่มช่วงใดๆ โดยปิแอร์ คูแซง (1895) และอองรี เลเบส ( 1904 ) ทฤษฎีบทไฮน์-โบเรลซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่รู้จักกันในปัจจุบัน เป็นคุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่งที่เซตปิดและมีขอบเขตของจำนวนจริงมีอยู่

คุณสมบัตินี้มีความสำคัญเพราะทำให้สามารถเปลี่ยนจากข้อมูลเฉพาะที่เกี่ยวกับเซต (เช่น ความต่อเนื่องของฟังก์ชัน) ไปสู่ข้อมูลโดยรวมเกี่ยวกับเซต (เช่น ความต่อเนื่องสม่ำเสมอของฟังก์ชัน) แนวคิดนี้ได้รับการแสดงออกโดยLebesgue (1904)ซึ่งได้ใช้ประโยชน์จากมันในการพัฒนาปริพันธ์ที่ปัจจุบันใช้ชื่อของเขาในที่สุด สำนักวิชาทอพอโลยีเซตจุด ของรัสเซีย ภายใต้การนำของPavel AlexandrovและPavel Urysohnได้กำหนดความกะทัดรัดของ Heine–Borel ในลักษณะที่สามารถนำไปใช้กับแนวคิดสมัยใหม่ของปริภูมิทอพอโลยีได้ Alexandrov & Urysohn (1929)แสดงให้เห็นว่าความกะทัดรัดเวอร์ชันก่อนหน้าของ Fréchet ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าความกะทัดรัดแบบลำดับ (สัมพัทธ์) ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมนั้น เป็นผลมาจากความกะทัดรัดเวอร์ชันที่กำหนดขึ้นในแง่ของการมีอยู่ของซับคัฟเวอร์จำกัด แนวคิดเรื่องความกะทัดรัดนี้กลายเป็นแนวคิดที่โดดเด่น เพราะไม่เพียงแต่เป็นคุณสมบัติที่แข็งแกร่งกว่าเท่านั้น แต่ยังสามารถกำหนดเป็นสูตรในบริบททั่วไปได้โดยใช้เครื่องจักรทางเทคนิคเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อย เนื่องจากอาศัยเพียงโครงสร้างของเซตเปิดในพื้นที่เท่านั้น

ตัวอย่างพื้นฐาน

ปริภูมิจำกัดใดๆ ก็เป็นปริภูมิกระชับได้ (compact space) สามารถสร้างซับคัฟเวอร์จำกัดได้โดยการเลือกเซตเปิดที่บรรจุจุดแต่ละจุดไว้ ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิกระชับคือช่วงหน่วย (ปิด) [0,1]ของจำนวนจริงถ้าเราเลือกจุดที่แตกต่างกันจำนวนอนันต์ในช่วงหน่วยนั้น ก็จะต้องมีจุดสะสม บางจุด ในบรรดาจุดเหล่านั้นในช่วงดังกล่าว เช่น พจน์คี่ของลำดับ1, 1/2, 1/3, 3/4, 1/5, 5/6, 1/7, 7/8...จะเข้าใกล้ 0 อย่างไม่จำกัด ในขณะที่เลขคู่จะเข้าใกล้ 1 อย่างไม่จำกัด ลำดับตัวอย่างที่ให้มาแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการรวมจุดขอบเขตของช่วง เนื่องจากจุดลิมิตจะต้องอยู่ในปริภูมิเอง—ช่วงเปิด (หรือครึ่งเปิด) ของจำนวนจริงนั้นไม่กระชับ นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่ช่วงจะต้องมีขอบเขตเนื่องจากในช่วง [0,∞)เราสามารถเลือกลำดับของจุด 0, 1, 2, 3, ...ซึ่งไม่มีลำดับย่อยใดที่เข้าใกล้จำนวนจริงใดๆ อย่างไม่จำกัดในที่สุด

ในสองมิติวงกลม ปิด มีความกะทัดรัด เนื่องจากสำหรับจุดจำนวนอนันต์ใดๆ ที่สุ่มมาจากวงกลมนั้น กลุ่มย่อยของจุดเหล่านั้นจะต้องเข้าใกล้จุดภายในวงกลมหรือจุดบนขอบวงกลมอย่างไม่จำกัด ในทำนองเดียวกัน วงกลมในระนาบก็มีความกะทัดรัด (เห็นได้ง่ายจากการที่เป็นวงกลมปิดและมีขอบเขต) อย่างไรก็ตาม วงกลมเปิดไม่กะทัดรัด เพราะลำดับของจุดสามารถเข้าใกล้ขอบวงกลมได้โดยไม่เข้าใกล้จุดใดๆ ภายในวงกลมอย่างไม่จำกัด ในทำนองเดียวกัน ทรงกลมมีความกะทัดรัด แต่ทรงกลมที่ขาดจุดหนึ่งจุดจะไม่กะทัดรัด เนื่องจากลำดับของจุดยังคงสามารถเข้าใกล้จุดที่ขาดหายไปได้ จึงไม่ได้เข้าใกล้จุดใดๆภายในวงกลมอย่างไม่จำกัด เส้นตรงและระนาบไม่กะทัดรัด เนื่องจากเราสามารถเลือกชุดของจุดที่เว้นระยะห่างเท่าๆ กันในทิศทางใดๆ ก็ได้โดยไม่เข้าใกล้จุดใดๆ

คำจำกัดความ

นิยามต่างๆ ของความกะทัดรัดอาจนำมาใช้ได้ ขึ้นอยู่กับระดับของความเป็นทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซตย่อยของ ปริภูมิ ยุคลิดจะกะทัดรัดก็ต่อเมื่อเซตนั้นปิดและมีขอบเขตซึ่งหมายความว่า ตามทฤษฎีบทของโบลซาโน-ไวเออร์สตรัสลำดับอนันต์ใดๆจากเซตนั้นจะมีลำดับย่อยที่ลู่เข้าสู่จุดในเซตนั้น แนวคิดที่เทียบเท่ากันต่างๆ ของความกะทัดรัด เช่นความกะทัดรัดเชิงลำดับและความกะทัดรัดเชิงจุดลิมิตสามารถพัฒนาขึ้นได้ในปริภูมิเมตริกทั่วไป[ 5 ]

ในทางตรงกันข้าม แนวคิดเรื่องความกะทัดรัดที่แตกต่างกันนั้นไม่เทียบเท่ากันในปริภูมิเชิงทอพอโลยี ทั่วไป และแนวคิดเรื่องความกะทัดรัดที่มีประโยชน์ที่สุด—ซึ่งเดิมเรียกว่าความกะทัดรัดแบบสองด้าน —ถูกกำหนดโดยใช้การปกคลุมที่ประกอบด้วยเซตเปิด (ดูคำจำกัดความของการปกคลุมแบบเปิดด้านล่าง) รูปแบบของความกะทัดรัดนี้ใช้ได้กับเซตย่อยแบบปิดและมีขอบเขตของปริภูมิยุคลิด ซึ่งรู้จักกันในชื่อทฤษฎีบทไฮน์-โบเรลความกะทัดรัด เมื่อถูกกำหนดในลักษณะนี้ มักจะช่วยให้เราสามารถนำข้อมูลที่ทราบในระดับท้องถิ่น —ในบริเวณใกล้เคียงของแต่ละจุดในปริภูมิ—และขยายไปสู่ข้อมูลที่ใช้ได้ทั่วทั้งปริภูมิ ตัวอย่างของปรากฏการณ์นี้คือทฤษฎีบทของดิริชเลต์ ซึ่งเดิมทีไฮน์เป็นผู้ประยุกต์ใช้ กล่าวคือ ฟังก์ชันต่อเนื่องบนช่วงกะทัดรัดนั้นมีความต่อเนื่องสม่ำเสมอในที่นี้ ความต่อเนื่องเป็นคุณสมบัติเฉพาะที่ของฟังก์ชัน และความต่อเนื่องสม่ำเสมอเป็นคุณสมบัติโดยรวมที่สอดคล้องกัน

คำจำกัดความของปกเปิด

ในทางรูปแบบพื้นที่โทโพโลยีXเรียกว่ากะทัดรัดถ้าการคลุมแบบเปิด ทุกอัน ของXมีการคลุมย่อยแบบจำกัด[ 6 ]นั่นคือXกะทัดรัด ถ้าสำหรับชุดCของเซตย่อยแบบเปิด ทุกชุด [ 7 ]ของXเช่นนั้น

มีกลุ่มย่อยจำกัดFCเช่นนั้น

บางสาขาของคณิตศาสตร์ เช่นเรขาคณิตเชิงพีชคณิตซึ่งโดยทั่วไปได้รับอิทธิพลจากสำนักคิดของบูร์บากี ในฝรั่งเศส ใช้คำว่า"กึ่งกระชับ" (quasi -compact ) สำหรับแนวคิดทั่วไป และสงวนคำว่า " กระชับ" (compact ) ไว้ สำหรับปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่เป็นทั้งเฮาส์ดอร์ฟและกึ่งกระชับเซตกระชับบางครั้งเรียกว่าคอมแพ็กตัม (compactum) พหูพจน์คือ คอมแพ็ก ตา ( compacta )

ความกะทัดรัดของเซตย่อย

เซตย่อยKของปริภูมิเชิงทอพอโลยีXเป็นเซตกระชับ (compact) ถ้าสำหรับทุกกลุ่ม เซตเปิด Cใดๆ ของX ที่มีคุณสมบัติ ว่า

มีกลุ่มย่อยจำกัดFCเช่นนั้น

ในทำนองเดียวกันKเป็นเซตกระชับในฐานะเซตย่อยของXก็ต่อเมื่อปริภูมิ เชิงทอพอโลยี Kเป็นเซตกระชับใน ทอพอโลยีของปริภูมิย่อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าโดยที่เซตย่อยYมีทอพอโลยีของปริภูมิย่อย แล้วKเป็นเซตกระชับในYก็ต่อเมื่อKเป็นเซตกระชับในXยิ่งไปกว่านั้น ความเป็นเซตกระชับของKในฐานะเซตย่อยของปริภูมิเชิงทอพอโล ยี X นั้นไม่ขึ้นอยู่กับการฝังตัว ตราบใดที่ทอพอโลยีของปริภูมิย่อยบนKเหมือนกัน

ลักษณะเฉพาะ

ถ้าXเป็นปริภูมิเชิงทอพอโลยีแล้ว ข้อความต่อไปนี้จะเทียบเท่ากัน:

  1. Xเป็นเซตกระชับ (compact set) กล่าวคือเซตคลุมเปิด ทุกเซต ของXจะมีเซตคลุมย่อยจำกัด (finite subcover )
  2. Xมีฐานย่อยที่ทำให้ทุกการคลุมของปริภูมิโดยสมาชิกของฐานย่อยนั้น มีการคลุมย่อยจำกัด ( ทฤษฎีบทฐานย่อยของอเล็กซานเดอร์ )
  3. Xเป็นLindelöfและกระชับแบบนับได้[ 8 ]
  4. กลุ่มของเซตย่อยปิดใดๆ ของXที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดจะมีการตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า
  5. ทุกเน็ตบนXมีซับเน็ตที่ลู่เข้า (ดูบทความเกี่ยวกับเน็ตเพื่อดูหลักฐานการพิสูจน์)
  6. ตัวกรองทุกตัวบนXมีการปรับปรุงที่บรรจบกัน
  7. ทุกโครงข่ายบนXมีจุดรวมกลุ่มอยู่
  8. ตัวกรองทุกตัวบนXมีจุดคลัสเตอร์
  9. ตัวกรองละเอียดพิเศษทุกตัวบนแกนXจะลู่เข้าสู่จุดอย่างน้อยหนึ่งจุด
  10. เซตย่อยอนันต์ทุกเซตของXมี จุดสะสม ที่สมบูรณ์[ 9 ]
  11. สำหรับปริภูมิโทโพโลยีY ทุกอัน การฉายภาพเป็นการแมปแบบปิด[ 10 ] (ดูแผนที่ที่เหมาะสม )
  12. ปกคลุมแบบเปิดทุก ชุดที่เรียงลำดับเชิงเส้นตามการรวมเซตย่อยประกอบด้วยX [ 11 ]

Bourbaki นิยามพื้นที่กระชับ (พื้นที่กึ่งกระชับ) ว่าเป็นพื้นที่โทโพโลยีที่แต่ละตัวกรองมีจุดคลัสเตอร์ (เช่น 8 ในข้างต้น) [ 12 ]

ปริภูมิยุคลิด

สำหรับเซตย่อยA ใดๆ ในปริภูมิยุคลิดAจะเป็นเซตกระชับก็ต่อเมื่อเป็นเซตปิดและมีขอบเขตซึ่งนี่คือทฤษฎีบทของไฮน์-โบเร

เนื่องจากปริภูมิยุคลิดเป็นปริภูมิเมตริก เงื่อนไขในหัวข้อถัดไปจึงใช้ได้กับเซตย่อยทั้งหมดของปริภูมิยุคลิดด้วย ในบรรดาเงื่อนไขที่เทียบเท่ากันทั้งหมด ในทางปฏิบัติ การตรวจสอบว่าเซตย่อยเป็นเซตปิดและมีขอบเขตนั้นง่ายที่สุด ตัวอย่างเช่น สำหรับช่วง ปิด หรือ ทรงกลม nมิติ ปิด

ปริภูมิเมตริก

สำหรับปริภูมิเมตริกใดๆ( X , d )ข้อความต่อไปนี้ถือว่าเทียบเท่ากัน (โดยสมมติว่ามีตัวเลือกที่นับได้ ):

  1. ( X , d )เป็นเซตกระชับ
  2. ( X , d )สมบูรณ์และมีขอบเขตโดยสมบูรณ์(ซึ่งเทียบเท่ากับความกะทัดรัดสำหรับพื้นที่สม่ำเสมอ ) [ 13 ]
  3. ( X , d )เป็นปริภูมิกระชับเชิงลำดับ กล่าวคือ ทุกลำดับในXมีลำดับย่อยลู่เข้าซึ่งลิมิตอยู่ในX (ซึ่งเทียบเท่ากับความกระชับสำหรับปริภูมิเอกรูปที่นับได้เป็นอันดับแรก ด้วย )
  4. ( X , d )เป็น เซต กระชับจุดลิมิต (หรือเรียกว่าเซตกระชับนับได้แบบอ่อน) กล่าวคือ ทุกเซตย่อยอนันต์ของX มี จุดลิมิตอย่างน้อยหนึ่ง จุด ในX
  5. ( X , d )เป็นเซตกระชับนับได้ กล่าวคือ เซตคลุมเปิดนับได้ทุกเซตของXจะมีเซตคลุมย่อยจำกัด
  6. Xว่างเปล่าหรือ( X , d )เป็นภาพของฟังก์ชันต่อเนื่องจากเซตแคนเตอร์[ 14 ]
  7. ลำดับย่อยปิดที่ไม่ว่างที่ซ้อนกันทุกชุดS 1S 2 ⊇ ...ใน( X , d ) ที่ลดลงเรื่อยๆ จะมีจุดตัดที่ไม่ว่าง
  8. ลำดับการซ้อนกันที่เพิ่มขึ้นของเซตย่อยเปิดที่เหมาะสมS 1S 2 ⊆ ...ใน( X , d )ไม่สามารถครอบคลุมXได้

ปริภูมิเมตริกกระชับ( X , d )ยังมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ด้วย:

  1. ทฤษฎีบทจำนวนของเลเบส : สำหรับทุกเซตเปิดที่ครอบคลุมXจะมีจำนวนδ > 0 อยู่ ซึ่งทุกเซตย่อยของXที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง < δจะอยู่ในสมาชิกบางตัวของเซตเปิดที่ครอบคลุมนั้น
  2. ( X , d )เป็น ปริภูมิ ที่นับได้ลำดับที่สองแยกได้และเป็นปริภูมิแบบลินเดลอฟ  – เงื่อนไขทั้งสามนี้เทียบเท่ากันสำหรับปริภูมิเมตริก ส่วนข้อความกลับกันนั้นไม่เป็นจริง ตัวอย่างเช่น ปริภูมิแบบแยกส่วนที่นับได้จะตรงตามเงื่อนไขทั้งสามนี้ แต่ไม่เป็นปริภูมิกระชับ
  3. Xเป็นเซตปิดและมีขอบเขต (เนื่องจากเป็นเซตย่อยของปริภูมิเมตริกใดๆ ที่มีเมตริกจำกัดคือd ) ในทางกลับกัน อาจใช้ไม่ได้กับปริภูมิที่ไม่ใช่แบบยุคลิด เช่นเส้นจำนวนจริงที่มีเมตริกแบบไม่ต่อเนื่อง เป็นเซตปิดและมีขอบเขต แต่ไม่กะทัดรัด เนื่องจากเซตของสมาชิกเอกฐาน ทั้งหมด ในปริภูมินี้เป็นเซตเปิดที่ไม่มีการครอบคลุมย่อยแบบจำกัด มันเป็นปริภูมิสมบูรณ์แต่ไม่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์

พื้นที่เรียงลำดับ

สำหรับปริภูมิที่มีลำดับ( X , <) (กล่าวคือ เซตที่มีลำดับสมบูรณ์พร้อมด้วยโทโพโลยีลำดับ) ข้อต่อไปนี้ถือว่าเทียบเท่ากัน:

  1. ( X , <)เป็นคอมแพ็กต์
  2. เซตย่อยทุกเซตของXจะมีค่าสูงสุด (กล่าวคือ ขอบเขตบนที่น้อยที่สุด) ในX
  3. ทุกเซตย่อยของXมีค่าต่ำสุด (กล่าวคือ ขอบล่างที่มากที่สุด) ในX
  4. เซตย่อยปิดที่ไม่ว่างทุกเซตของXจะมีสมาชิกสูงสุดและสมาชิกต่ำสุด

พื้นที่ที่มีระเบียบซึ่งตรงตามเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งเหล่านี้ เรียกว่า แลตทิซสมบูรณ์

นอกจากนี้ ข้อความต่อไปนี้มีความเทียบเท่ากันสำหรับปริภูมิเรียงลำดับทั้งหมด( X , <)และ (โดยสมมติว่ามีตัวเลือกที่นับได้ ) เป็นจริงเมื่อใดก็ตามที่( X , <)เป็นปริภูมิกระชับ (โดยทั่วไปแล้วข้อความกลับกันจะล้มเหลวหาก( X , <)ไม่สามารถกำหนดเมตริกได้ด้วย):

  1. ลำดับทุกลำดับใน( X , <)จะมีลำดับย่อยที่ลู่เข้าใน( X , < )
  2. ลำดับ ที่เพิ่มขึ้นแบบโมโนโทนทุกตัวในXจะลู่เข้าสู่ลิมิตเฉพาะตัวหนึ่งในX
  3. ลำดับลดลงแบบเอกพันธุ์ทุกลำดับในXจะลู่เข้าสู่ลิมิตเฉพาะตัวในX
  4. ลำดับย่อยปิดที่ไม่ว่างที่ซ้อนกันทุกชุดS 1S 2 ⊇ ... ใน( X , <) ที่ลดลงเรื่อยๆ จะมีจุดตัดที่ไม่ว่าง
  5. ลำดับการซ้อนกันที่เพิ่มขึ้นของเซตย่อยเปิดที่เหมาะสมS 1S 2 ⊆ ... ใน( X , <)ไม่สามารถครอบคลุมXได้

การกำหนดลักษณะโดยฟังก์ชันต่อเนื่อง

ให้Xเป็น ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ ปกติสมบูรณ์และC( X )เป็นวงแหวนของฟังก์ชันต่อเนื่องค่าจริงบนXสำหรับแต่ละpXแผนที่การประเมินค่า ที่กำหนดโดย เป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของวงแหวนเคอร์เนลของมัน คืออุดมคติสูงสุดเนื่องจากตามทฤษฎีบทไอโซมอร์ฟิซึมข้อแรก

สำหรับปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟปกติสมบูรณ์Xนั้นXจะเป็นปริภูมิแบบซูโดคอมแพ็กต์ก็ต่อเมื่ออุดมคติสูงสุดทุกตัวMของC( X )เป็นอุดมคติจริงซึ่งหมายความว่าฟิลด์ตกค้างC( X )/ M ของมัน เป็นไอโซมอร์ฟิกกับนอกจากนี้Xจะเป็น ปริภูมิแบบ เรียลคอมแพ็ก ต์ ก็ต่อเมื่ออุดมคติสูงสุดจริงทุกตัวอยู่ในรูปแบบM pสำหรับpX บางตัว ดังนั้นXจะเป็นปริภูมิแบบคอมแพ็กต์ก็ต่อเมื่ออุดมคติสูงสุดของC( X ) ทุกตัว เป็นเคอร์เนลของโฮโมมอร์ฟิซึมการประเมินค่า[ 15 ]

ถ้าXไม่ใช่แบบซูโดคอมแพ็กต์ แล้วC( X )จะมีอุดมคติสูงสุดที่มีฟิลด์ตกค้างเป็นส่วนขยายฟิลด์เรียงลำดับที่เหมาะสมของ ซึ่งมักเรียกว่า ฟิลด์ ไฮเปอร์เรียลในกรอบการวิเคราะห์ที่ไม่เป็นมาตรฐานสิ่งนี้สอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของความกะทัดรัดดังต่อไปนี้: [ 16 ]ปริภูมิโทโพโลยีXจะกะทัดรัดก็ต่อเมื่อทุกจุดของส่วนขยายธรรมชาติ*Xอยู่ ใกล้ จุดใดจุดหนึ่งของX อย่างไม่มีที่สิ้นสุด (นั่นคือ อยู่ในโมนาดของจุดหนึ่งของX )

คำจำกัดความของไฮเปอร์เรียล

ปริภูมิXจะเรียกว่ากระชับ (compact space) ก็ต่อเมื่อส่วนขยายไฮเปอร์เรียล*X ของมัน (ซึ่งสร้างขึ้นโดยวิธีอัลตราพาวเวอร์คอนสตรัคชัน เป็นต้น ) มีคุณสมบัติที่ว่าทุกจุดใน*Xอยู่ใกล้กับจุดใดจุดหนึ่งในX*X อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ตัวอย่างเช่น ช่วงจำนวนจริงเปิดX = (0, 1)ไม่ใช่ปริภูมิกระชับ เพราะส่วนขยายไฮเปอร์เรียล*(0,1) ของมันประกอบด้วยจุดอนันต์เล็ก ๆ ซึ่งอยู่ใกล้กับ 0 อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่ง 0 ไม่ใช่จุดในX

เงื่อนไขที่เพียงพอ

  • เซตย่อยปิดของปริภูมิกระชับเป็นเซตกระชับ[ 17 ]
  • การรวมกันของเซตกระชับจำนวนจำกัดจะเป็นเซตกระชับ
  • ภาพของพื้นที่ขนาดกะทัดรัดภายใต้ฟังก์ชันต่อเนื่อง นั้น เป็นพื้นที่ขนาดกะทัดรัด[ 18 ]
  • จุดตัดของกลุ่มเซตย่อยกระชับที่ไม่ว่างเปล่าใดๆ ในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟนั้นเป็นเซตกระชับ (และปิด)
    • ถ้าXไม่ใช่ Hausdorff แล้ว การตัดกันของเซตย่อยกระชับสองเซตอาจไม่กระชับ[ a ]
  • ผลคูณของกลุ่มของปริภูมิกระชับใดๆ ก็เป็นปริภูมิกระชับเช่นกัน (นี่คือทฤษฎีบทของไทโคนอฟซึ่งเทียบเท่ากับสัจพจน์ของการเลือก )
  • ในปริภูมิเมตริกซ์เซตย่อยจะเป็นเซตกระชับก็ต่อเมื่อเป็นเซตกระชับตามลำดับ (โดยสมมติว่ามีตัวเลือกที่นับได้ )
  • เซตจำกัดที่มีโทโพโลยีใดๆ ก็ตาม ถือเป็นเซตกระชับ (compact set)

คุณสมบัติของพื้นที่ขนาดกะทัดรัด

  • ปริภูมิที่เซตย่อยกระชับทุกเซตเป็นเซตปิด เรียกว่าปริภูมิ KC
    • เซตย่อยขนาดกะทัดรัดของปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟXเป็นเซตปิด
    • ถ้าXไม่ใช่ Hausdorff แล้วเซตย่อยกระชับของXอาจไม่ใช่เซตย่อยปิดของX [ b ] [ c ]
    • ถ้าXไม่ใช่ Hausdorff การปิดของเซตกระชับอาจไม่กระชับ[ d ]
    • ถ้าXไม่ใช่ Hausdorff ก็ยังเป็นไปได้ที่เซตย่อยกระชับทุกเซตจะเป็นเซตปิด[ e ]
  • ในปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (TVS) ใดๆ เซตย่อยกระชับ (compact subset) จะเป็นเซตสมบูรณ์ (complete) อย่างไรก็ตาม TVS ที่ไม่ใช่แบบเฮาส์ดอร์ฟ (non-Hausdorff TVS) ทุกปริภูมิจะมีเซตย่อยกระชับ (และดังนั้นจึงเป็นเซตสมบูรณ์) ที่ไม่ใช่เซตปิด (closed subsets)
  • ถ้าAและBเป็นเซตย่อยกระชับที่ไม่ทับซ้อนกันในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟX แล้วจะมีเซตเปิดUและV ที่ไม่ทับซ้อนกัน ในXซึ่งAUและBV
  • การจับคู่แบบหนึ่งต่อหนึ่งต่อหนึ่งอย่างต่อเนื่องจากปริภูมิกระชับไปยังปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟเรียกว่าโฮมีโอเมอร์ฟิซึม
  • พื้นที่แบบเฮาส์ดอร์ฟที่กะทัดรัดนั้นเป็นเรื่องปกติและเป็นไปตามแบบแผน
  • ถ้าปริภูมิXเป็นปริภูมิกระชับและเป็นแบบเฮาส์ดอร์ฟแล้ว จะไม่มีโทโพโลยีที่ละเอียดกว่าบนXที่เป็นปริภูมิกระชับ และไม่มีโทโพโลยีที่หยาบกว่าบนXที่เป็นแบบเฮาส์ดอร์ฟ
  • ถ้าเซตย่อยของปริภูมิเมตริก( X , d )เป็นเซตกระชับ (compact) แล้ว เซตย่อยนั้นจะมี ขอบเขต d (d -bounded)

ฟังก์ชั่นการใช้งานและพื้นที่ขนาดกะทัดรัด

เนื่องจากภาพของปริภูมิกระชับภายใต้ ฟังก์ชัน ต่อเนื่องเป็นปริภูมิกระชับทฤษฎีบทค่าสุดขีดจึงใช้ได้กับปริภูมิดังกล่าว: ฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนปริภูมิกระชับที่ไม่ว่างเปล่ามีขอบเขตบนและบรรลุค่าสูงสุด[ 19 ] (โดยทั่วไปแล้ว สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับฟังก์ชันกึ่งต่อเนื่องบน) ในลักษณะที่ตรงกันข้ามกับข้อความข้างต้น ภาพก่อนหน้าของปริภูมิกระชับภายใต้แผนที่ที่เหมาะสมเป็นปริภูมิกระชับ

การอัดแน่น

ปริภูมิเชิงทอพอโลยี Xทุกปริภูมิเป็นปริภูมิย่อยแบบเปิดและหนาแน่นของปริภูมิกระชับที่มีจุดมากกว่าX ไม่เกินหนึ่งจุด โดยอาศัยการทำให้เป็นกระชับแบบจุดเดียวของอเล็กซานดรอฟ ด้วยการสร้างแบบเดียวกัน ปริภูมิ เฮาส์ ดอร์ฟ กระชับเฉพาะที่Xทุก ปริภูมิเป็นปริภูมิย่อยแบบเปิดและหนาแน่นของปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟกระชับ ที่ มีจุดมากกว่าX ไม่เกินหนึ่งจุด

พื้นที่ขนาดกะทัดรัดที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ

เซตย่อยกระชับที่ไม่ว่างเปล่าของจำนวนจริงจะมีสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดและสมาชิกที่เล็กที่สุด

ให้Xเป็น เซต ที่มีลำดับสมบูรณ์ซึ่งมีโทโพโลยีลำดับแล้วXจะกระชับก็ต่อเมื่อXเป็นแลตทิซสมบูรณ์ (กล่าวคือ เซตย่อยทั้งหมดมีค่าสูงสุดและค่าต่ำสุด) [ 20 ]

ตัวอย่าง

  • ปริภูมิเชิงทอพอโลยีจำกัดใดๆรวมถึงเซตว่างก็เป็นปริภูมิกระชับ (compact space) โดยทั่วไปแล้ว ปริภูมิใดๆ ที่มีทอพอโลยีจำกัด (มีเพียงเซตเปิดจำนวนจำกัด) ก็เป็นปริภูมิกระชับเช่นกัน ซึ่งรวมถึงทอพอโลยีแบบไม่สำคัญ (trivial topology ) ด้วย
  • ปริภูมิใดๆ ที่รองรับโทโพโลยีแบบโคไฟไนต์จะเป็นปริภูมิกระชับ (compact space)
  • ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ ที่กระชับเฉพาะที่ใดๆ ก็สามารถเปลี่ยนเป็นปริภูมิกระชับได้โดยการเพิ่มจุดเพียงจุดเดียวเข้าไป โดยใช้การทำให้กระชับด้วยจุดเดียวแบบอเล็กซานดรอฟการทำให้กระชับด้วยจุดเดียวของ ปริภูมิ นั้น มีลักษณะสมมาตรกับวงกลมS₁การทำให้กระชับด้วยจุดเดียวของปริภูมิ นั้นมีลักษณะสมมาตรกับทรงกลมS₂ การใช้การทำให้กระชับด้วยจุดเดียว นี้ยังสามารถสร้างปริภูมิกระชับที่ไม่ใช่เฮาส์ดอร์ฟได้ง่ายๆ โดยเริ่มต้นจากปริภูมิที่ไม่ใช่เฮาส์ดอร์ฟ
  • โทโพโลยีลำดับขวาหรือโทโพโลยีลำดับซ้ายบนเซตที่มีขอบเขตและเรียงลำดับสมบูรณ์ ใดๆ นั้น เป็นปริภูมิกระชับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิเซียร์ปินสกีเป็นปริภูมิกระชับ
  • ไม่มีปริภูมิไม่ต่อเนื่อง ใดที่มีจุดอนันต์ที่เป็นปริภูมิกระชับ เซตของ จุดเอกฐาน ทั้งหมด ในปริภูมินั้นเป็นเซตคลุมเปิดซึ่งไม่มีเซตคลุมย่อยจำกัด ปริภูมิไม่ต่อเนื่องที่มีจำนวนจุด จำกัดเป็นปริภูมิกระชับ
  • ในการดำเนินการโทโพโลยีขีดจำกัดล่างไม่มีเซตที่นับไม่ได้ใดที่เป็นเซตกระชับ
  • ในโทโพโลยีที่นับได้ร่วมบนเซตที่นับไม่ได้ ไม่มีเซตอนันต์ใดที่กระชับได้ เช่นเดียวกับตัวอย่างก่อนหน้านี้ พื้นที่โดยรวมไม่กระชับได้ในระดับท้องถิ่นแต่ก็ยังเป็นลินเดลอฟอยู่ดี
  • ช่วงหน่วย ปิด[0, 1]เป็นเซตกระชับ (compact) ซึ่งเป็นผลมาจากทฤษฎีบทไฮเนอ-โบเรลช่วงเปิด(0, 1)ไม่ใช่เซตกระชับ: เซตคลุมเปิด สำหรับn = 3, 4, ... ไม่มีเซตคลุมย่อยจำกัด ในทำนองเดียวกัน เซตของจำนวนตรรกยะในช่วงปิด[0,1]ไม่ใช่เซตกระชับ: เซตของจำนวนตรรกยะในช่วงต่างๆครอบคลุมจำนวนตรรกยะทั้งหมดใน [0, 1] สำหรับn = 4, 5, ... แต่เซตคลุมนี้ไม่มีเซตคลุมย่อยจำกัด ในที่นี้ เซตต่างๆ เป็นเซตเปิดในโทโพโลยีของปริภูมิย่อย แม้ว่าจะไม่ใช่เซตเปิดในฐานะเซตย่อยของ  ก็ตาม
  • เซตของจำนวนจริงทั้งหมดไม่ใช่เซตกระชับ (compact set) เนื่องจากมีเซตคลุมของช่วงเปิด (open intervals) ที่ไม่มีเซตคลุมย่อย (subcover) ที่มีจำนวนจำกัด ตัวอย่างเช่น ช่วง( n − 1, n + 1)โดยที่nมีค่าเป็นจำนวนเต็มทั้งหมดในZครอบคลุมเซต Z ได้ แต่ไม่มีเซตคลุมย่อยที่มีจำนวนจำกัด
  • ในทางกลับกันเส้นจำนวนจริงที่ขยายออกไปซึ่งมีโทโพโลยีที่คล้ายคลึงกันนั้นเป็นเซตกระชับ โปรดสังเกตว่าการปกคลุมที่อธิบายไว้ข้างต้นจะไม่ไปถึงจุดอนันต์และดังนั้นจึงไม่ครอบคลุมเส้นจำนวนจริงที่ขยายออกไป อันที่จริง เซตนี้มีโฮมีโอเมอร์ฟิซึมไปยัง [−1, 1] ที่แมปอนันต์แต่ละจุดไปยังหน่วยที่สอดคล้องกัน และจำนวนจริงทุกจำนวนไปยังเครื่องหมายของมันคูณด้วยจำนวนเฉพาะในส่วนบวกของช่วงซึ่งส่งผลให้ได้ค่าสัมบูรณ์เมื่อหารด้วยหนึ่งลบด้วยตัวมันเอง และเนื่องจากโฮมีโอเมอร์ฟิซึมรักษาการปกคลุม คุณสมบัติของไฮน์-โบเรลจึงสามารถอนุมานได้
  • สำหรับจำนวนธรรมชาติn ทุกจำนวน ทรงกลมn มิติ จะเป็นปริภูมิกระชับ (compact space) นอกจากนี้ จากทฤษฎีบทไฮน์-โบเรล ลูกบอลหน่วยปิดของปริภูมิเวกเตอร์เชิงบรรทัดฐานที่ มีมิติจำกัดใดๆ ก็เป็นปริภูมิกระชับเช่นกัน แต่สิ่งนี้ไม่เป็นจริงสำหรับมิติอนันต์ อันที่จริง ปริภูมิเวกเตอร์เชิงบรรทัดฐานจะมีมิติจำกัดก็ต่อเมื่อ ลูกบอลหน่วยปิดของมันเป็นปริภูมิกระชับ เท่านั้น
  • ในทางกลับกัน ลูกบอลหน่วยปิดของปริภูมิคู่ของปริภูมิบรรทัดฐานนั้นเป็นปริภูมิกระชับสำหรับโทโพโลยีแบบอ่อน-* ( ทฤษฎีบทของอะลาโอกลู )
  • เซตแคนเตอร์เป็นเซตกระชับ อันที่จริงแล้ว ปริภูมิเมตริกกระชับที่ไม่ว่างเปล่าทุกปริภูมิเป็นภาพต่อเนื่องของเซตแคนเตอร์
  • พิจารณาเซตKของฟังก์ชันทั้งหมดf  : R → [0, 1]จากเส้นจำนวนจริงไปยังช่วงหน่วยปิด และกำหนดโทโพโลยีบนKโดยที่ลำดับในKลู่เข้าสู่fKก็ต่อเมื่อลู่เข้าสู่f ( x )สำหรับจำนวนจริงx ทั้งหมด โทโพโลยีที่หยาบที่สุดดังกล่าว บางครั้งเรียกว่าโทโพโลยีของการลู่เข้าแบบจุดต่อจุดคือ โท โพโลยีผลคูณด้วยโทโพโลยีนี้Kเป็นปริภูมิโทโพโลยีแบบกระชับ ซึ่งเป็นผลมาจากทฤษฎีบทของไทโคนอฟฟ์
  • เซตย่อยของปริภูมิบานาคของฟังก์ชันต่อเนื่องค่าจริงบนปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับ จะกระชับสัมพัทธ์ก็ต่อเมื่อเป็นฟังก์ชันต่อเนื่องสม่ำเสมอและมีขอบเขตที่จุดต่อจุด ( ทฤษฎีบทอาร์เซลา-อัสโคลี)
  • พิจารณาเซตKของฟังก์ชันทั้งหมดf  : [0, 1]  → [0, 1]ที่สอดคล้องกับเงื่อนไขลิปชิตซ์| f ( x ) −  f ( y ) | ≤ | x  −  y |สำหรับทุกxy  ∈  [0,1]พิจารณาเมตริก บน K ที่เกิดจาก ระยะทางสม่ำเสมอ จากนั้นโดยทฤษฎีบทอาร์เซลา-อัสโคลี ปริภูมิKจะเป็นปริภูมิกระชับ
  • สเปกตรัมของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตใดๆบนปริภูมิบานาคคือเซตย่อยกระชับที่ไม่ว่างของจำนวนเชิงซ้อน ในทางกลับกัน เซตย่อยกระชับใดๆ ของ ก็เกิดขึ้นในลักษณะนี้เช่นกัน โดยเป็นสเปกตรัมของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตบางตัว ตัวอย่างเช่น ตัวดำเนินการแนวทแยงบนปริภูมิฮิลเบิร์ตอาจมีเซตย่อยกระชับที่ไม่ว่างใดๆ ของเป็นสเปกตรัมได้
  • ปริภูมิของการวัดความน่าจะเป็นแบบ บอเรลบน ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับนั้นกระชับสำหรับโทโพโลยีแบบคลุมเครือตามทฤษฎีบทของอะลาโอกลู
  • ชุดของมาตรวัดความน่าจะเป็นบนเซตบอเรลของปริภูมิยุคลิดเรียกว่ากระชับ (tight)ถ้าสำหรับค่าเอปซิลอนบวกใดๆ จะมีเซตย่อยกระชับ (compact subset) ที่ประกอบด้วยมวลของแต่ละมาตรวัดเกือบทั้งหมด ยกเว้นไม่เกินเอปซิลอน ทฤษฎีบทของโปรโครอฟกล่าวว่า ชุดของมาตรวัดความน่าจะเป็นจะกระชับสัมพัทธ์ (relatively compact) สำหรับโทโพโลยีแบบคลุมเครือ (vague topology) ก็ต่อเมื่อชุดนั้นกระชับ (tight) เท่านั้น

ตัวอย่างพีชคณิต

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. ให้X = { a , b } ∪ , U = { a } ∪ , และ V = { b }กำหนดโทโพโลยีให้กับ X โดยใช้เซตเปิดพื้นฐานต่อไปนี้: ทุกเซตย่อยของ เป็นเซตเปิด; เซตเปิดเพียงเซตเดียวที่บรรจุ aคือ Xและ U ; และเซตเปิดเพียงเซตเดียวที่บรรจุ bคือ Xและ Vดังนั้น Uและ Vเป็นเซตย่อยกระชับทั้งคู่ แต่ส่วนตัดกันของทั้งสองเซต ซึ่งก็คือไม่เป็นเซตกระชับ โปรดสังเกตว่าทั้ง Uและ Vเป็นเซตเปิดกระชับ และไม่มีเซตใดเป็นเซตปิด
  2. ให้X = { a , b }และกำหนดโทโพโลยีให้กับ X เป็น { X , ∅, { a }}แล้ว { a }เป็นเซตกระชับ แต่ไม่ใช่เซตปิด
  3. ^เซตย่อยแท้ที่ไม่มีที่สิ้นสุดใดๆ ของปริภูมิที่มีโทโพโลยีโคไฟไนต์จะเป็นเซตกระชับแต่ไม่เป็นเซตปิด
  4. ให้ Xเป็นเซตของจำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบ เรากำหนด ยีจุดเฉพาะ ให้ กับ Xโดยกำหนดให้เซตย่อย UXเป็นเซตเปิดก็ต่อเมื่อ 0 ∈ U เท่านั้น ดังนั้น S  := {0}เป็นเซตกระชับ (compact set) การปิดของ S คือ Xทั้งหมดแต่ Xไม่ใช่เซตกระชับ เนื่องจากเซตของเซตย่อยเปิด {{0, x } : xX }ไม่มีเซตย่อยปิดที่มีขนาดจำกัด
  5. ^สำหรับโทโพโลยีที่นับได้ร่วมบนปริภูมิที่มี จุด นับไม่ได้ซึ่งไม่ใช่ทอพอโลยีเฮาส์ดอร์ฟ เซตย่อยจะเป็นเซตกระชับก็ต่อเมื่อเป็นเซตจำกัด และเซตย่อยจำกัดทั้งหมดเป็นเซตปิด

บรรณานุกรม

  • อเล็กซานดรอฟ, พาเวล ; อูรีซอห์น, พาเวล (1929) "Mémoire sur les espaces topologique Compact" Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, การดำเนินการของภาควิชาคณิตศาสตร์ศาสตร์ . 14 .
  • Arkhangel'skii, AV ; Fedorchuk, VV (1990). "แนวคิดพื้นฐานและโครงสร้างของโทโพโลยีทั่วไป". ใน Arkhangel'skii, AV; Pontrjagin, LS (บรรณาธิการ). โทโพโลยีทั่วไป เล่ม 1.สารานุกรมวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์. เล่ม 17. Springer. ISBN 978-0-387-18178-3..
  • Arkhangel'skii, AV (2001) [1994], "พื้นที่กระชับ" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , EMS Press.
  • โบลซาโน, เบอร์นาร์ด (1817) นักวิเคราะห์ของ Rein Beweis des Lehrsatzes, dass zwischen je zwey Werthen, เสียชีวิตแล้วและกำลังดำเนินการอยู่ ผลลัพธ์อยู่ที่ gewähren, wenigstens eine reele Wurzel der Gleichung liege วิลเฮล์ม เองเกลมันน์.( การพิสูจน์เชิงวิเคราะห์ล้วนๆ ของทฤษฎีบทที่ว่า ระหว่างค่าสองค่าใดๆ ที่ให้ผลลัพธ์ที่มีเครื่องหมายตรงข้ามกัน จะต้องมีรากจริงอย่างน้อยหนึ่งรากของสมการนั้น )
  • โบเรล, เอมิล (1895) "Sur quelques point de la théorie des fonctions" . Annales Scientifiques de l'École Normale Supérieure . 3. 12 : 9– 55. ดอย : 10.24033/ asens.406 เจเอฟเอ็ม 26.0429.03 .
  • บูร์บากิ, นิโคลัส (2007) โทโปโลจีทั่วไป บทที่ 1 และ 4 . เบอร์ลิน: สปริงเกอร์. ดอย : 10.1007/978-3-540-33982-3 . ไอเอสบีเอ็น 978-3-540-33982-3.
  • บอยเออร์, คาร์ล บี. (1959). ประวัติศาสตร์ของแคลคูลัสและการพัฒนาแนวคิด . นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์โดเวอร์. MR  0124178 .
  • Boyer, Carl Benjamin ; Merzbach, Uta C (1991). ประวัติศาสตร์คณิตศาสตร์ (ฉบับที่ 2). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-54397-8.
  • อาร์เซลา, เซซาเร (1895) "ซัลเล ฟันซิโอนิ ดี ลิเน" เมม อัคแคด. วิทยาศาสตร์ เกาะ โบโลญญา คลี. วิทยาศาสตร์ ปีการศึกษา 2561 เสื่อ5 (5): 55– 74.
  • อาร์เซลา, เซซาเร (1882–1883) "อุนออสเซอร์วาซิโอเน อินตอร์โน อัลเล ซีรีส์ ดิ ฟุนซิโอนี" ฉีก. เดลล์ อัคแคด. อาร์. เดลเล วิทย์. เดลล์อิสติตูโต ดิ โบโลญญา : 142– 159.
  • อัสโคลี จี. (1883–1884) "ขีดจำกัดของเส้นโค้งคือข้อมูลที่หลากหลาย" อัตติ เดลลา อาร์. อัคคัด. เดย ลินเซย์ เมโมรี เดลลา Cl. วิทยาศาสตร์ ปีการศึกษา 2561 เสื่อ. แนท . 18 (3): 521– 586.
  • เฟรเชต์, มอริซ (1906) "Sur quelques point du calcul fonctionnel" . เรนดิคอนติ เดล ซีร์โคโล มาเตมาติโก ดิ ปาแลร์โม22 (1): 1– 72. ดอย : 10.1007/ BF03018603 hdl : 10338.dmlcz/100655 . S2CID  123251660 .
  • กิลล์แมน, เลียวนาร์ด; เจริสัน, เมเยอร์ (1976). วงแหวนของฟังก์ชันต่อเนื่อง . สปริงเกอร์-เวอร์แลก.
  • Howes, Norman R. (23 มิถุนายน 1995). การวิเคราะห์และโทโพโลยีสมัยใหม่ . ตำราเรียนระดับบัณฑิตศึกษาทางคณิตศาสตร์ . นิวยอร์ก: Springer-Verlag Science & Business Media. ISBN 978-0-387-97986-1. OCLC  31969970 . OL  1272666M .
  • เคลลีย์, จอห์น (1955). โทโพโลยีทั่วไป . ตำราคณิตศาสตร์ระดับบัณฑิตศึกษา. เล่มที่ 27. สปริงเกอร์-เวอร์แลก.
  • ไคลน์, มอร์ริส (1990) [1972]. ความคิดทางคณิตศาสตร์ตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงสมัยใหม่ (ฉบับที่ 3). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-506136-9.
  • เลอเบสก์, อองรี (1904) Leçons sur l'intégration และ la recherche des fonctionsดั้งเดิม โกติเยร์-วิลลาร์ส
  • Mack, John (1967). "Directed covers and paracompact spaces". Canadian Journal of Mathematics . 19 : 649– 654. doi : 10.4153/CJM-1967-059-0 . MR  0211382 .
  • โรบินสัน, อับราฮัม (1996). การวิเคราะห์ที่ไม่เป็นมาตรฐาน . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน. ISBN 978-0-691-04490-3MR 0205854 ​
  • Scarborough, CT; Stone, AH (1966). "ผลคูณของปริภูมิเกือบกระชับ" (PDF) . ธุรกรรมของสมาคมคณิตศาสตร์อเมริกัน . 124 (1): 131– 147. doi : 10.2307/1994440 . JSTOR  1994440 . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อ 2017-08-16..
  • Steen, Lynn Arthur ; Seebach, J. Arthur Jr. (1995) [1978]. ตัวอย่างค้านในโทโพโลยี (พิมพ์ซ้ำฉบับปี 1978 โดย Dover Publications) เบอร์ลิน, นิวยอร์ก: Springer-Verlag. ISBN 978-0-486-68735-3MR 0507446 ​
  • วิลลาร์ด, สตีเฟน (1970). โทโพโลยีทั่วไป . สำนักพิมพ์โดเวอร์. ISBN 0-486-43479-6.
  • Sundström, Manya Raman (2010). "ประวัติศาสตร์เชิงการสอนของความกะทัดรัด". arXiv : 1006.4131v1 [ math.HO ].

บทความนี้ได้นำเนื้อหาจากตัวอย่างพื้นที่กระชับ (Examples of compact spaces)บนเว็บไซต์ PlanetMath มา ใช้ ซึ่งได้รับอนุญาตภายใต้Creative Commons Attribution/Share-Alike License

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Compact_space&oldid=1360524140 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พื้นที่ขนาดกะทัดรัด

ใน คณิตศาสตร์ โดยเฉพาะ โทโพโลยีทั่วไป และการ วิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ความกะทัดรัด เป็นคุณสมบัติของปริภูมิที่ทำให้ปริภูมินั้นมีพฤติกรรมคล้ายกับ เซตจำกัด ใน หลายๆ ด้าน [ 1 ]...

การพัฒนาทางประวัติศาสตร์

ในศตวรรษที่ 19 คุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันหลายประการได้รับการเข้าใจ ซึ่งต่อมาจะถูกมองว่าเป็นผลสืบเนื่องมาจากความกะทัดรัด ในอีกด้านหนึ่ง เบอร์นาร์ด โบลซาโน ( 1817 ) ตระหนักว่าลำดับของจุดที่มีขอบเขต (เช่น ในเส้นตรงหรือระนาบ)...

ตัวอย่างพื้นฐาน

ปริภูมิจำกัด ใดๆ ก็เป็นปริภูมิกระชับได้ (compact space) สามารถสร้างซับคัฟเวอร์จำกัดได้โดยการเลือกเซตเปิดที่บรรจุจุดแต่ละจุดไว้ ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิกระชับคือ ช่วงหน่วย (ปิด) [0,1] ของ จำนวนจริง ถ้าเราเลือกจุดที่แตกต่างกันจำนวนอนันต์ในช่วงหน่วยนั้น...

คำจำกัดความ

นิยามต่างๆ ของความกะทัดรัดอาจนำมาใช้ได้ ขึ้นอยู่กับระดับของความเป็นทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซตย่อยของ ปริภูมิ ยุคลิด จะกะทัดรัดก็ต่อเมื่อเซตนั้น ปิด และ มีขอบเขต ซึ่งหมายความว่า ตาม ทฤษฎีบทของโบลซาโน-ไวเออร์สตรัส ลำดับ อนันต์ใดๆจากเซตนั้นจะมี ลำดับย่อย...