กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 13 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ในสาขา คณิตศาสตร์ โท โพโลยี ปริภูมิ เอกรูป (Uniform space) คือ เซต ที่มี โครงสร้าง เพิ่มเติมซึ่งใช้ในการกำหนด คุณสมบัติเอกรูป เช่น ความสมบูรณ์ ความ ต่อเนื่องเอกรูป และ...

พื้นที่สม่ำเสมอ

ในสาขาคณิตศาสตร์โทโพโลยี ปริภูมิเอกรูป (Uniform space)คือเซต ที่มี โครงสร้างเพิ่มเติมซึ่งใช้ในการกำหนดคุณสมบัติเอกรูปเช่นความสมบูรณ์ความต่อเนื่องเอกรูปและการลู่เข้าเอกรูป ปริภูมิเอกรูปเป็นการขยายแนวคิดของปริภูมิเมตริกและกลุ่มโทโพโลยีแต่แนวคิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อกำหนดสัจพจน์ที่อ่อนที่สุดที่จำเป็นสำหรับการพิสูจน์ส่วนใหญ่ในคณิตศาสตร์วิเคราะห์

นอกจากคุณสมบัติทั่วไปของโครงสร้างเชิงทอพอโลยีแล้ว ในปริภูมิเอกรูป เรายังสามารถกำหนดแนวคิดเรื่องความใกล้ชิดสัมพัทธ์และความใกล้ชิดของจุดต่างๆ ได้อีกด้วย กล่าวคือ แนวคิดเช่น " xอยู่ใกล้aมากกว่าyอยู่ใกล้b " นั้นมีความหมายในปริภูมิเอกรูป ในทางตรงกันข้าม ในปริภูมิเชิงทอพอโลยีทั่วไป เมื่อกำหนดเซตA และ B แล้ว การกล่าวว่าจุดxอยู่ใกล้A มากๆ (เช่น อยู่ในส่วนปิดของA ) หรืออาจกล่าวได้ว่าAเป็นบริเวณใกล้เคียงที่เล็กกว่าของx เมื่อเทียบ กับB นั้นมีความหมาย แต่แนวคิดเรื่องความใกล้ชิดของจุดและความใกล้ชิดสัมพัทธ์นั้นไม่สามารถอธิบายได้ดีด้วยโครงสร้างเชิงทอพอโลยีเพียงอย่างเดียว

คำนิยาม

มีคำจำกัดความที่เทียบเท่ากันสามแบบสำหรับพื้นที่สม่ำเสมอ ซึ่งทั้งหมดประกอบด้วยพื้นที่ที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ

คำจำกัดความของ Entourage

คำจำกัดความนี้ปรับการนำเสนอพื้นที่เชิงทอพอโลยีในแง่ของระบบเพื่อนบ้านชุดข้อมูลที่ไม่ว่างเปล่าΦ{\displaystyle \Phi }ของเซตย่อยของX×X{\displaystyle X\times X}เป็นโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกัน (หรือความสม่ำเสมอ ) หากเป็นไปตามสัจพจน์ต่อไปนี้:

  1. ถ้ายูΦ{\displaystyle U\in \Phi }แล้วΔยู,{\displaystyle \Delta \subseteq U,}ที่ไหนΔ={(x,x):xX}{\displaystyle \Delta =\{(x,x):x\in X\}}เส้นทแยงมุมบนX×X.{\displaystyle X\times X.}
  2. ถ้ายูΦ{\displaystyle U\in \Phi }และยูวีX×X{\displaystyle U\subseteq V\subseteq X\times X}แล้ววีΦ.{\displaystyle V\in \Phi .}
  3. ถ้ายูΦ{\displaystyle U\in \Phi }และวีΦ{\displaystyle V\in \Phi }แล้วยูวีΦ.{\displaystyle U\cap V\in \Phi .}
  4. ถ้ายูΦ{\displaystyle U\in \Phi }แล้วก็มีบางอย่างวีΦ{\displaystyle V\in \Phi }โดยที่วีวียู{\displaystyle V\circ V\subseteq U}, ที่ไหนวีวี{\displaystyle V\circ V}หมายถึงองค์ประกอบของวี{\displaystyle V}กับตัวมันเองส่วนประกอบของสองเซตย่อยวี{\displaystyle V}และยู{\displaystyle U}ของX×X{\displaystyle X\times X}ถูกกำหนดโดยวียู={(x,z) :  มีอยู่จริง yX โดยที่ (x,y)ยู(y,z)วี}.{\displaystyle V\circ U=\{(x,z)~:~{\text{ there exists }}y\in X\,{\text{ such that }}\,(x,y)\in U\wedge (y,z)\in V\,\}.}
  5. ถ้ายูΦ{\displaystyle U\in \Phi }แล้วยู1Φ,{\displaystyle U^{-1}\in \Phi ,}ที่ไหนยู1={(y,x):(x,y)ยู}{\displaystyle U^{-1}=\{(y,x):(x,y)\in U\}}คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับยู.{\displaystyle U.}

ความไม่ว่างเปล่าของΦ{\displaystyle \Phi }เมื่อนำมารวมกับ (2) และ (3) ระบุว่าΦ{\displaystyle \Phi }เป็นตัวกรองบนX×X.{\displaystyle X\times X.}หากละเว้นคุณสมบัติสุดท้าย เราจะเรียกช่องว่างนั้นว่ากึ่งสม่ำเสมอองค์ประกอบหนึ่งยู{\displaystyle U}ของΦ{\displaystyle \Phi }เรียกว่าบริเวณใกล้เคียงหรือคำ ว่า entourageมาจากฝรั่งเศสซึ่งแปลว่าสภาพแวดล้อม

โดยปกติแล้วคนหนึ่งจะเขียนว่ายู[x]={y:(x,y)ยู}=pr2(ยู({x}×X)),{\displaystyle U[x]=\{y:(x,y)\in U\}=\operatorname {pr} _{2}(U\cap (\{x\}\times X)\,),}ที่ไหนยู({x}×X){\displaystyle U\cap (\{x\}\times X)}คือหน้าตัดแนวตั้งของยู{\displaystyle U}และpr2{\displaystyle \operatorname {pr} _{2}}คือการฉายภาพแบบแคนอนิกไปยังพิกัดที่สอง บนกราฟ กลุ่มวัตถุโดยทั่วไปจะถูกวาดเป็นก้อนล้อมรอบ "y=x{\displaystyle y=x}"แนวทแยง; ที่แตกต่างกันทั้งหมด"ยู[x]{\displaystyle U[x]}'s ก่อตัวเป็นหน้าตัดแนวตั้ง ถ้า(x,y)ยู{\displaystyle (x,y)\in U}แล้วก็มีคนพูดว่าx{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}เป็นยู{\displaystyle U}-ปิด ในทำนองเดียวกัน หากจุดทุกคู่ในเซตย่อยเอ{\displaystyle A}ของX{\displaystyle X}เป็นยู{\displaystyle U}-ปิด (นั่นคือ ถ้าเอ×เอ{\displaystyle A\times A}บรรจุอยู่ในยู{\displaystyle U}),เอ{\displaystyle A}เรียกว่ายู{\displaystyle U}-เล็ก . คณะติดตามยู{\displaystyle U}เป็นสมมาตรถ้า(x,y)ยู{\displaystyle (x,y)\in U}เมื่อไหร่กันแน่(y,x)ยู{\displaystyle (y,x)\in U}หรือในทำนองเดียวกัน ถ้ายู1=ยู{\displaystyle U^{-1}=U}สัจพจน์ข้อแรกกล่าวว่าแต่ละจุดคือยู{\displaystyle U}-อยู่ใกล้กันสำหรับผู้ติดตามแต่ละคนยู.{\displaystyle U.}สัจพจน์ข้อที่สามรับประกันว่าการเป็น "ทั้งสองอย่าง"ยู{\displaystyle U}-ปิดและวี{\displaystyle V}"-ใกล้ชิด" ยังเป็นความสัมพันธ์ใกล้ชิดในความสม่ำเสมออีกด้วย สัจพจน์ข้อที่สี่ระบุว่าสำหรับแต่ละกลุ่มยู{\displaystyle U}มีคณะติดตามวี{\displaystyle V}นั่นคือ "ไม่เกินครึ่งหนึ่งของขนาด" สุดท้ายแล้ว สัจพจน์ข้อสุดท้ายระบุว่า คุณสมบัติ "ความใกล้ชิด" เมื่อเทียบกับโครงสร้างที่เป็นเอกรูปนั้นมีความสมมาตรในx{\displaystyle x}และy.{\displaystyle y.}

เอฐานของขบวนผู้ติดตามหรือระบบพื้นฐานของกลุ่มคนรอบข้าง (หรือบริเวณใกล้เคียง) ที่มีความสม่ำเสมอΦ{\displaystyle \Phi }เป็นชุดใด ๆบี{\displaystyle {\mathcal {B}}}ของผู้ติดตามของΦ{\displaystyle \Phi }โดยที่ผู้ติดตามทุกคนของΦ{\displaystyle \Phi }ประกอบด้วยเซตที่เป็นของบี.{\displaystyle {\mathcal {B}}.}ดังนั้น จากคุณสมบัติข้อ 2 ข้างต้น ระบบพื้นฐานของกลุ่มคนรอบข้างจึง...บี{\displaystyle {\mathcal {B}}}การระบุความสม่ำเสมอก็เพียงพอแล้วΦ{\displaystyle \Phi }อย่างชัดเจน:Φ{\displaystyle \Phi }คือเซตของเซตย่อยของX×X{\displaystyle X\times X}ซึ่งประกอบด้วยชุดของบี.{\displaystyle {\mathcal {B}}.}พื้นที่ที่เป็นเอกภาพทุกแห่งมีระบบพื้นฐานของกลุ่มวัตถุที่ประกอบขึ้นจากกลุ่มวัตถุสมมาตร

ความเข้าใจโดยสัญชาตญาณเกี่ยวกับความสม่ำเสมอสามารถอธิบายได้จากตัวอย่างของปริภูมิเมตริก : ถ้า(X,){\displaystyle (X,d)}เป็นปริภูมิเมตริก เซต ยูเอ={(x,y)X×X:(x,y)เอ}ที่ไหนเอ>0{\displaystyle U_{a}=\{(x,y)\in X\times X:d(x,y)\leq a\}\quad {\text{where}}\quad a>0} สร้างระบบพื้นฐานของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ล้อมรอบโครงสร้างมาตรฐานที่เป็นเอกภาพของX.{\displaystyle X.}แล้วx{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}เป็นยูเอ{\displaystyle U_{a}}-ปิดสนิทเมื่อระยะห่างระหว่างx{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}มากที่สุดเอ.{\displaystyle a.}

ความสม่ำเสมอΦ{\displaystyle \Phi }ละเอียดกว่าความสม่ำเสมออีกแบบหนึ่งΨ{\displaystyle \Psi }บนชุดเดียวกัน ถ้าΦΨ;{\displaystyle \Phi \supseteq \Psi ใน กรณีนั้นΨ{\displaystyle \Psi }กล่าวกันว่าหยาบกว่าΦ.{\displaystyle \Phi .}

คำจำกัดความของมาตรวัดเทียม

พื้นที่สม่ำเสมอสามารถกำหนดได้ด้วยวิธีอื่นและเทียบเท่ากันโดยใช้ระบบเมตริกเทียมซึ่งเป็นแนวทางที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน (โดยใช้เมตริกเทียมจากเซมิ-นอร์ม ) กล่าวโดยละเอียดกว่านั้น ให้เอฟ:X×Xอาร์{\displaystyle f:X\times X\to \mathbb {R} }เป็นการวัดแบบเทียมบนชุดข้อมูลX.{\displaystyle X.}ภาพผกผันยูเอ=เอฟ1([0,เอ]){\displaystyle U_{a}=f^{-1}([0,a])}สำหรับเอ>0{\displaystyle a>0}สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าก่อให้เกิดระบบพื้นฐานของกลุ่มสิ่งรอบข้างที่มีความสม่ำเสมอ ความสม่ำเสมอที่เกิดขึ้นจากยูเอ{\displaystyle U_{a}}ความสม่ำเสมอที่กำหนดโดยมาตรวัดเทียมตัวเดียวเอฟ.{\displaystyle f.}นักเขียนบางคนเรียกปริภูมิที่มีโทโพโลยีซึ่งกำหนดโดยใช้เมตริกเทียมว่า ปริภูมิเกจ ( gauge spaces )

สำหรับครอบครัว(เอฟฉัน){\displaystyle \left(f_{i}\right)}ของมาตรวัดเทียมบนX,{\displaystyle X,}โครงสร้างเอกรูปที่กำหนดโดยตระกูลนั้นเป็นขอบเขตบนต่ำสุดของโครงสร้างเอกรูปที่กำหนดโดยเมตริกเทียมแต่ละตัวเอฟฉัน.{\displaystyle f_{i}.}ระบบพื้นฐานของกลุ่มสิ่งรอบข้างที่มีความสม่ำเสมอเช่นนี้ ได้มาจากเซตของ การตัดกัน แบบจำกัดของกลุ่มสิ่งรอบข้างที่มีความสม่ำเสมอซึ่งกำหนดโดยเมตริกเทียมแต่ละตัวเอฟฉัน.{\displaystyle f_{i}.}หากตระกูลของซูโดเมตริกมีจำนวนจำกัดจะเห็นได้ว่าโครงสร้างเอกรูปเดียวกันนั้นถูกกำหนดโดย ซูโดเมตริก เพียงตัวเดียวนั่นคือซองบนจีบเอฟฉัน{\displaystyle \sup _{}f_{i}}ของครอบครัว

ในทางที่ซับซ้อนกว่านั้น สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าโครงสร้างเอกรูปที่ยอมรับระบบพื้นฐานของกลุ่มรอบข้างที่นับได้ (ดังนั้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นเอกรูปที่กำหนดโดยตระกูลของเมตริกเทียมที่นับได้) สามารถกำหนดได้ด้วยเมตริกเทียมเพียงตัวเดียว ผลที่ตามมาคือโครงสร้างเอกรูป ใดๆก็สามารถกำหนดได้ดังที่กล่าวมาข้างต้นโดยตระกูลของเมตริกเทียม (ซึ่งอาจนับไม่ได้) (ดู Bourbaki: General Topology บทที่ IX §1 ข้อ 4)

คำจำกัดความของปกเครื่องแบบ

พื้นที่สม่ำเสมอ(X,Θ){\displaystyle (X,\Theta )}เป็นชุดX{\displaystyle X}มาพร้อมกับวัสดุหุ้มที่โดดเด่นหลากหลายชนิดΘ,{\displaystyle \Theta ,}เรียกว่า "ปกแบบเดียวกัน" ซึ่งดึงมาจากชุดปกของX,{\displaystyle X,}ซึ่งก่อตัวเป็นตัวกรองเมื่อเรียงลำดับตามการกลั่นกรองแบบดาว กล่าวกันว่าเป็นฝาครอบพี{\displaystyle \mathbf {P} }เป็นการ ปรับปรุง ปกที่โดดเด่นคิว,{\displaystyle \mathbf {Q} ,}เขียนไว้พี<*คิว,{\displaystyle \mathbf {P} <^{*}\mathbf {Q} ,}ถ้าสำหรับทุกๆเอพี,{\displaystyle A\in \mathbf {P} ,}มียูคิว{\displaystyle U\in \mathbf {Q} }โดยที่ถ้าเอบี,บีพี,{\displaystyle A\cap B\neq \varnothing ,B\in \mathbf {P} ,}แล้วบียู.{\displaystyle B\subseteq U.}ตามหลักการพื้นฐานแล้ว เงื่อนไขของการเป็นตัวกรองสามารถลดทอนได้ดังนี้:

  1. {X}{\displaystyle \{X\}}เป็นปกที่สม่ำเสมอ (นั่นคือ{X}Θ{\displaystyle \{X\}\in \Theta })
  2. ถ้าพี<*คิว{\displaystyle \mathbf {P} <^{*}\mathbf {Q} }กับพี{\displaystyle \mathbf {P} }ปกที่สม่ำเสมอและคิว{\displaystyle \mathbf {Q} }ปกของX,{\displaystyle X,}แล้วคิว{\displaystyle \mathbf {Q} }นอกจากนี้ยังเป็นชุดคลุมที่สม่ำเสมออีกด้วย
  3. ถ้าพี{\displaystyle \mathbf {P} }และคิว{\displaystyle \mathbf {Q} }มีฝาครอบที่เป็นแบบเดียวกัน ดังนั้นจึงมีฝาครอบที่เป็นแบบเดียวกันอาร์{\displaystyle \mathbf {R} }ที่ปรับปรุงดาวทั้งสองพี{\displaystyle \mathbf {P} }และคิว{\displaystyle \mathbf {Q} }

เมื่อกำหนดจุดหนึ่งแล้วx{\displaystyle x}และปกที่เป็นแบบเดียวกันพี,{\displaystyle \mathbf {P} ,}เราสามารถพิจารณาถึงสหภาพของสมาชิกของพี{\displaystyle \mathbf {P} }ที่มีx{\displaystyle x}ในฐานะที่เป็นย่านทั่วไปของx{\displaystyle x}ของ "ขนาด"พี,{\displaystyle \mathbf {P} ,}และมาตรการที่เข้าใจง่ายนี้สามารถนำไปใช้ได้อย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นที่

เมื่อกำหนดพื้นที่สม่ำเสมอในแง่ของสภาพแวดล้อม ให้กำหนดสิ่งปกคลุมพี{\displaystyle \mathbf {P} }ควรแต่งกายให้เป็นแบบเดียวกันหากมีผู้ติดตามยู{\displaystyle U}โดยที่สำหรับแต่ละxX,{\displaystyle x\in X,}มีเอพี{\displaystyle A\in \mathbf {P} }โดยที่ยู[x]เอ.{\displaystyle U[x]\subseteq A.}การปกคลุมแบบสม่ำเสมอเหล่านี้ก่อให้เกิดปริภูมิสม่ำเสมอตามคำนิยามที่สอง ในทางกลับกัน เมื่อกำหนดปริภูมิสม่ำเสมอในความหมายของการปกคลุมแบบสม่ำเสมอแล้ว เซตย่อยของ{เอ×เอ:เอพี},{\displaystyle \bigcup \{A\times A:A\in \mathbf {P} \},}เช่นพี{\displaystyle \mathbf {P} }ช่วงต่างๆ เหนือฝาครอบที่เป็นเอกรูป คือกลุ่มของพื้นที่เอกรูปตามคำจำกัดความแรก ยิ่งไปกว่านั้น การแปลงทั้งสองนี้เป็นตัวผกผันซึ่งกันและกัน[ 1 ]

โทโพโลยีของปริภูมิเอกรูป

พื้นที่ที่เป็นมาตรฐานทุกแห่งX{\displaystyle X}กลายเป็นปริภูมิเชิงทอพอโลยีโดยการกำหนดเซตย่อยที่ไม่ว่างเปล่าโอX{\displaystyle O\subseteq X}จะเปิดได้ก็ต่อเมื่อ...สำหรับทุกๆxโอ{\displaystyle x\in O}มีผู้ติดตามอยู่วี{\displaystyle V}โดยที่วี[x]{\displaystyle V[x]}เป็นส่วนย่อยของโอ.{\displaystyle O.}ในโทโพโลยีนี้ ตัวกรองบริเวณใกล้เคียงของจุดหนึ่งx{\displaystyle x}เป็น{วี[x]:วีΦ}.{\displaystyle \{V[x]:V\in \Phi \}.}สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้การมีอยู่ของกลุ่มที่มีขนาด "ครึ่งหนึ่ง" ซ้ำๆ เมื่อเปรียบเทียบกับปริภูมิเชิงทอพอโลยีทั่วไป การมีอยู่ของโครงสร้างที่สม่ำเสมอทำให้สามารถเปรียบเทียบขนาดของย่านใกล้เคียงได้:วี[x]{\displaystyle V[x]}และวี[y]{\displaystyle V[y]}ถือว่ามี "ขนาดเท่ากัน"

โทโพโลยีที่กำหนดโดยโครงสร้างที่เป็นเอกรูปเรียกว่าเกิดจากความสม่ำเสมอโครงสร้างที่สม่ำเสมอในปริภูมิเชิงทอพอโลยีจะเข้ากันได้กับทอพอโลยีก็ต่อเมื่อทอพอโลยีที่กำหนดโดยโครงสร้างที่สม่ำเสมอตรงกับทอพอโลยีเดิม โดยทั่วไปแล้ว โครงสร้างที่สม่ำเสมอหลายแบบสามารถเข้ากันได้กับทอพอโลยีที่กำหนดบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีX.{\displaystyle X.}

พื้นที่ที่สามารถทำให้เป็นมาตรฐานเดียวกันได้

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีเรียกว่าอะไร?สามารถทำให้เป็นเอกรูปได้หากมีโครงสร้างเอกรูปที่เข้ากันได้กับโทโพโลยี

ทุกปริภูมิที่สามารถทำให้เป็นเอกรูปได้ล้วนเป็น ปริภูมิเชิงทอพอโลยี แบบปกติโดยสมบูรณ์ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับปริภูมิที่สามารถทำให้เป็นเอกรูปได้X{\displaystyle X}สิ่งต่อไปนี้มีความหมายเทียบเท่ากัน:

นักเขียนบางท่าน (เช่น Engelking) เพิ่มเงื่อนไขสุดท้ายนี้เข้าไปในนิยามของปริภูมิที่สามารถทำให้เป็นเอกรูปได้โดยตรง

โทโพโลยีของปริภูมิที่สามารถทำให้เป็นเอกรูปได้จะเป็นโทโพโลยีสมมาตรเสมอนั่นคือปริภูมินั้นเป็นปริภูมิR

ในทางกลับกัน พื้นที่ปกติสมบูรณ์ทุกแห่งสามารถทำให้เป็นเอกรูปได้ เอกรูปที่สอดคล้องกับโทโพโลยีของพื้นที่ปกติสมบูรณ์X{\displaystyle X}สามารถนิยามได้ว่าเป็นความสม่ำเสมอที่หยาบที่สุดที่ทำให้ฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องทั้งหมดบนX{\displaystyle X}มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอ ระบบพื้นฐานของกลุ่มตัวแปรที่ทำให้เกิดความต่อเนื่องสม่ำเสมอนี้ได้มาจากจุดตัดจำกัดทั้งหมดของเซต(เอฟ×เอฟ)1(วี),{\displaystyle (f\times f)^{-1}(V),}ที่ไหนเอฟ{\displaystyle f}เป็นฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนX{\displaystyle X}และวี{\displaystyle V}เป็นกลุ่มผู้ติดตามของพื้นที่ที่เป็นเอกภาพอาร์.{\displaystyle \mathbf {R} .}ความสม่ำเสมอนี้กำหนดโทโพโลยี ซึ่งหยาบกว่าโทโพโลยีเดิมอย่างเห็นได้ชัดX;{\displaystyle X;}การที่มันมีความละเอียดกว่าโทโพโลยีเดิม (ดังนั้นจึงตรงกัน) เป็นผลสืบเนื่องมาจากความสม่ำเสมออย่างสมบูรณ์: สำหรับใดๆxX{\displaystyle x\in X}และย่านหนึ่งX{\displaystyle X}ของx,{\displaystyle x,}มีฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องอยู่เอฟ{\displaystyle f}กับเอฟ(x)=0{\displaystyle f(x)=0}และเท่ากับ 1 ในส่วนเติมเต็มของวี.{\displaystyle V.}

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พื้นที่เฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับสามารถทำให้เป็นเอกรูปได้ อันที่จริง สำหรับพื้นที่เฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับX{\displaystyle X}เซตของย่านใกล้เคียงทั้งหมดของเส้นทแยงมุมในX×X{\displaystyle X\times X}ก่อให้เกิด ความสม่ำเสมอ ที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งสอดคล้องกับโครงสร้างทางเรขาคณิต

ปริภูมิเอกรูปเฮาส์ดอร์ฟสามารถกำหนดเมตริกได้ก็ต่อเมื่อความเอกรูปของปริภูมินั้นสามารถนิยามได้ด้วยตระกูลของซูโดเมตริกที่นับได้ ที่ จริงแล้ว ดังที่ได้กล่าวไว้ ข้างต้นความเอกรูปดังกล่าวสามารถนิยามได้ด้วย ซูโดเมตริก เพียงตัวเดียวซึ่งจำเป็นต้องเป็นเมตริกหากปริภูมินั้นเป็นเฮาส์ดอร์ฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากโทโพโลยีของปริภูมิเวกเตอร์เป็นเฮาส์ดอร์ฟและสามารถนิยามได้ด้วยตระกูลของเซมิ-นอร์ม ที่นับได้ ปริภูมิ นั้นก็สามารถกำหนดเมตริกได้

ความต่อเนื่องที่สม่ำเสมอ

เช่นเดียวกับฟังก์ชันต่อเนื่องระหว่างปริภูมิเชิงทอพอโลยีซึ่งรักษาคุณสมบัติเชิงทอพอโลยีไว้ฟังก์ชันต่อเนื่องสม่ำเสมอระหว่างปริภูมิสม่ำเสมอ ก็รักษาคุณสมบัติสม่ำเสมอไว้ เช่นกัน

ฟังก์ชันต่อเนื่องสม่ำเสมอ หมายถึง ฟังก์ชันที่ภาพผกผันของกลุ่มวัตถุรอบข้างยังคงเป็นกลุ่มวัตถุรอบข้าง หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ฟังก์ชันที่ภาพผกผันของกลุ่มวัตถุปกคลุมสม่ำเสมอ ยังคงเป็นกลุ่มวัตถุปกคลุมสม่ำเสมอ กล่าวโดยชัดเจน ฟังก์ชันดังกล่าวเอฟ:Xวาย{\displaystyle f:X\to Y}ระหว่างช่องว่างที่สม่ำเสมอเรียกว่าต่อเนื่องสม่ำเสมอหากสำหรับทุกกลุ่มผู้ติดตามวี{\displaystyle V}ในวาย{\displaystyle Y}มีผู้ติดตามอยู่ยู{\displaystyle U}ในX{\displaystyle X}โดยที่ถ้า(x1,x2)ยู{\displaystyle \left(x_{1},x_{2}\right)\in U}แล้ว(เอฟ(x1),เอฟ(x2))วี;{\displaystyle \left(f\left(x_{1}\right),f\left(x_{2}\right)\right)\in V;}หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เมื่อใดก็ตามที่วี{\displaystyle V}เป็นคณะติดตามในวาย{\displaystyle Y}แล้ว(เอฟ×เอฟ)1(วี){\displaystyle (f\times f)^{-1}(V)}เป็นคณะติดตามในX{\displaystyle X}, ที่ไหนเอฟ×เอฟ:X×Xวาย×วาย{\displaystyle f\times f:X\times X\to Y\times Y}ถูกกำหนดโดย(เอฟ×เอฟ)(x1,x2)=(เอฟ(x1),เอฟ(x2)).{\displaystyle (f\times f)\left(x_{1},x_{2}\right)=\left(f\left(x_{1}\right),f\left(x_{2}\right)\right).}

ฟังก์ชันต่อเนื่องสม่ำเสมอทั้งหมดจะต่อเนื่องเมื่อเทียบกับโทโพโลยีที่เหนี่ยวนำ

ปริภูมิเอกรูปที่มีแผนที่เอกรูปก่อให้เกิดหมวดหมู่ ไอโซมอร์ฟิ ซึม ระหว่างปริภูมิเอกรูปเรียกว่าไอโซมอร์ฟิซึมแบบเอกรูป ; กล่าวคือ เป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงที่มีความต่อเนื่องแบบเอกรูปฟังก์ชันผกผันนั้นก็มีความต่อเนื่องแบบเอกรูปเช่นกันการฝังแบบสม่ำเสมอ (uniform embedding)เป็นแผนที่แบบหนึ่งต่อหนึ่งที่มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอ (injective uniformly continuous map)ฉัน:Xวาย{\displaystyle i:X\to Y}ระหว่างช่องว่างสม่ำเสมอที่มีส่วนกลับฉัน1:ฉัน(X)X{\displaystyle i^{-1}:i(X)\to X}นอกจากนี้ยังมีความต่อเนื่องสม่ำเสมอ โดยที่ภาพฉัน(X){\displaystyle i(X)}ความสม่ำเสมอของปริภูมิย่อยที่สืบทอดมาจากวาย.{\displaystyle Y.}

ความสมบูรณ์

เมื่อขยายแนวคิดของปริภูมิเมตริกสมบูรณ์เราสามารถกำหนดความสมบูรณ์สำหรับปริภูมิเอกรูปได้เช่นกัน แทนที่จะทำงานกับลำดับโคชีเราจะทำงานกับตัวกรองโคชี (หรือโครงข่ายโคชี )

เอตัวกรองโคชี (ตามลำดับ)ตัวกรองล่วงหน้าของ Cauchyบนพื้นที่สม่ำเสมอX{\displaystyle X}เป็นตัวกรอง (หรือตัวกรอง เบื้องต้น )เอฟ{\displaystyle F}โดยที่สำหรับผู้ติดตามทุกคนยู,{\displaystyle U,}มีอยู่จริงเอเอฟ{\displaystyle A\in F}กับเอ×เอยู.{\displaystyle A\times A\subseteq U.}กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตัวกรองจะเป็นตัวกรองโคชีก็ต่อเมื่อมันประกอบด้วยเซตที่มีขนาด "เล็กอย่างไม่จำกัด" จากนิยามดังกล่าว สรุปได้ว่า ตัวกรองทุกตัวที่ลู่เข้า (โดยสัมพันธ์กับโทโพโลยีที่กำหนดโดยโครงสร้างเอกรูป) จะเป็นตัวกรองโคชีตัวกรองโคชีขั้นต่ำสุดคือ ตัวกรองโคชีที่ไม่ประกอบด้วยตัวกรองโคชีที่เล็กกว่า (กล่าวคือ หยาบกว่า) ใดๆ (นอกเหนือจากตัวมันเอง) สามารถแสดงได้ว่าตัวกรองโคชีทุกตัวประกอบด้วยตัวกรองโคชีขั้นต่ำสุดที่ไม่ตัวกรองบริเวณใกล้เคียงของแต่ละจุด (ตัวกรองที่ประกอบด้วยบริเวณใกล้เคียงทั้งหมดของจุดนั้น) เป็นตัวกรองโคชีขั้นต่ำสุด

ในทางกลับกัน พื้นที่สม่ำเสมอเรียกว่าสมบูรณ์หากตัวกรองโคชีทุกตัวลู่เข้า ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับใดๆ ก็เป็นปริภูมิเอกรูปสมบูรณ์โดยสัมพันธ์กับเอกรูปเฉพาะที่เข้ากันได้กับโทโพโลยี

พื้นที่ที่มีความสม่ำเสมออย่างสมบูรณ์แบบจะมีคุณสมบัติที่สำคัญดังต่อไปนี้: ถ้าเอฟ:เอวาย{\displaystyle f:A\to Y}เป็น ฟังก์ชัน ต่อเนื่องสม่ำเสมอจากเซตย่อยหนาแน่นเอ{\displaystyle A}ของพื้นที่สม่ำเสมอX{\displaystyle X}ให้เป็นพื้นที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์วาย,{\displaystyle Y,}แล้วเอฟ{\displaystyle f}สามารถขยาย (อย่างเป็นเอกลักษณ์) ไปสู่ฟังก์ชันต่อเนื่องสม่ำเสมอในทุก ๆ ด้านได้X.{\displaystyle X.}

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่สามารถทำให้เป็นปริภูมิเอกรูปสมบูรณ์ได้ โดยที่ความเป็นเอกรูปนั้นเหนี่ยวนำให้เกิดทอพอโลยีเดิม เรียกว่า ปริภูมิเอกรูปสมบูรณ์ (completely uniformizable space )

เอการ สร้างพื้นที่ที่เป็นมาตรฐานให้เสร็จสมบูรณ์X{\displaystyle X}เป็นคู่(ฉัน,ซี){\displaystyle (i,C)}ประกอบด้วยพื้นที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์ซี{\displaystyle C}และการฝังตัวแบบสม่ำเสมอฉัน:Xซี{\displaystyle i:X\to C}ภาพของใครฉัน(X){\displaystyle i(X)}เป็นเซตย่อยที่มีความหนาแน่นสูงของซี.{\displaystyle C.}

การเสร็จสิ้นแบบเฮาส์ดอร์ฟของพื้นที่ที่เป็นเอกภาพ

เช่นเดียวกับปริภูมิเมตริก ปริภูมิเอกรูปทุกปริภูมิX{\displaystyle X}มีการเติมเต็มแบบเฮาส์ดอร์ฟ : กล่าวคือ มีปริภูมิเอกรูปเฮาส์ดอร์ฟที่สมบูรณ์อยู่จริงวาย{\displaystyle Y}และแผนที่ที่มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอฉัน:Xวาย{\displaystyle i:X\to Y}(ถ้าX{\displaystyle X}ถ้าเป็นปริภูมิเอกรูปเฮาส์ดอร์ฟแล้วฉัน{\displaystyle i}เป็นการฝังเชิงโทโพโลยีที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

สำหรับการแมปแบบต่อเนื่องสม่ำเสมอใดๆเอฟ{\displaystyle f}ของX{\displaystyle X}สู่พื้นที่ที่เป็นระเบียบเรียบร้อยแบบเฮาส์ดอร์ฟอย่างสมบูรณ์,{\displaystyle Z,}มีแผนที่ต่อเนื่องสม่ำเสมอที่ไม่ซ้ำกันจี:วาย{\displaystyle g:Y\to Z}โดยที่เอฟ=จีฉัน.{\displaystyle f=gi.}

การก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์ที่เฮาส์ดอร์ฟวาย{\displaystyle Y}มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวจนถึงระดับไอโซมอร์ฟิซึม ในฐานะเซตวาย{\displaystyle Y}สามารถถือได้ว่าประกอบด้วย ตัวกรอง Cauchy ขั้นต่ำบนX.{\displaystyle X.}ในฐานะตัวกรองของย่านใกล้เคียงบี(x){\displaystyle \mathbf {B} (x)}ของแต่ละจุดx{\displaystyle x}ในX{\displaystyle X}เป็นตัวกรอง Cauchy ขั้นต่ำ แผนที่ฉัน{\displaystyle i}สามารถกำหนดได้โดยการแมปx{\displaystyle x}ถึงบี(x).{\displaystyle \mathbf {B} (x).}แผนที่ฉัน{\displaystyle i}นิยามดังกล่าวโดยทั่วไปแล้วไม่ใช่ฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่ง ในความเป็นจริง กราฟของความสัมพันธ์สมมูลฉัน(x)=ฉัน(x){\displaystyle i(x)=i(x')}คือจุดตัดของกลุ่มผู้ติดตามทั้งหมดของX,{\displaystyle X,}และด้วยเหตุนี้ฉัน{\displaystyle i}เป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งก็ต่อเมื่อX{\displaystyle X}คือเฮาส์ดอร์ฟ

โครงสร้างที่เป็นเอกภาพบนวาย{\displaystyle Y}กำหนดไว้ดังนี้: สำหรับแต่ละกลุ่มสมมาตรวี{\displaystyle V}(นั่นคือ ในลักษณะที่ว่า(x,y)วี{\displaystyle (x,y)\in V}หมายความว่า(y,x)วี{\displaystyle (y,x)\in V}), อนุญาตซี(วี){\displaystyle C(V)}เป็นเซตของคู่ทั้งหมด(เอฟ,จี){\displaystyle (F,G)}ของตัวกรองโคชีขั้นต่ำซึ่งมีคุณสมบัติร่วมกันอย่างน้อยหนึ่งอย่างวี{\displaystyle V}-ชุดเล็กชุดต่างๆซี(วี){\displaystyle C(V)}สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าก่อให้เกิดระบบพื้นฐานของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อยู่รอบตัววาย{\displaystyle Y}มีโครงสร้างที่เป็นมาตรฐานตามที่กำหนดไว้

ชุดฉัน(X){\displaystyle i(X)}ดังนั้นจึงเป็นเซตย่อยที่มีความหนาแน่นของวาย.{\displaystyle Y.} ถ้าX{\displaystyle X}ถ้าอย่างนั้นก็คือเฮาส์ดอร์ฟนั่นเองฉัน{\displaystyle i} เป็นการสมมาตรไปยังฉัน(X),{\displaystyle i(X),}และด้วยเหตุนี้X{\displaystyle X}สามารถระบุได้ด้วยเซตย่อยที่มีความหนาแน่นสูงของความสมบูรณ์ นอกจากนี้ฉัน(X){\displaystyle i(X)}เป็นของเฮาส์ดอร์ฟเสมอ เรียกว่า...พื้นที่สม่ำเสมอของเฮาส์ดอร์ฟที่เกี่ยวข้องกับX.{\displaystyle X.} ถ้าอาร์{\displaystyle R}แสดงถึงความสัมพันธ์สมมูลฉัน(x)=ฉัน(x),{\displaystyle i(x)=i(x'),}จากนั้นพื้นที่ผลหารX/อาร์{\displaystyle X/R}เป็นโฮโมมอร์ฟิกกับฉัน(X).{\displaystyle i(X).}

ตัวอย่าง

  1. พื้นที่เมตริกทุกแห่ง(เอ็ม,){\displaystyle (M,d)}สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นปริภูมิเอกรูป อันที่จริง เนื่องจากเมตริกเป็นเสมือนเมตริกอยู่แล้วนิยามของเสมือนเมตริก จึง ให้...เอ็ม{\displaystyle M}ด้วยโครงสร้างที่เป็นเอกภาพ ระบบพื้นฐานของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีความเป็นเอกภาพนี้ได้รับการจัดเตรียมโดยเซตต่างๆ

    ยูเอ1([0,เอ])={(,n)เอ็ม×เอ็ม:(,n)เอ}.{\displaystyle \qquad U_{a}\triangleq d^{-1}([0,a])=\{(m,n)\in M\times M:d(m,n)\leq a\}.}

    โครงสร้างที่เป็นเอกภาพนี้บนเอ็ม{\displaystyle M}สร้างโทโพโลยีของปริภูมิเมตริกตามปกติบนเอ็ม.{\displaystyle M.}อย่างไรก็ตาม ปริภูมิเมตริกที่แตกต่างกันสามารถมีโครงสร้างเอกรูปที่เหมือนกันได้ (ตัวอย่างง่ายๆ คือ ค่าคงที่คูณกับเมตริก) โครงสร้างเอกรูปนี้ยังก่อให้เกิดนิยามที่เทียบเท่ากันของความต่อเนื่องเอกรูปและความสมบูรณ์สำหรับปริภูมิเมตริกด้วย
  2. โดยใช้เมตริกส์ เราสามารถสร้างตัวอย่างง่ายๆ ของโครงสร้างเอกรูปที่แตกต่างกันซึ่งมีโทโพโลยีที่ตรงกันได้ เช่น สมมติให้1(x,y)=|xy|{\displaystyle d_{1}(x,y)=|x-y|}จะเป็นตัวชี้วัดปกติบนอาร์{\displaystyle \mathbb {R} }และปล่อยให้2(x,y)=|อีxอีy|.{\displaystyle d_{2}(x,y)=\left|e^{x}-e^{y}\right|.} จากนั้นตัวชี้วัดทั้งสองจะเหนี่ยวนำให้เกิดโทโพโลยีแบบปกติบนอาร์,{\displaystyle \mathbb {R} ,}อย่างไรก็ตาม โครงสร้างที่เป็นเอกภาพนั้นมีความแตกต่างกัน เนื่องจาก{(x,y):|xy|<1}{\displaystyle \{(x,y):|x-y|<1\}}เป็นคณะผู้ติดตามในโครงสร้างที่เป็นเอกภาพสำหรับ1(x,y){\displaystyle d_{1}(x,y)}แต่ไม่ใช่สำหรับ2(x,y).{\displaystyle d_{2}(x,y).} โดยคร่าวๆ ตัวอย่างนี้สามารถมองได้ว่าเป็นการนำความสม่ำเสมอตามปกติมาบิดเบือนผ่านการกระทำของฟังก์ชันต่อเนื่องแต่ไม่ต่อเนื่องอย่างสม่ำเสมอ
  3. ทุกกลุ่มโทโพโลยีจี{\displaystyle G}(โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี ทุกปริภูมิ ) จะกลายเป็นปริภูมิเอกรูป ถ้าเรากำหนดเซตย่อยวีจี×จี{\displaystyle V\subseteq G\times G}จะถือว่าเป็นคณะติดตามได้ก็ต่อเมื่อมีสิ่งนั้นรวมอยู่ด้วยเท่านั้น{(x,y):xy1ยู}{\displaystyle \{(x,y):x\cdot y^{-1}\in U\}}สำหรับบางย่านยู{\displaystyle U}ขององค์ประกอบเอกลักษณ์ของจี.{\displaystyle G.}โครงสร้างที่เป็นเอกภาพนี้บนจี{\displaystyle G}เรียกว่าความสม่ำเสมอที่ถูกต้องบนจี,{\displaystyle G,}เพราะสำหรับทุกๆเอจี,{\displaystyle a\in G,}การคูณที่ถูกต้องxxเอ{\displaystyle x\to x\cdot a}มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอเมื่อเทียบกับโครงสร้างสม่ำเสมอนี้ นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดความสม่ำเสมอทางซ้ายบนได้อีกด้วยจี;{\displaystyle G;}ทั้งสองอย่างไม่จำเป็นต้องตรงกัน แต่ทั้งคู่ต่างก็สร้างโทโพโลยีที่กำหนดไว้บนจี.{\displaystyle G.}
  4. สำหรับกลุ่มโทโพโลยีทุกกลุ่มจี{\displaystyle G}และกลุ่มย่อยของมันชมจี{\displaystyle H\subseteq G}เซตของโคเซต ซ้ายจี/ชม{\displaystyle G/H}เป็นพื้นที่สม่ำเสมอโดยสัมพันธ์กับความสม่ำเสมอΦ{\displaystyle \Phi }กำหนดไว้ดังต่อไปนี้ เซตยู~={(,ที)จี/ชม×จี/ชม:  ทียู},{\displaystyle {\tilde {U}}=\{(s,t)\in G/H\times G/H:\ \ t\in U\cdot s\},}ที่ไหนยู{\displaystyle U}วิ่งผ่านย่านต่างๆ ของอัตลักษณ์ในจี,{\displaystyle G,}สร้างระบบพื้นฐานของกลุ่มผู้ติดตามเพื่อความสม่ำเสมอΦ.{\displaystyle \Phi .}โทโพโลยีเหนี่ยวนำที่สอดคล้องกันบนจี/ชม{\displaystyle G/H}เท่ากับโทโพโลยีผลหารที่กำหนดโดยแผนที่ธรรมชาติจีจี/ชม.{\displaystyle G\to G/H.}
  5. โทโพโลยีแบบไม่สำคัญเป็นส่วนหนึ่งของปริภูมิเอกรูปซึ่งผลคูณคาร์ทีเซียนทั้งหมดX×X{\displaystyle X\times X}เป็นคณะผู้ติดตาม เพียงคณะเดียว

ประวัติศาสตร์

ก่อนที่André Weilจะให้คำจำกัดความที่ชัดเจนครั้งแรกของโครงสร้างเอกภาพในปี 1937 แนวคิดเรื่องเอกภาพ เช่น ความสมบูรณ์ ได้ถูกกล่าวถึงโดยใช้ปริภูมิเมตริกNicolas Bourbakiได้ให้คำจำกัดความของโครงสร้างเอกภาพในแง่ของกลุ่มสิ่งรอบข้างในหนังสือTopologie GénéraleและJohn Tukeyได้ให้คำจำกัดความของการปกคลุมเอกภาพ Weil ยังได้จำแนกลักษณะของปริภูมิเอกภาพในแง่ของตระกูลเมตริกเทียมอีกด้วย

ดูเพิ่มเติม

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ในสาขา คณิตศาสตร์ โท โพโลยี ปริภูมิ เอกรูป (Uniform space) คือ เซต ที่มี โครงสร้าง เพิ่มเติมซึ่งใช้ในการกำหนด คุณสมบัติเอกรูป เช่น ความสมบูรณ์ ความ ต่อเนื่องเอกรูป และ...

คำนิยาม

มีคำจำกัดความที่เทียบเท่ากันสามแบบสำหรับพื้นที่สม่ำเสมอ ซึ่งทั้งหมดประกอบด้วยพื้นที่ที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ

คำจำกัดความของ Entourage

คำจำกัดความนี้ปรับการนำเสนอพื้นที่เชิงทอพอโลยีในแง่ของ ระบบเพื่อนบ้าน ชุดข้อมูลที่ไม่ว่างเปล่า Φ {\displaystyle \Phi } ของเซตย่อยของ X × X {\displaystyle X\times X} เป็น โครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกัน (หรือ ความสม่ำเสมอ ) หากเป็นไปตามสัจพจน์ต่อไปนี้:

คำจำกัดความของมาตรวัดเทียม

พื้นที่สม่ำเสมอสามารถกำหนดได้ด้วยวิธีอื่นและเทียบเท่ากันโดยใช้ระบบ เมตริกเทียม ซึ่งเป็นแนวทางที่มีประโยชน์อย่างยิ่งใน การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน (โดยใช้เมตริกเทียมจาก เซมิ-นอร์ม ) กล่าวโดยละเอียดกว่านั้น ให้ เอฟ : X × X → อาร์ {\displaystyle f:X\times X\to...