กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

พื้นที่ปกติ

ใน วิชาโทโพโลยี และสาขา คณิตศาสตร์ ที่เกี่ยวข้อง ปริภูมิ ปกติ (normal space ) คือ ปริภูมิโทโพโลยี ที่เซตปิด สองเซตใดๆ ที่ไม่ทับซ้อนกันจะมี บริเวณใกล้เคียงแบบเปิดที่ ไม่ทับซ้อนกัน...

พื้นที่ปกติ

สัจพจน์การแยกในปริภูมิเชิงทอพอโลยี
การจำแนกประเภทของโคลโมโกโรฟ
ที0 (โคลโมโกโรฟ)
ที1 (เฟรเชต์)
ที2 (เฮาส์ดอร์ฟ)
ที2 ½(อูรีโซห์น)
T 2 อย่างสมบูรณ์ (ตามแบบฉบับของเฮาส์ดอร์ฟโดยสมบูรณ์)
ที3 (เฮาส์ดอร์ฟแบบปกติ)
ที3 ½(ไทโคนอฟฟ์)
ที4 (เฮาส์ดอร์ฟแบบปกติ)
ที5 (บ้านเฮาส์ดอร์ฟแบบปกติทั่วไป )
ที6 (เฮาส์ดอร์ฟปกติสมบูรณ์แบบ )

ในวิชาโทโพโลยีและสาขาคณิตศาสตร์ ที่เกี่ยวข้อง ปริภูมิปกติ (normal space ) คือปริภูมิโทโพโลยีที่เซตปิดสองเซตใดๆ ที่ไม่ทับซ้อนกันจะมีบริเวณใกล้เคียงแบบเปิดที่ ไม่ทับซ้อนกัน ปริภูมิเหล่านี้ ไม่จำเป็นต้องเป็น ปริภูมิ เฮาส์ดอร์ฟ ( Hausdorff space ) โดยทั่วไป ปริภูมิเฮาส์ดอร์ ปกติเรียกว่า ปริภูมิ T₄รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้จะกล่าวถึงในบทความด้านล่าง ซึ่งรวมถึงปริภูมิปกติสมบูรณ์ (completely normal spaces)และปริภูมิปกติสมบูรณ์แบบ (perfectly normal spaces) และปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบต่างๆ ได้แก่ปริภูมิT₅และปริภูมิT₆เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้เป็นตัวอย่างของ สัจพจน์การแยก ( separation axioms )

คำจำกัดความ

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีXเป็นปริภูมิปกติถ้ากำหนดให้เซตปิดEและF ใดๆ ที่ไม่มีส่วนร่วมกัน จะมีย่านใกล้เคียงUของEและVของFที่ไม่มีส่วนร่วมกันเช่นกัน กล่าวโดยง่ายกว่านั้น เงื่อนไขนี้บอกว่าEและFสามารถแยกออกจากกันได้ด้วยย่านใกล้เคียง

เซตปิดEและFซึ่งในภาพแสดงด้วยวงกลมปิดที่อยู่คนละด้านของภาพ ถูกคั่นด้วยบริเวณใกล้เคียงUและVซึ่งในภาพแสดงด้วยวงกลมเปิดที่ใหญ่กว่า แต่ก็ยังไม่ทับซ้อนกัน

ปริภูมิT4คือปริภูมิT1 X ที่เป็น ปริภูมิปกติ ซึ่งเทียบเท่ากับการที่Xเป็นปริภูมิปกติและปริภูมิเฮาส์ดอร์

พื้นที่ปกติโดยสมบูรณ์หรือปริภูมิปกติโดยกำเนิดคือปริภูมิเชิงทอพอโลยีXที่ทุกปริภูมิย่อยของXเป็นปริภูมิปกติ ปรากฏว่าXเป็นปริภูมิปกติโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเซตสองเซตที่แยกจากกันสามารถแยกจากกันได้ด้วยบริเวณใกล้เคียง นอกจากนี้Xเป็นปริภูมิปกติโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเซตเปิดทุกเซตของXเป็นเซตปกติที่มีทอพอโลยีของปริภูมิย่อย

ปริภูมิT 5หรือปริภูมิT 4 อย่างสมบูรณ์ คือปริภูมิ T 1 ปกติอย่างสมบูรณ์ Xซึ่งหมายความว่าX เป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ หรือกล่าวอีก นัยหนึ่งคือ ทุกปริภูมิย่อยของXต้องเป็นปริภูมิ T 4

ปริภูมิปกติสมบูรณ์คือปริภูมิเชิงทอพอโลยีซึ่งเซตปิดสองเซตที่ไม่ทับซ้อนกันทุกเซตและ สามารถแยกออกจากกันได้อย่างแม่นยำด้วยฟังก์ชัน ในแง่ที่ว่ามีฟังก์ชันต่อเนื่องจาก ไปยังช่วง โดยที่ และ [ 1 ]นี่เป็นคุณสมบัติการแยกที่แข็งแกร่งกว่าความเป็นปกติเนื่องจากตามทฤษฎีบทของ Urysohnเซตปิดที่ไม่ทับซ้อนกันในปริภูมิปกติสามารถแยกออกจากกันได้ด้วยฟังก์ชันในแง่ของและแต่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้อย่างแม่นยำโดยทั่วไป ปรากฏว่าXเป็นปริภูมิปกติสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อXเป็นปริภูมิปกติและเซตปิดทุกเซตเป็นเซตG δหรือเทียบเท่าXเป็นปริภูมิปกติสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเซตปิดทุกเซตเป็นเซตศูนย์ของฟังก์ชันต่อเนื่องความเท่าเทียมกันระหว่างลักษณะเฉพาะทั้งสามนี้เรียกว่าทฤษฎีบทของ Vedenissoff [ 2 ] [ 3 ]ปริภูมิปกติสมบูรณ์ทุกปริภูมิเป็นปริภูมิปกติโดยสมบูรณ์ เพราะความเป็นปกติสมบูรณ์เป็นคุณสมบัติที่สืบทอดได้[ 4 ] [ 5 ]

ปริภูมิT6หรือปริภูมิT4ที่สมบูรณ์แบบคือปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟปกติที่สมบูรณ์ แบบ

โปรดทราบว่าคำว่า "พื้นที่ปกติ" และ "T 4 " รวมถึงแนวคิดที่เกี่ยวข้อง อาจมีความหมายแตกต่างกันในบางครั้ง (อย่างไรก็ตาม "T 5 " จะมีความหมายเหมือนกับ "T 4 อย่างสมบูรณ์ " เสมอ ไม่ว่าความหมายของ T 4จะเป็นอย่างไรก็ตาม) คำจำกัดความที่ให้ไว้ในที่นี้เป็นคำจำกัดความที่ใช้กันโดยทั่วไปในปัจจุบัน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเด็นนี้ โปรดดูที่ ประวัติของสัจพจน์การแยก

คำศัพท์อย่าง " พื้นที่ปกติ ทั่วไป " และ "พื้นที่เฮาส์ดอร์ฟปกติ" ก็ปรากฏอยู่ในเอกสารเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าพื้นที่นั้นเป็นพื้นที่ปกติและตรงตามเงื่อนไขอีกข้อที่กล่าวถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พื้นที่เฮาส์ดอร์ฟปกติก็คือพื้นที่ T4 นั่นเองเนื่องจากความสับสนในความหมายของคำศัพท์ในอดีต คำอธิบายด้วยวาจาจึงเป็นประโยชน์ เช่น ใช้คำว่า "เฮาส์ดอร์ฟปกติ" แทน "T4 "หรือ "เฮาส์ดอร์ฟปกติสมบูรณ์" แทน " T5 "

พื้นที่ปกติโดยสมบูรณ์และพื้นที่T4โดยสมบูรณ์นั้นได้กล่าวถึงไว้ในที่อื่นแล้ว ซึ่งเกี่ยวข้องกับพาราคอมแพ็กต์เน

ปริภูมิปกติเฉพาะที่ (locally normal space)คือปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่ทุกจุดมีบริเวณใกล้เคียงแบบเปิดที่เป็นปกติ ปริภูมิปกติทุกปริภูมิเป็นปริภูมิปกติเฉพาะที่ แต่ในทางกลับกันนั้นไม่เป็นจริง ตัวอย่างคลาสสิกของปริภูมิปกติเฉพาะที่ที่สมบูรณ์แบบแต่ไม่ใช่ปริภูมิปกติ คือระนาบเนมิตสกี (Nemytskii plane )

ตัวอย่างของพื้นที่ปกติ

พื้นที่ส่วนใหญ่ที่พบในคณิตศาสตร์วิเคราะห์เป็นพื้นที่เฮาส์ดอร์ฟปกติ หรืออย่างน้อยก็เป็นพื้นที่ปกติทั่วไป:

นอกจากนี้พื้นที่ปกติทุกแห่งล้วนเป็นพื้นที่ปกติ (ถึงแม้จะไม่เป็นระเบียบก็ตาม) พื้นที่ Sierpińskiเป็นตัวอย่างของพื้นที่ปกติที่ไม่เป็นระเบียบ

ตัวอย่างของพื้นที่ที่ไม่ปกติ

ตัวอย่างสำคัญของโทโพโลยีที่ไม่ปกติคือโทโพโลยีซาริสกีบนวาไรตีพีชคณิตหรือบนสเปกตรัมของริงซึ่งใช้ในเรขาคณิตพีชคณิต

ปริภูมิที่ไม่ปกติซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์คือปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี ของ ฟังก์ชันทั้งหมดจากเส้นจำนวนจริงRไปยังตัวมันเอง โดยมีทอพอโลยีของการลู่เข้าแบบจุดต่อจุดโดยทั่วไปแล้ว ทฤษฎีบทของอาร์เธอร์ แฮโรลด์ สโตนกล่าวว่าผลคูณของ ปริภูมิเมตริก ที่ไม่กระชับจำนวนนับไม่ถ้วนจะไม่เป็นปริภูมิปกติ

คุณสมบัติ

เซตย่อยปิดทุกเซตของปริภูมิปกติเป็นปริภูมิปกติ ภาพที่ต่อเนื่องและปิดของปริภูมิปกติเป็นปริภูมิปกติ[ 6 ]

ความสำคัญหลักของปริภูมิปกติอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าปริภูมิเหล่านั้นยอมรับฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องได้ "มากพอ" ดังที่แสดงโดยทฤษฎีบทต่อไปนี้ซึ่งใช้ได้กับปริภูมิปกติX ใด ๆ

ทฤษฎีบทของ Urysohn : ถ้าAและBเป็น เซตปิดที่ ไม่ทับซ้อนกัน สอง เซตของXแล้วจะมีฟังก์ชันต่อเนื่องfจากXไปยังเส้นจำนวนจริงRซึ่งf ( x ) = 0 สำหรับทุกxในAและf ( x ) = 1 สำหรับทุกxในBอันที่จริง เราสามารถเลือกค่าของfให้อยู่ภายในช่วง [0,1] ได้ทั้งหมด กล่าวโดยละเอียด เซตปิดที่ไม่ทับซ้อนกันนั้นไม่เพียงแต่ถูกแยกออกจากกันด้วยบริเวณใกล้เคียงเท่านั้น แต่ยังถูกแยกออกจากกันด้วยฟังก์ชัน อีก ด้วย

โดยทั่วไปแล้วทฤษฎีบทการขยายของ Tietze กล่าวว่า: ถ้าAเป็นเซตย่อยปิดของXและfเป็นฟังก์ชันต่อเนื่องจากAไปยังRแล้วจะมีฟังก์ชันต่อเนื่องF : XRที่ขยายfในแง่ที่ว่าF ( x ) = f ( x ) สำหรับ ทุกxในA

แผนที่นี้มีคุณสมบัติการยกขึ้นโดยสัมพันธ์กับแผนที่จากพื้นที่โทโพโลยีจำกัดที่มีห้าจุด (สองจุดเปิดและสามจุดปิด) ไปยังพื้นที่ที่มีหนึ่งจุดเปิดและสองจุดปิด[ 7 ]

ถ้าUเป็นเซตเปิดที่ มีการจำกัดเฉพาะที่ ซึ่งครอบคลุมปริภูมิปกติXแล้ว จะมีการแบ่งส่วนของเอกภาพที่ขึ้นอยู่กับU อย่างแม่นยำ นี่แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของปริภูมิปกติกับความกะทัดรัดแบบพาราคอมแพ็กต์

อันที่จริงแล้ว พื้นที่ใดก็ตามที่ตรงตามเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งในสามข้อนี้ ย่อมถือว่าเป็นพื้นที่ปกติ

ผลคูณของปริภูมิปกติไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิปกติ ข้อเท็จจริงนี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดยRobert Sorgenfreyตัวอย่างของปรากฏการณ์นี้คือระนาบ Sorgenfreyในความเป็นจริง เนื่องจากมีปริภูมิที่เป็นDowkerผลคูณของปริภูมิปกติและ [0, 1] จึงไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิปกติ นอกจากนี้ เซตย่อยของปริภูมิปกติไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิปกติ (กล่าวคือ ปริภูมิ Hausdorff ปกติทุกปริภูมิไม่ใช่ปริภูมิ Hausdorff ปกติโดยสมบูรณ์) เนื่องจากปริภูมิ Tychonoff ทุกปริภูมิเป็นเซตย่อยของการทำให้เป็นปริภูมิกระชับ Stone–Čech (ซึ่งเป็นปริภูมิ Hausdorff ปกติ) ตัวอย่างที่ชัดเจนยิ่งขึ้นคือระนาบ Tychonoff ปริภูมิผลคูณของปริภูมิปกติกลุ่มใหญ่เพียงกลุ่มเดียวที่ทราบว่าเป็นปริภูมิปกติคือผลคูณของปริภูมิ Hausdorff กระชับ เนื่องจากทั้งความกระชับ ( ทฤษฎีบทของ Tychonoff ) และสัจพจน์ T 2ยังคงอยู่ภายใต้ผลคูณใดๆ[ 8 ]

ความสัมพันธ์กับสัจพจน์การแยกอื่นๆ

ถ้าปริภูมิปกติเป็นR 0แล้ว ปริภูมินั้นก็จะเป็นปริภูมิปกติสมบูรณ์ (completely regular ) ดังนั้น ปริภูมิใดๆ ตั้งแต่ "ปกติ R 0 " ไปจนถึง "ปกติสมบูรณ์" ก็จะเหมือนกับสิ่งที่เรามักเรียกว่าปกติ (normal regular ) เมื่อพิจารณาผลหารของ Kolmogorov เราจะเห็นว่า ปริภูมิปกติT 1 ทั้งหมด เป็นปริภูมิ Tychonoffซึ่งก็คือสิ่งที่เรามักเรียกว่าปริภูมิ Hausdorff ปกติ

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีจะเรียกว่าเป็นปริภูมิเสมือนปกติ (pseudonormal)ถ้าหากมีเซตปิดสองเซตที่ไม่ทับซ้อนกันอยู่ในปริภูมินั้น โดยเซตหนึ่งเป็นเซตที่นับได้ และจะมีเซตเปิดที่ไม่ทับซ้อนกันซึ่งบรรจุเซตปิดและเซตเปิดทั้งสองนั้นไว้ ปริภูมิปกติทุกปริภูมิเป็นปริภูมิเสมือนปกติ แต่ปริภูมิเสมือนปกติไม่ใช่ปริภูมิเสมือนปกติ

ตัวอย่างค้านสำหรับข้อความเหล่านี้บางรูปแบบสามารถพบได้ในรายการด้านบน โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิ Sierpińskiเป็นปริภูมิปกติแต่ไม่ใช่ปริภูมิปกติทั่วไป ในขณะที่ปริภูมิของฟังก์ชันจากRไปยังตัวมันเองเป็นปริภูมิ Tychonoff แต่ไม่ใช่ปริภูมิปกติ

ดูเพิ่มเติม

การอ้างอิง

  1. ^วิลลาร์ด, แบบฝึกหัด 15C
  2. ^ Engelking, ทฤษฎีบท 1.5.19. ข้อความนี้กล่าวไว้ภายใต้สมมติฐานของปริภูมิ T 1แต่การพิสูจน์ไม่ได้ใช้สมมติฐานนั้น
  3. ^ "ทำไมคำจำกัดความทั้งสองนี้ของพื้นที่ปกติสมบูรณ์แบบจึงเทียบเท่ากัน? "
  4. ^ Engelking, ทฤษฎีบท 2.1.6, หน้า 68
  5. ^มุนเครส 2000 , หน้า 213
  6. ^ วิลลา ร์ด 1970หน้า  100–101
  7. ^ "สัจพจน์การแยกใน nLab" . ncatlab.org . สืบค้นเมื่อ2021-10-12 .
  8. ^วิลลาร์ด 1970มาตรา 17
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Normal_space&oldid=1298660979 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พื้นที่ปกติ

ใน วิชาโทโพโลยี และสาขา คณิตศาสตร์ ที่เกี่ยวข้อง ปริภูมิ ปกติ (normal space ) คือ ปริภูมิโทโพโลยี ที่เซตปิด สองเซตใดๆ ที่ไม่ทับซ้อนกันจะมี บริเวณใกล้เคียงแบบเปิดที่ ไม่ทับซ้อนกัน...

คำจำกัดความ

ปริภูมิ เชิงทอพอโลยี X เป็น ปริภูมิปกติ ถ้ากำหนดให้ เซตปิด E และ F ใดๆ ที่ไม่มีส่วนร่วมกัน จะมี ย่านใกล้เคียง U ของ E และ V ของ F ที่ไม่มีส่วนร่วมกันเช่นกัน กล่าวโดยง่ายกว่านั้น เงื่อนไขนี้บอกว่า E และ F สามารถ แยกออกจากกันได้ด้วยย่านใกล้ เคียง

ตัวอย่างของพื้นที่ปกติ

พื้นที่ส่วนใหญ่ที่พบใน คณิตศาสตร์วิเคราะห์ เป็นพื้นที่เฮาส์ดอร์ฟปกติ หรืออย่างน้อยก็เป็นพื้นที่ปกติทั่วไป:

ตัวอย่างของพื้นที่ที่ไม่ปกติ

ตัวอย่างสำคัญของโทโพโลยีที่ไม่ปกติคือ โทโพโลยีซาริสกี บน วาไรตีพีชคณิต หรือบน สเปกตรัมของริง ซึ่งใช้ใน เรขาคณิต พีชคณิต