กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ใน ทางคณิตศาสตร์ ปริภูมิ เชิงทอพอโลยี เรียกว่า ปริภูมิแยกได้ (separable space ) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่ นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ มี ลำดับ อยู่ ( x n )..

พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

ในทางคณิตศาสตร์ปริภูมิเชิงทอพอโลยีเรียกว่าปริภูมิแยกได้ (separable space ) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ มีลำดับ อยู่(xn)n=1{\displaystyle (x_{n})_{n=1}^{\infty }}ขององค์ประกอบในปริภูมิซึ่งเซตย่อยเปิด ที่ไม่ว่างเปล่าทุกเซต ในปริภูมิจะต้องมีองค์ประกอบอย่างน้อยหนึ่งตัวของลำดับนี้

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

เปรียบเทียบความสามารถในการแยกออกจากกันได้กับแนวคิดที่เกี่ยวข้องอย่างความสามารถในการนับได้แบบที่สองซึ่งโดยทั่วไปแล้วมีความแข็งแกร่งกว่าแต่เทียบเท่ากันในกลุ่มของปริภูมิเมตริกซ์ได้

ตัวอย่างแรก

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ ที่เป็นเซตจำกัดหรืออนันต์นับได้นั้น ย่อมเป็นปริภูมิที่แยกได้ เพราะปริภูมิทั้งหมดเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ของตัวมันเอง ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิที่แยกไม่ได้และนับไม่ได้คือเส้นจำนวนจริงซึ่งจำนวนตรรกยะเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ ในทำนองเดียวกัน เซตของความยาวทั้งหมด-n{\displaystyle n}เวกเตอร์ของจำนวนตรรกยะ=(1,,n)คิวn{\displaystyle {\boldsymbol {r}}=(r_{1},\ldots ,r_{n})\in \mathbb {Q} ^{n}}เป็นเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ของเซตที่มีความยาวทั้งหมด-n{\displaystyle n}เวกเตอร์ของจำนวนจริงอาร์n{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}ดังนั้นสำหรับทุกๆn{\displaystyle n},n{\displaystyle n}ปริภูมิยูคลิดมิติ n สามารถแยกส่วนได้

ตัวอย่างง่ายๆ ของปริภูมิที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้คือ ปริภูมิ แบบไม่ต่อเนื่องที่มีจำนวนสมาชิกนับไม่ได้

ตัวอย่างเพิ่มเติมแสดงไว้ด้านล่าง

ความสามารถในการแยกเทียบกับความสามารถในการนับครั้งที่สอง

ปริภูมิที่นับได้แบบวินาทีใดๆ ก็สามารถแยกได้: ถ้า{ยูn}{\displaystyle \{U_{n}\}}เป็นฐานที่นับได้ โดยเลือกฐานใดๆxnยูn{\displaystyle x_{n}\in U_{n}}จากที่ไม่ว่างเปล่ายูn{\displaystyle U_{n}}ให้เซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ ในทางกลับกัน ปริภูมิเมตริกซ์จะแยกได้ก็ต่อเมื่อเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ซึ่งจะเป็นเช่นนั้นก็ต่อเมื่อเป็นปริภูมิ Lindelöf

เพื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติทั้งสองนี้เพิ่มเติม:

  • ปริภูมิย่อยใดๆของปริภูมิที่นับได้แบบลำดับที่สอง ก็สามารถนับได้แบบลำดับที่สองเช่นกัน ปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ไม่จำเป็นต้องแยกได้ (ดูด้านล่าง)
  • ภาพต่อเนื่องใดๆ ของปริภูมิที่แยกได้ก็จะเป็นปริภูมิที่แยกได้เช่นกัน( Willard 1970 , Th. 16.4a)แม้แต่ผลหารของปริภูมิที่นับได้แบบที่สองก็ไม่จำเป็นต้องนับได้แบบที่สองเสมอไป
  • ผลคูณของปริภูมิที่แยกได้จำนวนมากที่สุดเท่ากับจำนวนต่อเนื่องกัน จะเป็นปริภูมิที่แยกได้( Willard 1970 , หน้า109, Th 16.4c)ผลคูณที่นับได้ของปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง จะเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง แต่ผลคูณที่นับไม่ได้ของปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สอง ไม่จำเป็นต้องเป็นปริภูมิที่นับได้ลำดับแรกด้วยซ้ำ 

เราสามารถสร้างตัวอย่างของปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่แยกได้ซึ่งไม่ใช่ปริภูมิที่นับได้ลำดับที่สองได้ พิจารณาเซตใดๆ ที่นับไม่ได้X{\displaystyle X}เลือกมาบ้างx0X{\displaystyle x_{0}\in X}และกำหนดให้โทโพโลยีคือกลุ่มของเซตทั้งหมดที่ประกอบด้วยx0{\displaystyle x_{0}}(หรือว่างเปล่า) จากนั้น การปิดx0{\displaystyle {x_{0}}}คือพื้นที่ทั้งหมด (X{\displaystyle X}เป็นเซตปิดที่เล็กที่สุดที่ประกอบด้วยx0{\displaystyle x_{0}}) แต่ทุกชุดของรูปแบบ{x0,x}{\displaystyle \{x_{0},x\}}เป็นพื้นที่เปิด ดังนั้น พื้นที่นั้นจึงสามารถแยกออกจากกันได้ แต่ไม่สามารถมีฐานที่นับได้

จำนวนสมาชิก

คุณสมบัติของการแยกได้นั้นไม่ได้จำกัดจำนวนสมาชิกของปริภูมิเชิงทอพอโลยีแต่อย่างใด กล่าวคือ เซตใดๆ ที่มีทอพอโลยีแบบไม่สำคัญนั้นสามารถแยกได้ รวมทั้งสามารถนับได้เป็นอันดับสองกึ่งกระชับและเชื่อมต่อกันได้ ปัญหาของทอพอโลยีแบบไม่สำคัญคือ คุณสมบัติการแยกที่ไม่ดีนัก กล่าวคือ ผลหารของคอลโมโกรอฟของมันคือปริภูมิจุดเดียว

ปริภูมิ เฮาส์ดอร์ฟ ที่นับได้และแยกได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริภูมิเมตริกที่แยกได้) จะมีขนาดสมาชิกอย่างมากที่สุดเท่ากับค่าคอนทินิวอัม{\displaystyle {\mathfrak {c}}}ในปริภูมิเช่นนี้การปิดจะถูกกำหนดโดยลิมิตของลำดับ และลำดับลู่เข้าใดๆ จะมีลิมิตอย่างมากที่สุดเพียงหนึ่งเดียว ดังนั้นจึงมีแผนที่ทั่วถึงจากเซตของลำดับลู่เข้าที่มีค่าอยู่ในเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ไปยังจุดต่างๆ ของX{\displaystyle X}.

ปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่แยกได้จะมีขนาดไม่เกิน2{\displaystyle 2^{\mathfrak {c}}}, ที่ไหน{\displaystyle {\mathfrak {c}}}คือจำนวนสมาชิกของความต่อเนื่อง สำหรับการปิดนี้ จะถูกกำหนดลักษณะในแง่ของขีดจำกัดของฐานตัวกรอง : ถ้าวายX{\displaystyle Y\subseteq X}และzX{\displaystyle z\in X}, แล้วzวาย¯{\displaystyle z\in {\overline {Y}}}ก็ต่อเมื่อมีฐานตัวกรองอยู่เท่านั้นบี{\displaystyle {\mathcal {B}}}ประกอบด้วยเซตย่อยของวาย{\displaystyle Y}ที่บรรจบกันที่z{\displaystyle z}จำนวนสมาชิกของเซตเอส(วาย){\displaystyle S(Y)}ฐานตัวกรองดังกล่าวมีค่าสูงสุดเท่านั้น22|วาย|{\displaystyle 2^{2^{|Y|}}}นอกจากนี้ ในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟ จะมีลิมิตอย่างมากที่สุดเพียงหนึ่งเดียวสำหรับฐานตัวกรองแต่ละฐาน ดังนั้นจึงมีการส่งแบบทั่วถึงเอส(วาย)X{\displaystyle S(Y)\rightarrow X}เมื่อไรวาย¯=X.{\displaystyle {\overline {Y}}=X.}

เหตุผลเดียวกันนี้ยังนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ครอบคลุมกว่าด้วย กล่าวคือ สมมติว่าปริภูมิเชิงทอพอโลยีแบบเฮาส์ดอร์ฟX{\displaystyle X}ประกอบด้วยเซตย่อยที่มีความหนาแน่นของจำนวนสมาชิกκ{\displaystyle \kappa }. แล้วX{\displaystyle X}มีจำนวนสมาชิกอย่างมากที่สุด22κ{\displaystyle 2^{2^{\คัปปา }}}และจำนวนสมาชิกสูงสุด2κ{\displaystyle 2^{\kappa }}ถ้าเป็นคำนามนับได้คำแรก

ผลคูณของปริภูมิที่แยกออกจากกันได้จำนวนมากที่สุดเท่ากับจำนวนอนันต์ ก็คือปริภูมิที่แยกออกจากกันได้( Willard 1970 , หน้า109, Th 16.4c)โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริภูมิ อาร์อาร์{\displaystyle \mathbb {R} ^{\mathbb {R} }}ของฟังก์ชันทั้งหมดจากเส้นจำนวนจริงไปยังตัวมันเอง ซึ่งมีโทโพโลยีแบบผลคูณ เป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่แยกได้ซึ่งมีจำนวนสมาชิกเท่ากับ2{\displaystyle 2^{\mathfrak {c}}}โดยทั่วไปแล้ว ถ้าκ{\displaystyle \kappa }ถ้าเป็นจำนวนเชิงคาร์ดินัลอนันต์ใดๆ ผลคูณของค่าไม่เกิน 1 จะเท่ากับ 12κ{\displaystyle 2^{\kappa }}พื้นที่ที่มีเซตย่อยหนาแน่นขนาดไม่เกินκ{\displaystyle \kappa }มีเซตย่อยที่มีความหนาแน่นสูงขนาดมากที่สุดκ{\displaystyle \kappa }( ทฤษฎีบทฮิววิตต์-มาร์เชฟสกี-พอนดิเชรี )

คณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์

การแยกส่วนได้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขและคณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์เนื่องจากทฤษฎีบทหลายข้อที่สามารถพิสูจน์ได้สำหรับปริภูมิที่ไม่สามารถแยกส่วนได้นั้น มีการพิสูจน์เชิงสร้างสรรค์ได้เฉพาะสำหรับปริภูมิที่สามารถแยกส่วนได้เท่านั้น การพิสูจน์เชิงสร้างสรรค์ดังกล่าวสามารถเปลี่ยนเป็นอัลกอริทึมเพื่อใช้ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขได้ และเป็นการพิสูจน์เพียงประเภทเดียวที่ยอมรับได้ในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงของทฤษฎีบทประเภทนี้คือทฤษฎีบทฮาห์น-บานาค

ตัวอย่างเพิ่มเติม

พื้นที่ที่แยกออกจากกันได้

พื้นที่ที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้

คุณสมบัติ

  • ปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ไม่จำเป็นต้องแยกได้เสมอไป (ดูระนาบซอร์เกนเฟรย์และระนาบมัวร์ ) แต่ปริภูมิย่อยเปิดทุกปริภูมิของปริภูมิที่แยกได้นั้นแยกได้( วิลลาร์ด 1970 , ทฤษฎีบท 16.4b)นอกจากนี้ ปริภูมิย่อยทุกปริภูมิของปริภูมิเมตริก ที่แยกได้ ก็แยกได้เช่น กัน
  • ในความเป็นจริงแล้ว ปริภูมิเชิงทอพอโลยีทุกปริภูมิเป็นปริภูมิย่อยของปริภูมิที่แยกได้ซึ่งมีจำนวนสมาชิก เท่า กัน จำเป็นต้องเพิ่มจุดเพียงจำนวนนับได้เท่านั้น คือ จุดของเซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ของปริภูมิที่แยกได้ มีการสร้างปริภูมิดังกล่าวไว้ใน( Sierpiński 1952 , หน้า49)นอกจากนี้ การสร้างนี้ยังฝังปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟทุกปริภูมิลงในปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟที่แยกได้อีกด้วย 
  • เซตของฟังก์ชันต่อเนื่องค่าจริงทั้งหมดบนปริภูมิที่แยกได้นั้น มีจำนวนสมาชิกเท่ากับ{\displaystyle {\mathfrak {c}}}จำนวนสมาชิกของอนุกรมต่อเนื่องซึ่งเป็นผลมาจากการที่ฟังก์ชันดังกล่าวถูกกำหนดโดยค่าของฟังก์ชันนั้นบนเซตย่อยที่มีความหนาแน่นสูง
  • จากคุณสมบัติข้างต้น เราสามารถอนุมานได้ดังนี้: ถ้าXเป็นปริภูมิที่แยกได้ซึ่งมีปริภูมิย่อยแบบปิดที่ไม่ต่อเนื่องและนับไม่ได้แล้วXจะไม่สามารถเป็น ปริภูมิ ปกติได้นี่แสดงให้เห็นว่าระนาบซอร์เกนเฟรย์ไม่ใช่ปริภูมิปกติ
  • สำหรับปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับXนั้น สิ่งต่อไปนี้ถือว่าเทียบเท่ากัน:
    1. Xเป็นจำนวนนับลำดับที่สอง
    2. พื้นที่ซี(X,อาร์){\displaystyle {\mathcal {C}}(X,\mathbb {R} )}ของฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนXที่มีนอร์มสูงสุดสามารถแยกได้
    3. Xสามารถวัดได้ด้วยเมตริก

การฝังปริภูมิเมตริกที่แยกออกจากกันได้

สำหรับช่องว่างที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ :

  • ปริภูมิเมตริกที่มีความหนาแน่นเท่ากับจำนวนคาร์ดินัลอนันต์αนั้นเป็นไอโซเมตริกกับปริภูมิย่อยของC([0,1] α , R )ซึ่งเป็นปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่องจริงบนผลคูณของ ช่วงเวลาหน่วยจำนวน αชุด( Kleiber & Pervin 1969 )
  • ไฮโนเนน, จูฮา (มกราคม 2546), การฝังเชิงเรขาคณิตของปริภูมิเมตริก (PDF) , สืบค้นเมื่อ 6 กุมภาพันธ์ 2552

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ใน ทางคณิตศาสตร์ ปริภูมิ เชิงทอพอโลยี เรียกว่า ปริภูมิแยกได้ (separable space ) ถ้ามันประกอบด้วย เซตย่อย หนาแน่นที่ นับได้ (countable dense subset) กล่าวคือ มี ลำดับ อยู่ ( x n )..

ตัวอย่างแรก

ปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ ที่เป็น เซตจำกัด หรือ อนันต์นับได้ นั้น ย่อมเป็นปริภูมิที่แยกได้ เพราะปริภูมิทั้งหมดเป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้ของตัวมันเอง ตัวอย่างที่สำคัญของปริภูมิที่แยกไม่ได้และนับไม่ได้คือ เส้นจำนวนจริง ซึ่ง จำนวนตรรกยะ เป็นเซตย่อยหนาแน่นนับได้...

ความสามารถในการแยกเทียบกับความสามารถในการนับครั้งที่สอง

ปริภูมิที่นับได้แบบวินาที ใดๆ ก็สามารถแยกได้: ถ้า { ยู n } {\displaystyle \{U_{n}\}} เป็นฐานที่นับได้ โดยเลือกฐานใดๆ x n ∈ ยู n {\displaystyle x_{n}\in U_{n}} จากที่ไม่ว่างเปล่า ยู n {\displaystyle U_{n}} ให้เซตย่อยหนาแน่นที่นับได้ ในทางกลับกัน ปริภูมิเมตริก...

จำนวนสมาชิก

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