กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

ในทางคณิตศาสตร์ปริภูมิเชิงทอพอโลยีเรียกว่าปริภูมิที่แยกได้ (separable space) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ...

พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

ในทางคณิตศาสตร์ปริภูมิเชิงทอพอโลยีเรียกว่าปริภูมิที่แยกได้ (separable space) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ มีลำดับของสมาชิกในปริภูมิเช่นนั้น ซึ่งเซตย่อยเปิด ที่ไม่ว่างทุกเซต ในปริภูมิจะต้องมีสมาชิกอย่างน้อยหนึ่งตัวจากลำดับนั้น

เช่นเดียวกับสัจพจน์อื่นๆของความนับได้ ความสามารถ ในการแยกได้เป็น "ข้อจำกัดด้านขนาด" ไม่จำเป็นต้องเป็นในแง่ของจำนวนสมาชิก (แม้ว่าในกรณีที่มีสัจพจน์ของเฮาส์ดอร์ฟแล้ว จะกลายเป็นเช่นนั้นก็ตาม ดูด้านล่าง) แต่ในความหมายเชิงโทโพโลยีที่ละเอียดอ่อนกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟังก์ชันต่อเนื่องทุกฟังก์ชันบนปริภูมิที่แยกได้ ซึ่งภาพของฟังก์ชันนั้นเป็นเซตย่อยของปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ จะถูกกำหนดโดยค่าของฟังก์ชันนั้นบนเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้

เปรียบเทียบความสามารถในการแยกออกจากกันได้กับแนวคิดที่เกี่ยวข้องอย่างความสามารถในการนับได้แบบที่สองซึ่งโดยทั่วไปแล้วมีความแข็งแกร่งกว่าแต่เทียบเท่ากันในกลุ่มของปริภูมิเมตริกซ์ได้

ตัวอย่างแรก

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ ที่เป็นปริภูมิจำกัดหรืออนันต์นับได้นั้น ย่อมเป็นปริภูมิที่แยกได้ เพราะปริภูมิทั้งหมดเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ของตัวมันเอง ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิที่แยกไม่ได้ซึ่งนับไม่ได้คือเส้นจำนวนจริงซึ่งจำนวนตรรกยะประกอบเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ ในทำนองเดียวกัน เซตของเวกเตอร์ ความยาว n ทั้งหมด ของจำนวนตรรกยะเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ของเซตของเวกเตอร์ความยาว n ทั้งหมดของจำนวนจริงดังนั้นสำหรับทุกปริภูมิยุคลิดมิติจึงเป็นปริภูมิที่แยกได้

ตัวอย่างง่ายๆ ของปริภูมิที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้คือ ปริภูมิ แบบไม่ต่อเนื่องที่มีจำนวนสมาชิกนับไม่ได้

ตัวอย่างเพิ่มเติมแสดงไว้ด้านล่าง

ความสามารถในการแยกเทียบกับความสามารถในการนับครั้งที่สอง

ปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สองใดๆ ก็สามารถแยกได้: ถ้าเป็นฐานที่นับได้ การเลือกใดๆจาก ที่ไม่ว่างเปล่า จะได้เซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ ในทางกลับกันปริภูมิที่สามารถกำหนดเมตริกได้จะแยกได้ก็ต่อเมื่อเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ซึ่งจะเป็นเช่นนั้นก็ต่อเมื่อเป็นปริภูมิ Lindelöfเท่านั้น

เพื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติทั้งสองนี้เพิ่มเติม:

  • ปริภูมิย่อยใดๆของปริภูมิที่นับได้แบบลำดับที่สอง ก็สามารถนับได้แบบลำดับที่สองเช่นกัน ปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ไม่จำเป็นต้องแยกได้ (ดูด้านล่าง)
  • ภาพต่อเนื่องใดๆ ของปริภูมิที่แยกได้ก็จะเป็นปริภูมิที่แยกได้เช่นกัน ( Willard 1970 , Th. 16.4a) แม้แต่ผลหารของปริภูมิที่นับได้แบบที่สองก็ไม่จำเป็นต้องนับได้แบบที่สองเสมอไป
  • ผลคูณของปริภูมิที่แยกได้จำนวนมากที่สุดเท่ากับจำนวนต่อเนื่องกัน ถือเป็นปริภูมิที่แยกได้ ( Willard 1970 , หน้า 109, Th 16.4c) ผลคูณที่นับได้ของปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ถือเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง แต่ผลคูณที่นับไม่ได้ของปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับแรกด้วยซ้ำ

เราสามารถสร้างตัวอย่างของปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่แยกได้แต่ไม่สามารถนับได้แบบที่สอง พิจารณาเซตที่นับไม่ได้ใดๆเลือกบาง เซต และกำหนดทอพอโลยีให้เป็นการรวบรวมเซตทั้งหมดที่บรรจุเซต(หรือเซตว่าง) จากนั้น การปิดของคือปริภูมิทั้งหมด ( คือเซตปิดที่เล็กที่สุดที่บรรจุ) แต่ทุกเซตในรูปแบบเป็นเซตเปิด ดังนั้น ปริภูมิ จึงแยกได้แต่ไม่สามารถมีฐานที่นับได้

จำนวนสมาชิก

คุณสมบัติของการแยกได้นั้นไม่ได้จำกัดจำนวนสมาชิกของปริภูมิเชิงทอพอโลยีแต่อย่างใด กล่าวคือ เซตใดๆ ที่มีทอพอโลยีแบบไม่สำคัญนั้นสามารถแยกได้ รวมทั้งสามารถนับได้เป็นอันดับสองกึ่งกระชับและเชื่อมต่อกันได้ ปัญหาของทอพอโลยีแบบไม่สำคัญคือ คุณสมบัติการแยกที่ไม่ดีนัก กล่าวคือ ผลหารของคอลโมโกรอฟของมันคือปริภูมิจุดเดียว

ปริภูมิ เฮาส์ดอร์ฟ แบบนับได้และแยกได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริภูมิเมตริกแบบแยกได้) มีจำนวนสมาชิกอย่างมากที่สุด เท่ากับจำนวนสมาชิก ต่อเนื่อง ในปริภูมิดังกล่าวการปิดจะถูกกำหนดโดยลิมิตของลำดับ และลำดับลู่เข้าใดๆ จะมีลิมิตอย่างมากที่สุดเพียงหนึ่งเดียว ดังนั้นจึงมีฟังก์ชันส่งทั่วถึงจากเซตของลำดับลู่เข้าที่มีค่าอยู่ในเซตย่อยหนาแน่นแบบนับได้ไปยังจุดต่างๆของ

ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่แยกส่วนได้จะมีขนาดไม่เกินโดยที่คือขนาดของคอนทิเนียม สำหรับการปิดนี้จะถูกกำหนดลักษณะโดยลิมิตของฐานตัวกรอง : ถ้าและแล้วก็ต่อเมื่อมีฐานตัวกรองที่ประกอบด้วยเซตย่อยของที่ลู่เข้าสู่ขนาดสมาชิกของเซตของฐานตัวกรองดังกล่าวไม่เกิน ยิ่งไปกว่านั้น ในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ จะมีลิมิตอย่างมากที่สุดหนึ่งเดียวสำหรับทุกฐานตัวกรอง ดังนั้นจึงมีการส่งทั่วถึงเมื่อ

เหตุผลเดียวกันนี้ยังนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ครอบคลุมกว่า กล่าวคือ สมมติว่าปริภูมิเชิงทอพอโลยีแบบเฮาส์ดอร์ฟประกอบด้วยเซตย่อยหนาแน่นที่มีขนาดสมาชิกเท่ากับ n เซตย่อยนั้นจะมีขนาดสมาชิกไม่เกิน n และมีขนาดสมาชิกไม่เกิน n ถ้าเซตย่อยนั้นเป็นเซตที่นับได้ก่อน

ผลคูณของปริภูมิแยกส่วนได้จำนวนไม่เกินจำนวนต่อเนื่องกันจะเป็นปริภูมิแยกส่วนได้ ( Willard 1970 , หน้า 109, ทฤษฎีบท 16.4c) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริภูมิของฟังก์ชันทั้งหมดจากเส้นจำนวนจริงไปยังตัวมันเอง ซึ่งมีโทโพโลยีผลคูณ จะเป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแยกส่วนได้ที่มีขนาดเท่ากับ n โดยทั่วไปแล้ว ถ้า n เป็นจำนวนเชิงอนันต์ใดๆ ผลคูณของ ปริภูมิจำนวนไม่เกิน n ที่มีเซตย่อยหนาแน่น ขนาดไม่เกิน n จะมีเซตย่อยหนาแน่นขนาดไม่เกิน n เช่นกัน( ทฤษฎีบท Hewitt–Marczewski–Pondiczery )

คณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์

การแยกส่วนได้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขและคณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์เนื่องจากทฤษฎีบทหลายข้อที่สามารถพิสูจน์ได้สำหรับปริภูมิที่ไม่สามารถแยกส่วนได้นั้น มีการพิสูจน์เชิงสร้างสรรค์ได้เฉพาะสำหรับปริภูมิที่สามารถแยกส่วนได้เท่านั้น การพิสูจน์เชิงสร้างสรรค์ดังกล่าวสามารถเปลี่ยนเป็นอัลกอริทึมเพื่อใช้ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขได้ และเป็นการพิสูจน์เพียงประเภทเดียวที่ยอมรับได้ในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงของทฤษฎีบทประเภทนี้คือทฤษฎีบทฮาห์น-บานาค

ตัวอย่างเพิ่มเติม

พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

  • ปริภูมิเมตริกกระชับทุกปริภูมิ(หรือปริภูมิที่สามารถกำหนดเมตริกได้) สามารถแยกส่วนได้
  • ปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ ที่เป็นผลรวมของปริภูมิย่อยที่แยกได้จำนวนนับได้ จะเป็นปริภูมิที่แยกได้ ตัวอย่างสองข้อแรกนี้รวมกันแล้วให้การพิสูจน์ที่แตกต่างออกไปว่าปริภูมิยุคลิดมิติ n เป็นปริภูมิที่แยกได้
  • ปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องทั้งหมดจากเซตย่อยกระชับไปยังเส้นจำนวนจริงเป็นปริภูมิที่แยกได้
  • ปริภูมิเลเบสก์ เหนือปริภูมิการวัด ที่มีพีชคณิต σ ที่สร้างขึ้นโดยนับได้และการวัดเป็น σ-จำกัด สามารถแยกได้สำหรับใดๆ[ 1 ]
  • ปริภูมิของฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนช่วงหน่วยที่มีเมตริกการลู่เข้าสม่ำเสมอเป็นปริภูมิที่แยกได้ เนื่องจากทฤษฎีบทการประมาณค่าของไวเออร์สตรัสส์ ระบุ ว่าเซตของพหุนามตัวแปรเดียวที่มีสัมประสิทธิ์ตรรกยะเป็นเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ของปริภูมิ นอกจากนี้ทฤษฎีบทบานาค-มาซูร์ ยังกล่าวว่าปริภูมิ บานาคที่แยกได้ใดๆ จะสมมาตรเชิงไอโซเมตริกกับ ปริภูมิย่อยเชิงเส้นปิดของปริภูมิ
  • ปริภูมิฮิลเบิร์ตจะแยกได้ก็ต่อเมื่อมีฐานเชิงตั้งฉากปกติ ที่นับได้ ดังนั้น ปริภูมิฮิลเบิร์ตแบบแยกได้ที่มีมิติอนันต์ใดๆ จึงสมมาตรกับปริภูมิของลำดับที่หาผลรวมกำลังสองได้
  • ตัวอย่างหนึ่งของปริภูมิที่แยกได้ซึ่งไม่สามารถนับได้แบบที่สองคือเส้นซอร์เกนเฟรย์ ซึ่งเป็นเซตของจำนวนจริงที่มีโทโพโลยีขีดจำกัดล่าง
  • พีชคณิตσ ที่แยกได้คือพีชคณิต σ ที่เป็นปริภูมิที่แยกได้เมื่อพิจารณาว่าเป็นปริภูมิเมตริกที่มีเมตริกสำหรับและการวัด จำกัดที่กำหนด (และโดยที่ เป็น ตัวดำเนินการ ผลต่างสมมาตร ) [ 2 ]

พื้นที่ที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้

คุณสมบัติ

  • ปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ไม่จำเป็นต้องแยกได้เสมอไป (ดูระนาบซอร์เกนเฟรย์และระนาบมัวร์ ) แต่ ปริภูมิย่อย เปิด ทุก ปริภูมิของปริภูมิที่แยกได้นั้นแยกได้ ( วิลลาร์ด 1970 , ทฤษฎีบท 16.4b) นอกจากนี้ ปริภูมิย่อยทุกปริภูมิของปริภูมิเมตริก ที่แยกได้ ก็แยกได้เช่น กัน
  • ในความเป็นจริงแล้ว ปริภูมิเชิงทอพอโลยีทุกปริภูมิเป็นปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ซึ่งมีจำนวนสมาชิก เท่า กัน จำเป็นต้องเพิ่มจุดเพียงจำนวนนับได้เท่านั้น คือ จุดของเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ของปริภูมิที่แยกได้ มีการสร้างไว้ใน ( Sierpiński 1952 , หน้า 49) การสร้างนี้ยังฝังปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟทุกปริภูมิลงในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่แยกได้อีกด้วย
  • เซตของฟังก์ชันต่อเนื่องค่าจริงทั้งหมดบนปริภูมิที่แยกได้นั้น มีจำนวนสมาชิกเท่ากับจำนวนสมาชิกของคอนติเนียมซึ่งเป็นผลมาจากการที่ฟังก์ชันดังกล่าวถูกกำหนดโดยค่าของฟังก์ชันบนเซตย่อยหนาแน่น
  • จากคุณสมบัติข้างต้น เราสามารถอนุมานได้ดังนี้: ถ้าXเป็นปริภูมิที่แยกได้ซึ่งมีปริภูมิย่อยแบบปิดที่ไม่ต่อเนื่องและนับไม่ได้แล้วXจะไม่สามารถเป็น ปริภูมิ ปกติได้นี่แสดงให้เห็นว่าระนาบซอร์เกนเฟรย์ไม่ใช่ปริภูมิปกติ
  • สำหรับปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับXนั้น สิ่งต่อไปนี้ถือว่าเทียบเท่ากัน:
    1. Xเป็นจำนวนนับลำดับที่สอง
    2. ปริภูมิของฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนXที่มีนอร์มสูงสุดเป็นปริภูมิที่แยกได้
    3. Xสามารถวัดได้ด้วยเมตริก

การฝังปริภูมิเมตริกที่แยกออกจากกันได้

สำหรับช่องว่างที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ :

  • ปริภูมิเมตริกที่มีความหนาแน่นเท่ากับจำนวนคาร์ดินัลอนันต์αนั้นเป็นไอโซเมตริกกับปริภูมิย่อยของC([0,1] α , R )ซึ่งเป็นปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องจริงบนผลคูณของ ช่วงเวลาหน่วยจำนวน αชุด ( Kleiber & Pervin 1969 )
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Separable_space&oldid=1339669327 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

ในทางคณิตศาสตร์ปริภูมิเชิงทอพอโลยีเรียกว่าปริภูมิที่แยกได้ (separable space) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ...

ตัวอย่างแรก

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ ที่เป็น ปริภูมิจำกัด หรือ อนันต์นับได้ นั้น ย่อมเป็นปริภูมิที่แยกได้ เพราะปริภูมิทั้งหมดเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ของตัวมันเอง ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิที่แยกไม่ได้ซึ่งนับไม่ได้คือ เส้นจำนวนจริง ซึ่ง จำนวนตรรกยะ...

ความสามารถในการแยกเทียบกับความสามารถในการนับครั้งที่สอง

ปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ใดๆ ก็สามารถแยกได้: ถ้าเป็นฐานที่นับได้ การเลือกใดๆจาก ที่ไม่ว่างเปล่า จะได้เซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ ในทางกลับกัน ปริภูมิที่สามารถกำหนดเมตริกได้ จะแยกได้ก็ต่อเมื่อเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ซึ่งจะเป็นเช่นนั้นก็ต่อเมื่อเป็น...

จำนวนสมาชิก

คุณสมบัติของการแยกได้นั้นไม่ได้จำกัด จำนวนสมาชิก ของปริภูมิเชิงทอพอโลยีแต่อย่างใด กล่าวคือ เซตใดๆ ที่มี ทอพอโลยีแบบไม่สำคัญ นั้นสามารถแยกได้ รวมทั้งสามารถนับได้เป็นอันดับสอง กึ่งกระชับ และ เชื่อมต่อกันได้ ปัญหาของทอพอโลยีแบบไม่สำคัญคือ...