อ่าน 8 นาที
คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
ในโทโพโลยีทั่วไปซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ตระกูลของเซตย่อยของเซต หนึ่ง จะเรียกว่ามีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (FIP) หากตระกูลย่อยจำกัดใดๆ ของเซตนั้น มี การตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า
คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
ในโทโพโลยีทั่วไปซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ตระกูลของเซตย่อยของเซต หนึ่ง จะเรียกว่ามีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (FIP) หากตระกูลย่อยจำกัดใดๆ ของเซตนั้น มี การตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า และจะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่แข็งแกร่ง (SFIP) หากตระกูลย่อยจำกัดใดๆ ของเซตนั้นมีการตัดกันแบบอนันต์ เซตที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดยังเรียกว่าระบบศูนย์กลางและฐานย่อยตัวกรอง[ 1 ]
คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดสามารถนำมาใช้ในการกำหนดนิยามใหม่ของความกะทัดรัด เชิงทอพอโลยี ในแง่ของเซตปิดซึ่งนี่คือการประยุกต์ใช้ที่โดดเด่นที่สุด การประยุกต์ใช้อื่นๆ ได้แก่ การพิสูจน์ว่าเซตสมบูรณ์ บางเซต เป็นเซตที่นับไม่ได้ และการสร้างอัลตราฟิลเตอร์
คำนิยาม
ให้เป็นเซต และเป็นตระกูลของเซตย่อยของ( เซตย่อยของเซตกำลังของ) แล้วกล่าวได้ว่า มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด ถ้าการตัดกันของเซตย่อยจำนวนจำกัดจากไม่ว่างเปล่าเสมอ กล่าวได้ว่า มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่เข้มงวด ถ้าการตัดกันนั้นเป็นอนันต์เสมอ[ 1 ]
ในการศึกษาตัวกรองจุดตัดของเซตตระกูลหนึ่งเรียกว่าเคอร์เนลซึ่งมาจากรากศัพท์เดียวกันกับดอกทานตะวันตระกูลที่มีเคอร์เนลว่างเรียกว่าตระกูลอิสระ ส่วนตระกูล ที่มีเคอร์เนลไม่ว่างเรียก ว่า ตระกูลคงที่[ 2 ]
ตัวอย่างและไม่ใช่ตัวอย่าง
เซตว่างไม่สามารถเป็นสมาชิกของกลุ่มใดๆ ที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดได้
ถ้าเซตย่อยมีแกนกลางที่ไม่ว่างเปล่า เซตย่อยนั้นจะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดอย่างเห็นได้ชัด ส่วนข้อความกลับกันนั้นโดยทั่วไปแล้วไม่เป็นจริง (แม้ว่าจะเป็นจริงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อ เซต ย่อยนั้นจำกัด) ตัวอย่างเช่น กลุ่มของเซตย่อยร่วมจำกัด ทั้งหมด ของเซตอนันต์ที่กำหนดไว้ — ตัวกรอง Fréchet — มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด แม้ว่าแกนกลางของมันจะว่างเปล่าก็ตาม โดยทั่วไปแล้วตัวกรองที่เหมาะสม ใดๆ ก็ มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดนั้นเข้มงวดกว่าการกำหนดให้การตัดกันแบบคู่ไม่ว่างเปล่า ตัวอย่างเช่น กลุ่มของเซตมีจุดตัดกันแบบคู่ที่ไม่ว่างเปล่า แต่ไม่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด โดยทั่วไปแล้ว ให้เป็นจำนวนธรรมชาติ ให้เป็นเซตที่มีสมาชิก และให้ประกอบด้วยเซตย่อยของ ซึ่งมีสมาชิกทั้งหมด ยกเว้นสมาชิกเดียว จากนั้น การตัดกันของเซตย่อยจาก ที่น้อยกว่าจะมีจุดตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า แต่ขาดคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
โครงสร้างแบบปลาย
ถ้าเป็นลำดับที่ลดลงของเซตที่ไม่ว่างเปล่า ครอบครัวนี้จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (และเป็นระบบπ ด้วย ) ถ้าแต่ละเป็นอนันต์ ก็จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่เข้มงวดเช่นกัน
โดยทั่วไปแล้ว กลุ่มของเซตที่ไม่ว่างเปล่าใดๆ ที่เรียงลำดับโดยสมบูรณ์ด้วยการรวม จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด และกลุ่มของเซตอนันต์ใดๆ ที่เรียงลำดับโดยสมบูรณ์ด้วยการรวม จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่แข็งแกร่ง ในขณะเดียวกัน เคอร์เนลอาจว่างเปล่าก็ได้ ลองพิจารณากลุ่มของเซตย่อย สำหรับ
ชุดและคุณสมบัติ "ทั่วไป"
ครอบครัวของเซตย่อย Borel ทั้งหมด ที่มีการวัด Lebesgueเท่ากับ1 มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด เช่นเดียวกับครอบครัวของเซตcomeagre [ 3 ] [ 4 ]
ถ้าและสำหรับจำนวนเต็มบวกแต่ละตัว เซตย่อยคือ สมาชิกทั้งหมดของ ที่มีเลขโดดในตำแหน่งทศนิยมที่ nแล้ว การตัดกันแบบจำกัดของจะไม่ว่างเปล่า — เพียงแค่เลือกในตำแหน่งจำนวนจำกัดเหล่านั้น และ เลือก ในส่วนที่เหลือ แต่การตัดกันของสำหรับทุกจะว่างเปล่า เนื่องจากไม่มีสมาชิกใดของ ที่มีเลขโดดเป็นศูนย์ทั้งหมด
ตัวกรองและโทโพโลยีที่สร้างขึ้น
ถ้าเป็นเซตที่ไม่ว่างเปล่า ตระกูลนั้นจะมี FIP (First In, First In, First) ตระกูลนี้เรียกว่าตัวกรองหลักบนที่สร้างโดย เซตย่อยมี FIP ด้วยเหตุผลเดียวกัน คือ เคอร์เนลประกอบด้วยเซตที่ไม่ว่างเปล่าถ้า เป็นช่วงเปิด เซต นั้นเท่ากับเคอร์เนลของหรือและดังนั้น จึงเป็นองค์ประกอบของแต่ละตัวกรอง แต่โดยทั่วไปแล้ว เคอร์เนลของตัวกรองไม่จำเป็นต้องเป็นองค์ประกอบของตัวกรอง
ตัวกรองที่เหมาะสมจะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (Finite Intersection Property: FIP) ฐานย่อยของย่านใกล้เคียง ทุกฐาน ณ จุดหนึ่งในปริภูมิเชิงทอพอโลยีจะมีคุณสมบัติ FIP และเช่นเดียวกันกับฐานของย่านใกล้เคียง และ ตัวกรองของย่านใกล้เคียงทุกตัว ณ จุดนั้น (เนื่องจากแต่ละตัวก็เป็นฐานย่อยของย่านใกล้เคียงด้วยเช่นกัน)
ความสัมพันธ์กับ ระบบ πและตัวกรอง
ระบบπ คือตระกูลของเซตที่ปิดภายใต้การตัดกันแบบจำกัดของเซตหนึ่งหรือมากกว่านั้นใน ตระกูลนั้น สำหรับตระกูลของเซต ตระกูลของเซตที่เป็นผลตัดกันแบบจำกัดทั้งหมดของเซตหนึ่งหรือมากกว่านั้นจากเรียกว่าระบบπที่สร้างขึ้นโดยเพราะเป็นระบบπ ที่เล็กที่สุด ที่มี เป็นเซตย่อย
การปิดขึ้นด้านบนของin คือเซตสำหรับตระกูลใดๆคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดจะเทียบเท่ากับสิ่งต่อไปนี้:
- ระบบπที่สร้างขึ้นโดยไม่มีเซตว่างเป็นสมาชิก กล่าวคือ
- เซตนี้มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
- ชุดนี้เป็นพรีฟิลเตอร์ ( ที่เหมาะสม) [ 5 ]
- ครอบครัวนี้เป็นกลุ่มย่อยของตัวกรองล่วงหน้า (ที่เหมาะสม) บางตัว [ 1 ]
- การปิดขึ้นด้านบนเป็นตัวกรอง (ที่เหมาะสม) บนในกรณีนี้เรียกว่าตัวกรองบนที่สร้างโดยเนื่องจากเป็นตัวกรองขั้นต่ำ (เมื่อเทียบกับ ) บนที่มีเป็นเซตย่อย
- เป็นเซตย่อยของตัวกรอง (ที่เหมาะสม) [ 5 ] บางตัว [ 1 ]
แอปพลิเคชัน
ความกะทัดรัด
คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดมีประโยชน์ในการกำหนดนิยามทางเลือกของความกะทัดรัด :
ทฤษฎีบท—พื้นที่จะกระชับก็ต่อเมื่อทุกตระกูลของเซตย่อยปิดที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดจะมีการตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า[ 6 ] [ 7 ]
การกำหนดนิยามของความกะทัดรัดนี้ถูกนำไปใช้ในการพิสูจน์ทฤษฎีบทของไทโคนอฟฟ์บาง กรณี
ความไม่สามารถนับได้ของพื้นที่ที่สมบูรณ์แบบ
อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่พบได้บ่อยคือการพิสูจน์ว่าจำนวนจริงนั้นนับไม่ได้โปรดทราบว่าเซตย่อยของปริภูมิเชิงทอพอโลยีจะเป็นเซตสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเป็นเซตปิดและมีคุณสมบัติว่าไม่มีเซตย่อยที่มีจุดเดียวเป็นเซต เปิด
ทฤษฎีบท—ให้ เป็น ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่ไม่ว่างเปล่า สมบูรณ์ และกระชับแล้วเป็น ปริภูมิ ที่นับไม่ได้
ตัวอย่างของความล้มเหลว:
- ทฤษฎีบทนี้อาจล้มเหลวได้หากไม่มีเงื่อนไขของเฮาส์ดอร์ฟ เซตที่นับได้ซึ่งมีจุดอย่างน้อยสองจุดและมีโทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่องนั้นเป็นเซตสมบูรณ์และกะทัดรัด แต่ไม่ใช่เซตที่นับไม่ได้
- ทฤษฎีบทนี้อาจใช้ไม่ได้หากไม่มีเงื่อนไขความกะทัดรัด ดังที่เซตของจำนวนตรรกยะแสดงให้เห็น
- ทฤษฎีบทนี้อาจล้มเหลวได้หากไม่มีเงื่อนไขที่สมบูรณ์แบบ ดังที่แสดงให้เห็นใน ปริภูมิจำกัดใดๆ ที่มี โทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่อง
สำหรับการพิสูจน์โดยการขัดแย้งสมมติว่ามีการส่งทั่วถึง โดยที่เป็นเซตของจำนวนธรรมชาติ ให้ เซตเป็นเซตเปิดและไม่ว่าง ในขั้นตอนทั่วไปสำหรับ เราจะเลือกเซตเปิดที่ไม่ว่างซึ่งส่วนปิดของเซตนั้นไม่มี อยู่ เราสังเกตว่ามีจุดอย่างน้อยสองจุด เนื่องจากเป็นเซตเปิดและไม่ว่าง และเป็นเซตสมบูรณ์ เลือกจุดจากที่แตกต่างจาก โดยเงื่อนไขของ Hausdorff เลือกเซตเปิดที่ไม่ซ้ำกันและที่มีและ ตามลำดับ จาก นั้น จะ ตรงตามข้อกำหนดที่ต้องการ
กลุ่มนี้มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด ดังนั้นการตัดกันของส่วนปิดของกลุ่มนี้จึงไม่ว่างเปล่าเนื่องจากความกะทัดรัดของกลุ่มให้เป็นจุดในส่วนตัดกันนี้ สำหรับ ใดๆ ก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่เพราะไม่ได้อยู่ในส่วนปิดของแต่ อยู่ในส่วนปิด นั่นคือ เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าไม่ใช่การส่งแบบทั่วถึง ซึ่งเป็นข้อขัดแย้ง จะต้องเป็น ที่เป็นจำนวนนับไม่ได้
บทสรุป— ช่วงปิด ทุก ช่วง ที่มีเป็นจำนวนนับไม่ได้ ดังนั้น จึงเป็นจำนวนนับไม่ได้เช่นกัน
บทสรุป— พื้นที่เฮาส์ดอร์ฟที่สมบูรณ์แบบและกะทัดรัดในระดับท้องถิ่น ทุกแห่งนั้นนับไม่ได้
ถ้าเซตนั้นเป็นเซตกระชับ (compact) ด้วยแล้ว ทฤษฎีบทจะบ่งชี้ทันทีว่าเซตนั้นเป็นเซตที่นับไม่ได้ (uncountable) ถ้า เซต นั้นไม่ใช่เซตกระชับ การทำให้เซต นั้น เป็น เซตกระชับด้วยจุดเดียวของเซตนั้น จะเป็นเซตเฮาส์ดอร์ฟที่สมบูรณ์และกระชับ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นเซตที่นับไม่ได้ตามทฤษฎีบท เนื่องจากเมื่อลบจุดเดียวออกจากเซตที่นับไม่ได้แล้ว เซตนั้นก็ยังคงเป็นเซตที่นับไม่ได้อยู่ดี ดังนั้นเซตนั้นจึงเป็นเซตที่นับไม่ได้เช่นกัน
อัลตร้าฟิลเตอร์
ให้เป็นเซตที่ไม่ว่างเปล่าและ มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด จากนั้นจะมี อัลตราฟิลเตอร์ (ใน ) อยู่เช่นนั้น ผลลัพธ์นี้เรียกว่าบทพิสูจน์อัลตราฟิลเตอร์[ 8 ]
ดูเพิ่มเติม
- กรองตามเซต – กลุ่มของเซตย่อยที่แสดงถึงเซตขนาดใหญ่
- ตัวกรองในทางโทโพโลยี – การใช้ตัวกรองเพื่ออธิบายและจำแนกลักษณะแนวคิดและผลลัพธ์พื้นฐานทางโทโพโลยีทั้งหมด
- ระบบเพื่อนบ้าน – แนวคิดในวิชาคณิตศาสตร์
- อัลตร้าฟิลเตอร์ในชุดอุปกรณ์ – ฟิลเตอร์คุณภาพสูงที่เหมาะสมที่สุด
- องค์ประกอบขนาดกะทัดรัด - การขยายไปสู่แลตทิซ
ลิงก์ภายนอก
- " คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด" PlanetMath
| ครอบครัวของชุดต่างๆมากกว่า | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| เป็นจริงอย่างแน่นอนสำหรับหรือปิดภายใต้: | กำกับโดย | เอฟไอพี | ||||||||
| ระบบπ | ||||||||||
| เซมิริ่ง | ไม่เคย | |||||||||
| เซมิอัลจีบรา(เซมิฟิลด์) | ไม่เคย | |||||||||
| ชั้นเรียนโมโนโทน | เฉพาะในกรณีที่ | เฉพาะในกรณีที่ | ||||||||
| ระบบ 𝜆 (ระบบไดน์กิน) | เฉพาะในกรณีที่ | เฉพาะในกรณีที่พวกมันแยกจากกัน | ไม่เคย | |||||||
| วงแหวน(ทฤษฎีลำดับ) | ||||||||||
| วงแหวน(ทฤษฎีการวัด) | ไม่เคย | |||||||||
| วงแหวน δ | ไม่เคย | |||||||||
| 𝜎-ring | ไม่เคย | |||||||||
| พีชคณิต(สาขา) | ไม่เคย | |||||||||
| พีชคณิต 𝜎 (ฟิลด์ 𝜎) | ไม่เคย | |||||||||
| กรอง | ||||||||||
| ตัวกรองที่เหมาะสม | ไม่เคย | ไม่เคย | ไม่เคย | |||||||
| แผ่นกรองขั้นต้น(ฐานกรอง) | ||||||||||
| กรองฐานย่อย | ||||||||||
| โครงสร้างแบบเปิด | ไม่เคย | |||||||||
| โครงสร้างแบบปิด | ไม่เคย | |||||||||
| เป็นจริงอย่างแน่นอนสำหรับหรือปิดภายใต้: | มุ่งลงด้านล่าง | จุดตัดจำกัด | ยูเนียนจำกัด | ส่วนเติม เต็มสัมพัทธ์ | ส่วนเติมเต็มใน | จุดตัดที่นับได้ | สหภาพที่นับได้ | ประกอบด้วย | ประกอบด้วย | คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด |
นอกจากนี้เซมิริงคือระบบπที่ทุกส่วนเติมเต็มเท่ากับผลรวมของเซตที่ไม่ซ้ำกันจำนวนจำกัดใน เซมิแอลจีบรา เซมิแอลจีบราคือเซมิริงที่ทุกส่วนเติมเต็มเท่ากับผลรวมของเซตที่ไม่ซ้ำกันจำนวนจำกัดในเซมิแอ ล จีบรา โดยที่ เป็นองค์ประกอบใดๆ ของและถือว่า | ||||||||||
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด
ในโทโพโลยีทั่วไปซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ตระกูลของเซตย่อยของเซต หนึ่ง จะเรียกว่ามีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (FIP) หากตระกูลย่อยจำกัดใดๆ ของเซตนั้น มี การตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า
คำนิยาม
ให้เป็นเซต และเป็น ตระกูลของเซตย่อย ของ( เซตย่อย ของ เซตกำลัง ของ) แล้วกล่าวได้ว่า มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด ถ้าการตัดกันของเซตย่อยจำนวนจำกัดจากไม่ว่างเปล่าเสมอ กล่าวได้ว่า มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่เข้มงวด ถ้าการตัดกันนั้นเป็นอนันต์เสมอ [ 1 ] X...
ตัวอย่างและไม่ใช่ตัวอย่าง
เซตว่างไม่สามารถเป็นสมาชิกของกลุ่มใดๆ ที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดได้
โครงสร้างแบบปลาย
ถ้าเป็นลำดับที่ลดลงของเซตที่ไม่ว่างเปล่า ครอบครัวนี้จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด (และเป็น ระบบ π ด้วย ) ถ้าแต่ละเป็นอนันต์ ก็จะมีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดที่เข้มงวดเช่นกัน เอ 0 ⊇ เอ 1 ⊇ เอ 2 ⋯ {\displaystyle A_{0}\supseteq A_{1}\supseteq A_{2}\cdots } เอ =...