พื้นที่ที่มีขอบเขตอย่างสมบูรณ์
ในโทโพโลยีและสาขาคณิตศาสตร์ ที่เกี่ยวข้อง ความเป็นขอบเขตโดยสมบูรณ์ ( totally-boundedness)เป็นการขยายความของความกะทัดรัด (compactness ) สำหรับสถานการณ์ที่เซตไม่จำเป็นต้องเป็นเซตปิดเซตที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์สามารถถูกปกคลุมด้วยเซตย่อยจำนวนจำกัดที่มี "ขนาด" คงที่ทุกค่า (โดยความหมายของ "ขนาด" ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของปริภูมิโดยรอบ )
คำว่าprecompact (หรือpre-compact ) บางครั้งใช้ในความหมายเดียวกัน แต่ precompact ยังใช้ในความหมายว่ากระชับสัมพัทธ์ได้ อีกด้วย คำจำกัดความเหล่านี้ตรงกันสำหรับเซตย่อยของปริภูมิเมตริกสมบูรณ์แต่ไม่ตรงกันโดยทั่วไป
ในปริภูมิเมตริก

ปริภูมิเมตริก จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อสำหรับจำนวนจริงทุกจำนวนจะมีชุดลูกบอลเปิดรัศมี จำกัดจำนวนหนึ่ง ซึ่งมีจุดศูนย์กลางอยู่ในMและผลรวมของลูกบอลเปิดเหล่านั้นประกอบด้วย Mหรือเทียบเท่ากัน ปริภูมิเมตริกMจะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อสำหรับทุกๆจะมีชุดคลุมจำกัดจำนวนหนึ่งซึ่งรัศมีของแต่ละองค์ประกอบของชุดคลุมนั้นมีค่าไม่เกินซึ่งเทียบเท่ากับการมีอยู่ของε-netจำกัด[ 1 ] ปริภูมิเมตริกจะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อลำดับทุกลำดับยอมรับลำดับย่อย โคชี ในปริภูมิเมตริกสมบูรณ์ เซตจะกระชับก็ต่อเมื่อเซตนั้นเป็นเซตปิดและมีขอบเขตโดยสมบูรณ์[ 2 ]
แต่ละพื้นที่ที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์จะมีขอบเขต (เช่นเดียวกับการรวมกันของเซตที่มีขอบเขตจำนวนจำกัดที่มีขอบเขต) ในทางกลับกันเป็นจริงสำหรับเซตย่อยของพื้นที่ยุคลิด (ที่มีโทโพโลยีของพื้นที่ย่อย ) แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เป็นเช่นนั้น ตัวอย่างเช่น เซตอนันต์ที่มีเมตริกแบบ ไม่ต่อเนื่อง จะมีขอบเขตแต่ไม่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์: [ 3 ]ลูกบอลแบบไม่ต่อเนื่องทุกลูกที่มีรัศมีหรือน้อยกว่าจะเป็นเซตที่มีสมาชิกเดียว และไม่มีการรวมกันแบบจำกัดของเซตที่มีสมาชิกเดียวที่สามารถครอบคลุมเซตอนันต์ได้
ปริภูมิเอกรูป (เชิงทอพอโลยี)
เมตริกปรากฏในคำจำกัดความของขอบเขตทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละองค์ประกอบของการปกคลุมแบบจำกัดมีขนาดที่เทียบเคียงได้ และสามารถลดทอนให้เหลือขนาดโครงสร้างสม่ำเสมอได้เซตย่อยSของปริภูมิสม่ำเสมอXมีขอบเขตทั้งหมดก็ต่อเมื่อสำหรับกลุ่มE ใดๆ มีการปกคลุมแบบจำกัดของSโดยเซตย่อยของXแต่ละเซตย่อยที่ มีกำลัง สองคาร์ทีเซียนเป็นเซตย่อยของE (กล่าวอีกนัยหนึ่งEแทนที่ "ขนาด" εและเซตย่อยมีขนาดEถ้ากำลังสองคาร์ทีเซียนของมันเป็นเซตย่อยของE ) [ 4 ]
นิยามนี้สามารถขยายออกไปได้อีก ครอบคลุมถึงพื้นที่ทุกประเภทที่มีแนวคิดเรื่องความกะทัดรัดและการเติมเต็มแบบโคชี กล่าวคือ พื้นที่จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อการเติมเต็ม (แบบโคชี) ของพื้นที่นั้นมีความกะทัดรัด
ตัวอย่างและคุณสมบัติพื้นฐาน
- ในปริภูมิเมตริกเซตกระชับ ทุกเซต มีขอบเขตสมบูรณ์
- เซตที่มีขอบเขตทั้งหมดทุกเซตมีขอบเขต[ 5 ] [ 3 ]
- เซตย่อยของเส้นจำนวนจริงหรือโดยทั่วไปแล้วของปริภูมิยูคลิด มิติจำกัด จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเซตย่อยนั้นมีขอบเขต
- โดยทั่วไปแล้ว หากปริภูมิเมตริกมีคุณสมบัติไฮน์-โบเรลเซตย่อยจะมีขอบเขตก็ต่อเมื่อเซตย่อยนั้นมีขอบเขตโดยสมบูรณ์
- ทรงกลมหน่วยในปริภูมิฮิลเบิร์ตหรือโดยทั่วไปในปริภูมิบานาค จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (ในโทโพโลยีของบรรทัดฐาน ) ก็ต่อเมื่อปริภูมินั้นมีมิติ จำกัด
- ฟังก์ชันที่มีความต่อเนื่องสม่ำเสมอและมีขอบเขตบนเซตกระชับจะเป็นฟังก์ชันพรีคอมแพ็กต์ในโทโพโลยีเอกรูปนี่คือทฤษฎีบทของอาร์เซลา-อัสโคลี
- ปริภูมิเมตริกสามารถแยกได้ก็ต่อเมื่อปริภูมิเมตริกนั้นเป็นโฮมีโอเมอร์ฟิกกับปริภูมิเมตริกที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์[ 3 ]
- การปิดของเซตย่อยที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์อีกครั้ง[ 6 ]
การเปรียบเทียบกับชุดขนาดกะทัดรัด
ในปริภูมิเมตริก เซตจะกระชับก็ต่อเมื่อสมบูรณ์และมีขอบเขตโดยสมบูรณ์[ 5 ] หาก ไม่มีสัจพจน์ของการเลือกจะมีเพียงทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้นที่เป็นจริง เซตพรีคอมแพ็กต์มีคุณสมบัติร่วมกันหลายประการกับเซตคอมแพ็กต์
- เช่นเดียวกับเซตกระชับ การรวมกันของเซตที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์จำนวนจำกัดก็จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์เช่นกัน
- ต่างจากเซตกระชับ (compact sets) ตรงที่เซตย่อยทุกเซตของเซตที่มีขอบเขตสมบูรณ์ (totally bounded set) ก็มีขอบเขตสมบูรณ์เช่นกัน
- ภาพต่อเนื่องของเซตกระชับก็คือเซตกระชับ ภาพ ต่อเนื่องสม่ำเสมอของเซตก่อนกระชับก็คือเซตก่อนกระชับ
ในกลุ่มโทโพโลยี
แม้ว่าแนวคิดเรื่องขอบเขตโดยสมบูรณ์จะมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับปริภูมิเมตริก แต่โครงสร้างพีชคณิตที่ใหญ่กว่าของกลุ่มโทโพโลยีทำให้สามารถแลกเปลี่ยนคุณสมบัติการแยก บางส่วน ได้ ตัวอย่างเช่น ในปริภูมิเมตริก เซตจะกระชับก็ต่อเมื่อสมบูรณ์และมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ ภายใต้นิยามด้านล่างนี้ สิ่งเดียวกันนี้ใช้ได้กับปริภูมิเวกเตอร์โทโพโลยีใดๆ (ไม่จำเป็นต้องเป็น Hausdorff หรือสมบูรณ์) [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
รูปแบบ เชิงตรรกะทั่วไปของนิยาม นี้ คือ: เซตย่อยของปริภูมิหนึ่งจะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อเมื่อกำหนดขนาด ใดๆ แล้ว จะมีเซตคลุมจำกัดของเซตย่อยนั้นอยู่ ซึ่งแต่ละสมาชิกของเซต คลุม จะมีขนาดไม่เกิน และเซตย่อยนั้นจะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อมันมีขอบเขตโดยสมบูรณ์เมื่อพิจารณาว่าเป็นเซตย่อยของตัวมันเอง
เราใช้ข้อตกลงว่าสำหรับย่านใกล้เคียงใดๆของเอกลักษณ์ เซตย่อยเรียกว่า ( ซ้าย ) -เล็กก็ต่อเมื่อ[ 6 ] เซตย่อยของกลุ่มโทโพโลยีเป็น ( ซ้าย ) ที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์หากเป็นไปตามเงื่อนไขที่เทียบเท่ากันต่อไปนี้
- นิยาม : สำหรับย่านใกล้เคียงใดๆของเอกลักษณ์จะมีจำนวนจำกัดของ ที่ทำให้
- สำหรับย่านใดๆของจะมีเซตย่อยจำกัดอยู่เซตหนึ่งซึ่งสอดคล้องกับเงื่อนไข(โดยที่ด้านขวามือคือผลรวมมินคอฟสกี )
- สำหรับย่านใกล้เคียงใดๆของจะมีเซตย่อยจำนวนจำกัดของซึ่งแต่ละเซตย่อยมีขนาดเล็ก[ 6 ]
- สำหรับซับเบสตัวกรอง ที่กำหนดของ ตัวกรองย่านใกล้เคียงขององค์ประกอบเอกลักษณ์(ซึ่งประกอบด้วยย่านใกล้เคียงทั้งหมดของใน) และสำหรับทุกๆจะมีการครอบคลุมของโดยเซตย่อยขนาดเล็กจำนวนจำกัดของ[ 6 ]
- มีขอบเขตโคชี : สำหรับทุกย่านใกล้เคียงของเอกลักษณ์และทุกเซตย่อยอนันต์ที่นับได้ของจะมี ที่แตกต่างกันอยู่เช่นนั้น[ 6 ] (ถ้าเป็นเซตจำกัด เงื่อนไขนี้จะเป็นจริงโดยปริยาย )
- เซตใดเซตหนึ่งในสามเซตต่อไปนี้ตรงตาม (คำจำกัดความใดๆ ข้างต้น) การเป็นเซตที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (ทางซ้าย):
- การปิด ใน[ 6 ]
- การที่เซตนี้อยู่ในรายการหมายความว่าเงื่อนไขต่อไปนี้เป็นจริง: เซตนั้นมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (ทางซ้าย) ก็ต่อเมื่อเซตนั้นมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (ทางซ้าย) (ตามเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งที่กล่าวถึงข้างต้น) เงื่อนไขเดียวกันนี้ใช้ได้กับเซตอื่นๆ ที่ระบุไว้ด้านล่างด้วย
- ภาพของภายใต้ผลหารมาตรฐานซึ่งกำหนดโดย(โดยที่คือองค์ประกอบเอกลักษณ์)
- ผลรวม[ 9 ]
- การปิด ใน[ 6 ]
คำว่าpre-compactมักปรากฏในบริบทของปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีของ Hausdorff [ 10 ] [ 11 ] ในกรณีนั้น เงื่อนไขต่อไปนี้ทั้งหมดก็เทียบเท่ากับการมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (ทางซ้าย) เช่นกัน:
- ในการปิดให้เสร็จสมบูรณ์ นั้นกระชับ[ 10 ] [ 12 ]
- ตัวกรองละเอียดพิเศษทุกตัวเป็นตัวกรองแบบคอชี (Cauchy filter )
นิยามของขอบเขตที่ถูกต้องโดยสมบูรณ์นั้นคล้ายคลึงกัน กล่าวคือ เพียงแค่สลับลำดับของผลคูณเท่านั้น
เงื่อนไขที่ 4 บ่งชี้ว่าเซตย่อยใด ๆ ของ นั้นมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ (อันที่จริงคือ กระชับ ดู§ การเปรียบเทียบกับเซตกระชับด้านบน) ถ้าไม่ใช่ Hausdorff แล้ว ตัวอย่างเช่นเป็นเซตกระชับสมบูรณ์ที่ไม่ปิด[ 6 ]
ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี
ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีใดๆ เป็นกลุ่มเชิงทอพอโลยีแบบอาเบลภายใต้การบวก ดังนั้นเงื่อนไขข้างต้นจึงใช้ได้ ในทางประวัติศาสตร์ ข้อความ 6(a) เป็นการกำหนดใหม่ครั้งแรกของขอบเขตทั้งหมดสำหรับปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีซึ่งมีที่มาจากบทความของJohn von Neumann ในปี 1935 [ 13 ]
นิยามนี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ ในปริภูมิเว้าเฉพาะที่ซึ่งมีโทโพโลยีแบบอ่อนเซตพรีคอมแพ็กต์ก็คือเซตที่มีขอบเขตนั่นเอง
สำหรับปริภูมิ Banach ที่แยกได้ มีการกำหนดลักษณะที่ดีของเซตพรีคอมแพ็กต์ (ในโทโพโลยีบรรทัดฐาน) ในแง่ของลำดับฟังก์ชันที่ลู่เข้าอย่างอ่อน: ถ้าเป็นปริภูมิ Banach ที่แยกได้ จะเป็นพรีคอมแพ็กต์ก็ต่อเมื่อลำดับฟังก์ชันที่ลู่เข้าอย่างอ่อน ทุกลำดับลู่เข้า อย่างสม่ำเสมอบน[ 14 ]
ปฏิสัมพันธ์กับความนูน
- ขอบเขตสมดุลของเซตย่อยที่มีขอบเขตทั้งหมดของปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีจะมีขอบเขตทั้งหมดอีกครั้ง[ 6 ] [ 15 ]
- ผลรวมมินคอฟสกีของเซตกระชับ (มีขอบเขตโดยสมบูรณ์) สองเซต ก็เป็นเซตกระชับ (หรือมีขอบเขตโดยสมบูรณ์) เช่นกัน
- ในพื้นที่นูนเฉพาะที่ (Hausdorff) ขอบเขตนูนและขอบเขตวงกลมของเซตที่มีขอบเขตโดยสมบูรณ์จะมีขอบเขตโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อสมบูรณ์[ 16 ]
ดูเพิ่มเติม
- พื้นที่ขนาดกะทัดรัด
- พื้นที่ขนาดกะทัดรัดในท้องถิ่น
- การวัดความไม่กะทัดรัด
- พื้นที่ออร์โธคอมแพค
- พื้นที่พาราคอมแพ็กต์
- พื้นที่ย่อยที่มีขนาดกะทัดรัดค่อนข้างมาก
บรรณานุกรม
- จาร์โชว, ฮันส์ (1981) ช่องว่างนูนเฉพาะที่ สตุ๊ตการ์ท : บีจี ทอยบเนอร์ไอเอสบีเอ็น 978-3-519-02224-4. OCLC 8210342 .
- นาริซี, ลอว์เรนซ์; เบคเกนสไตน์, เอ็ดเวิร์ด (2011). ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีคณิตศาสตร์บริสุทธิ์และประยุกต์ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). โบคา ราตัน, ฟลอริดา: สำนักพิมพ์ CRC. ISBN 978-1584888666. OCLC 144216834 .
- Schaefer, Helmut H. ; Wolff, Manfred P. (1999). ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอ โล ยีGTMเล่ม 8 (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). นิวยอร์ก, นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ Springer New York. ISBN 978-1-4612-7155-0. OCLC 840278135 .
- Sutherland, WA (1975). บทนำเกี่ยวกับปริภูมิเมตริกและปริภูมิเชิงทอพอโลยี . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 0-19-853161-3. Zbl 0304.54002 .
- เทรฟส์, ฟรองซัวส์ (2549) [2510] สเปซเวกเตอร์ทอพอโลยี การแจกแจง และเคอร์เนล Mineola, NY: สิ่งพิมพ์โดเวอร์ไอเอสบีเอ็น 978-0-486-45352-1. OCLC 853623322 .
- วิลลาร์ด, สตีเฟน (2004). โทโพโลยีทั่วไป . สำนักพิมพ์โดเวอร์. ISBN 0-486-43479-6.