กลับไปหน้าบทความ

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 :

ทฤษฎีบทพื้นที่จะกระชับก็ต่อเมื่อทุกตระกูลของเซตย่อยปิดที่มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัดจะมีการตัดกันที่ไม่ว่างเปล่า[ 6 ] [ 7 ]

การกำหนดนิยามของความกะทัดรัดนี้ถูกนำไปใช้ในการพิสูจน์ทฤษฎีบทของไทโคนอฟฟ์บาง กรณี

ความไม่สามารถนับได้ของพื้นที่ที่สมบูรณ์แบบ

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่พบได้บ่อยคือการพิสูจน์ว่าจำนวนจริงนั้นนับไม่ได้โปรดทราบว่าเซตย่อยของปริภูมิเชิงทอพอโลยีจะเป็นเซตสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเป็นเซตปิดและมีคุณสมบัติว่าไม่มีเซตย่อยที่มีจุดเดียวเป็นเซต เปิด

ทฤษฎีบทให้ เป็น ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่ไม่ว่างเปล่า สมบูรณ์ และกระชับแล้วเป็น ปริภูมิ ที่นับไม่ได้

ตัวอย่างของความล้มเหลว:

  1. ทฤษฎีบทนี้อาจล้มเหลวได้หากไม่มีเงื่อนไขของเฮาส์ดอร์ฟ เซตที่นับได้ซึ่งมีจุดอย่างน้อยสองจุดและมีโทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่องนั้นเป็นเซตสมบูรณ์และกะทัดรัด แต่ไม่ใช่เซตที่นับไม่ได้
  2. ทฤษฎีบทนี้อาจใช้ไม่ได้หากไม่มีเงื่อนไขความกะทัดรัด ดังที่เซตของจำนวนตรรกยะแสดงให้เห็น
  3. ทฤษฎีบทนี้อาจล้มเหลวได้หากไม่มีเงื่อนไขที่สมบูรณ์แบบ ดังที่แสดงให้เห็นใน ปริภูมิจำกัดใดๆ ที่มี โทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่อง
การพิสูจน์

สำหรับการพิสูจน์โดยการขัดแย้งสมมติว่ามีการส่งทั่วถึง⁠ โดยที่เป็นเซตของจำนวนธรรมชาติ ให้เซตเป็นเซตเปิดและไม่ว่าง ในขั้นตอนทั่วไปสำหรับเราจะเลือกเซตเปิดที่ไม่ว่างซึ่งส่วนปิดของเซตนั้นไม่มี อยู่ เราสังเกตว่ามีจุดอย่างน้อยสองจุด เนื่องจากเป็นเซตเปิดและไม่ว่าง และเป็นเซตสมบูรณ์ เลือกจุดจากที่แตกต่างจากโดยเงื่อนไขของ Hausdorff เลือกเซตเปิดที่ไม่ซ้ำกันและที่มีและตามลำดับ จาก นั้น จะ ตรงตามข้อกำหนดที่ต้องการ

กลุ่มนี้มีคุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด ดังนั้นการตัดกันของส่วนปิดของกลุ่มนี้จึงไม่ว่างเปล่าเนื่องจากความกะทัดรัดของกลุ่มให้เป็นจุดในส่วนตัดกันนี้ สำหรับ ใดๆ ก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่เพราะไม่ได้อยู่ในส่วนปิดของแต่ อยู่ในส่วนปิด นั่นคือ เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าไม่ใช่การส่งแบบทั่วถึง ซึ่งเป็นข้อขัดแย้ง จะต้องเป็น ที่เป็นจำนวนนับไม่ได้

บทสรุปช่วงปิด ทุก ช่วง ที่มีเป็นจำนวนนับไม่ได้ ดังนั้น จึงเป็นจำนวนนับไม่ได้เช่นกัน

การพิสูจน์

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

  • " คุณสมบัติการตัดกันแบบจำกัด" PlanetMath
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Finite_intersection_property&oldid=1342295894 "

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 =...