stringtranslate.com

Замыкание (топология)

В топологии замыкание подмножества S точек топологического пространства состоит из всех точек S вместе со всеми предельными точками S. Замыкание S может быть эквивалентно определено как объединение S и его границы , а также как пересечение всех замкнутых множеств , содержащих S. Интуитивно, замыкание можно рассматривать как все точки, находящиеся либо в S , либо «очень близко» к S. Точка , находящаяся в замыкании S , является точкой замыкания S. Понятие закрытия во многом двойственно понятию внутреннего .

Определения

Точка закрытия

Ибо как подмножество евклидова пространства , является точкой замыкания, если каждый открытый шар с центром в содержит точку (этой точкой может быть она сама).

Это определение обобщается на любое подмножество метрического пространства. Полностью выражено, поскольку метрическое пространство с метрикой является точкой замыкания, если для каждого существует такое , что расстояние ( допустимо). Другой способ выразить это — сказать, что это точка закрытия расстояния, где находится нижняя грань .

Это определение обобщается на топологические пространства , заменяя «открытый шар» или «шар» на « окрестность ». Пусть - подмножество топологического пространства. Тогда - точка замыкания или точка присоединения , если каждая окрестность содержит точку (опять же, for разрешено). [1] Обратите внимание, что это определение не зависит от того, должны ли окрестности быть открытыми.

Предельная точка

Определение точки замыкания множества тесно связано с определением предельной точки множества . Разница между двумя определениями тонкая, но важная, а именно: в определении предельной точки множества каждая окрестность множества должна содержать точку, отличную от самой себя , т. е. каждая окрестность множества, очевидно, имеет , но также должна иметь точку из этого не равно для того, чтобы быть предельной точкой . Предельная точка имеет более строгое условие, чем точка замыкания в определениях. Совокупность всех предельных точек множества называется производным множеством . Предельную точку множества также называют точкой кластера или точкой накопления множества.

Таким образом, каждая предельная точка является точкой замыкания, но не каждая точка замыкания является предельной точкой . Точка замыкания, не являющаяся предельной точкой, является изолированной точкой . Другими словами, точка является изолированной точкой, если она является элементом и существует окрестность которой не содержит других точек, кроме нее самой. [2]

Для данного множества и точка является точкой замыкания тогда и только тогда, когда является элементом или является предельной точкой (или того и другого).

Закрытие набора

Замыкание подмножества топологического пространства, обозначаемого или, возможно, (если понимается), где, если и и ясно из контекста, то оно также может обозначаться или (более того, иногда пишется с заглавной буквы .), может быть определено с использованием любого следующих эквивалентных определений:

  1. множество всех точек замыкания
  2. есть множество вместе со всеми его предельными точками . (Каждая точка является точкой замыкания , и каждая предельная точка также является точкой замыкания .) [3]
  3. является пересечением всех замкнутых множеств , содержащих
  4. — наименьшее замкнутое множество, содержащее
  5. это объединение и его граница
  6. - это множество всех , для которых существует сеть (значная) в , которая сходится к в

Замыкание множества обладает следующими свойствами. [4]

Иногда второе или третье свойство, приведенное выше, принимается за определение топологического замыкания, которое по-прежнему имеет смысл при применении к другим типам замыканий (см. Ниже). [5]

В пространстве с первой счетностью (таком как метрическое пространство ) — это набор всех пределов всех сходящихся последовательностей точек в. Для общего топологического пространства это утверждение остается верным, если заменить «последовательность» на « сеть » или « фильтр ». (как описано в статье о фильтрах в топологии ).

Обратите внимание, что эти свойства также выполняются, если «замыкание», «надмножество», «пересечение», «содержит/содержащий», «наименьший» и «закрытый» заменяются на «внутренний», «подмножество», «объединение», «содержащийся». в», «крупнейший» и «открытый». Дополнительную информацию по этому вопросу см. в разделе «Оператор замыкания» ниже.

Примеры

Рассмотрим сферу в трехмерном пространстве. Неявно существует две области интересов, созданные этой сферой; сама сфера и ее внутренность (которая называется открытым трехмерным шаром ). Полезно различать внутреннюю часть и поверхность сферы, поэтому мы различаем открытый трехмерный шар (внутреннюю часть сферы) и закрытый трехмерный шар – замыкание открытого трехмерного шара, то есть открытый 3-шар плюс поверхность (поверхность в виде самой сферы).

В топологическом пространстве :

Подача и стандартная (метрическая) топология :

На множестве действительных чисел можно ставить и другие топологии, отличные от стандартной.

Эти примеры показывают, что замыкание множества зависит от топологии лежащего в его основе пространства. Последние два примера являются частными случаями следующего.

Замыкание множества также зависит от того, в каком пространстве мы делаем замыкание. Например, if - набор рациональных чисел с обычной относительной топологией , индуцированной евклидовым пространством , и if then одновременно замкнут и открыт в, поскольку ни его дополнение, ни его дополнение не могут содержать , что было бы нижней границей , но не может находиться в потому что это иррационально. Таким образом, он не имеет четко определенного замыкания из-за отсутствия граничных элементов в . Однако, если вместо этого мы определим набор действительных чисел и определим интервал таким же образом, тогда замыкание этого интервала будет четко определено и будет набором всех действительных чисел, больших или равных .

Оператор закрытия

Оператор замыкания на множестве — это отображение степенного множества в себя , которое удовлетворяет аксиомам замыкания Куратовского . Учитывая топологическое пространство , топологическое замыкание вызывает функцию , которая определяется путем отправки подмножества туда , где обозначение или может использоваться вместо этого. И наоборот, если - оператор замыкания множества, то топологическое пространство получается путем определения замкнутых множеств как в точности тех подмножеств , которые удовлетворяют требованиям (поэтому дополнения в этих подмножествах образуют открытые множества топологии). [6]

Оператор замыкания двойственен внутреннему оператору , который обозначается в том смысле, что

а также

Следовательно, абстрактную теорию операторов замыкания и аксиомы замыкания Куратовского можно легко перевести на язык внутренних операторов, заменяя множества их дополнениями в

В общем случае оператор замыкания не коммутирует с пересечениями. Однако в полном метрическом пространстве справедлив следующий результат:

Теорема [7]  (К. Урсеску)  .  Пусть — последовательность подмножеств полного метрического пространства.

Факты о закрытиях

Подмножество является замкнутым тогда и только тогда, когда, в частности:

Если и если является подпространством (то есть оно наделено топологией подпространства , которая индуцирует его), то и замыкание вычисленного в равно пересечению и замыканию вычисленного в :

Отсюда следует, что является плотным подмножеством тогда и только тогда, когда является подмножеством. Возможно, что for является правильным подмножеством, например, take и

Если но не обязательно является подмножеством, то только

[доказательство 1]

Следовательно, если — любое открытое покрытие и если — любое подмножество, то:

подпространствамногообразиекоординатных картлокально замкнутооткрытое покрытие

Функции и замыкание

Непрерывность

Функция между топологическими пространствами непрерывна тогда и только тогда, когда прообраз каждого замкнутого подмножества кодобласти замкнут в этой области; явно это означает: замкнуто всякий раз, когда является замкнутым подмножеством

С точки зрения оператора замыкания, непрерывно тогда и только тогда, когда для любого подмножества

кпростое английское

Закрытые карты

Функция является (строго) замкнутым отображением тогда и только тогда, когда всякий раз, когда является замкнутым подмножеством then , является замкнутым подмножеством. С точки зрения оператора замыкания, функция является (строго) замкнутым отображением тогда и только тогда, когда для каждого подмножества . (строго) замкнутое отображение тогда и только тогда, когда для любого замкнутого подмножества

Категорическая интерпретация

Оператор замыкания можно определить в терминах универсальных стрелок следующим образом.

Набор степеней множества может быть реализован как категория частичного порядка , в которой объекты являются подмножествами, а морфизмы являются картами включения всякий раз, когда является подмножеством. Кроме того, топология на является подкатегорией с функтором включения. Множество замкнутых подмножеств, содержащих фиксированный подмножество может быть идентифицировано с помощью категории запятой. Эта категория — также частичный порядок — имеет начальный объект. Таким образом, существует универсальная стрелка от к , заданная включением

Аналогично, поскольку каждое замкнутое множество, содержащее, соответствует открытому множеству, содержащемуся в, мы можем интерпретировать категорию как набор открытых подмножеств, содержащихся в с конечным объектом внутри

Все свойства замыкания могут быть выведены из этого определения и некоторых свойств вышеуказанных категорий. Более того, это определение уточняет аналогию между топологическим замыканием и другими типами замыканий (например, алгебраическим замыканием ), поскольку все они являются примерами универсальных стрелок .

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Из и следует то и что подразумевает

Рекомендации

  1. ^ Шуберт 1968, с. 20
  2. ^ Куратовский 1966, с. 75
  3. ^ Хокинг и Янг 1988, с. 4
  4. ^ Крум 1989, с. 104
  5. ^ Джеминьяни 1990, с. 55, Первин 1965, с. 40 и Бейкер 1991, с. 38 используют второе свойство в качестве определения.
  6. ^ Первин 1965, с. 41
  7. ^ Залинеску 2002, с. 33.

Библиография

Внешние ссылки