В математике , особенно в функциональном анализе , борнология на множестве X — это набор подмножеств X, удовлетворяющих аксиомам, обобщающим понятие ограниченности . Одной из ключевых мотиваций борнологий и борнологического анализа является тот факт, что борнологические пространства предоставляют удобную среду для гомологической алгебры в функциональном анализе. Это связано с тем, что [1] стр. 9 категория борнологических пространств является аддитивной , полной , кополной и имеет тензорное произведение, сопряженное с внутренним hom , все необходимые компоненты для гомологической алгебры.
Борнология берет свое начало в функциональном анализе . Существует два естественных способа изучения проблем функционального анализа: один способ — изучать понятия, связанные с топологиями ( векторные топологии , непрерывные операторы , открытые / компактные подмножества и т. д.), а другой — изучать понятия, связанные с ограниченностью [2] ( векторные борнологии , ограниченные операторы , ограниченные подмножества и т. д.).
Для нормированных пространств , из которых возник функциональный анализ, топологические и борнологические понятия различны, но дополняют друг друга и тесно связаны. Например, единичный шар с центром в начале координат является как окрестностью начала координат , так и ограниченным подмножеством. Более того, подмножество нормированного пространства является окрестностью начала координат (соответственно, является ограниченным множеством ) именно тогда, когда оно содержит (соответственно, оно содержится в ) ненулевое скалярное кратное этого шара; так что это один из случаев, когда топологические и борнологические понятия различны, но дополняют друг друга (в том смысле, что их определения отличаются только тем, какой из и используется). В других случаях различие между топологическими и борнологическими понятиями может быть даже ненужным. Например, для линейных отображений между нормированными пространствами быть непрерывным (топологическое понятие) эквивалентно быть ограниченным (борнологическое понятие). Хотя различие между топологией и борнологией часто размыто или ненужно для нормированного пространства, оно становится более важным при изучении обобщений нормированных пространств. Тем не менее, борнология и топология все еще могут рассматриваться как два необходимых, различных и взаимодополняющих аспекта одной и той же реальности. [2]
Общая теория топологических векторных пространств возникла сначала из теории нормированных пространств, а затем борнология возникла из этой общей теории топологических векторных пространств, хотя с тех пор борнология стала признана фундаментальным понятием в функциональном анализе . [3] Родившись из работ Джорджа Макки (в честь которого названы пространства Макки ), важность ограниченных подмножеств впервые стала очевидной в теории двойственности , особенно из-за теоремы Макки–Аренса и топологии Макки . [3] Начиная примерно с 1950-х годов стало очевидно, что топологические векторные пространства неадекватны для изучения некоторых основных проблем. [3] Например, операция умножения некоторых важных топологических алгебр не была непрерывной, хотя часто была ограниченной. [3] Другие основные проблемы, для которых TVS оказались неадекватными, заключались в разработке более общей теории дифференциального исчисления, обобщении распределений с (обычных) скалярнозначных распределений на векторные или операторнозначные распределения и расширении голоморфного функционального исчисления Гельфанда ( которое в первую очередь согласовано с банаховыми алгебрами или локально выпуклыми алгебрами) на более широкий класс операторов, включая те, спектры которых не являются компактными. Борнология оказалась полезным инструментом для исследования этих и других проблем, [4] включая проблемы алгебраической геометрии и общей топологии .
Борнология на множестве — это покрытие множества , замкнутое относительно конечных объединений и взятия подмножеств. Элементы борнологии называются ограниченными множествами .
Явно,борнология илиограниченность на множестве— этосемействоподмножеств,таких что
в этом случае пара называетсяограниченная структура илиборнологический набор .[5]
Таким образом, борнология может быть эквивалентно определена как нисходящее замкнутое покрытие, которое замкнуто относительно бинарных объединений . Непустое семейство множеств, которое замкнуто относительно конечных объединений и взятия подмножеств (свойства (1) и (3)) называется идеалом ( потому что это идеал в булевой алгебре / поле множеств, состоящее из всех подмножеств ). Таким образом, борнология на множестве может быть эквивалентно определена как идеал, который покрывает
Элементы называются -ограниченными множествами или простоограниченное множество s, еслипонимается. Свойства (1) и (2) подразумевают, что каждое одноэлементное подмножествоявляется элементом каждой борнологии посвойству (3), в свою очередь, гарантирует, что то же самое верно для каждого конечного подмножестваДругими словами, точки и конечные подмножества всегда ограничены в каждой борнологии. В частности, пустое множество всегда ограничено.
Если — ограниченная структура, то набор дополнений — это (собственный) фильтр, называемыйфильтр на бесконечности ;[5]это всегда свободный фильтр , что по определению означает, что он имеет пустое пересечение/ядро, потому чтодля каждого
Если и являются борнологиями , то говорят, чтотоньше илисильнее , чеми такжеговорят, чтогрубее илислабее, чемесли бы[5]
Семейство множеств называетсябаза илифундаментальная система борнологии,еслии для каждогосуществует такое, что
Семейство множеств называетсяпредбаза борнологии, еслии совокупность всех конечных объединений множеств вобразует базу для[5]
Каждая основа борнологии является также и ее подосновой.
Пересечение любого набора (одной или более) борнологий на снова является борнологией на Такое пересечение борнологий будет охватывать , поскольку каждая борнология на содержит каждое конечное подмножество (то есть, если является борнологией на и является конечной, то ). Легко проверить, что такое пересечение также будет замкнуто относительно включения (подмножества) и конечных объединений и, таким образом, будет борнологией на
Приведенная коллекция подмножеств наименьшей борнологии , содержащая называетсяборнология, сгенерированная .[5] Она равна пересечению всех борнологий на, которые содержаткак подмножество. Это пересечение хорошо определено, посколькумножествомощностивсегда является борнологией на ,поэтому каждое семействоподмножестввсегда содержится по крайней мере в одной борнологии на
Предположим, что и являются ограниченными структурами. Карта называетсялокально ограниченная карта или простоограниченное отображение , если изображение подкаждым-ограниченным множеством является-ограниченным множеством; то есть, если для каждого[5]
Поскольку композиция двух локально ограниченных отображений снова локально ограничена, ясно, что класс всех ограниченных структур образует категорию , морфизмы которой являются ограниченными отображениями. Изоморфизм в этой категории называетсяБорноморфизм , и этобиективноелокально ограниченное отображение, обратное которому также локально ограничено.[5]
Если — непрерывный линейный оператор между двумя топологическими векторными пространствами (не обязательно хаусдорфовыми), то он является ограниченным линейным оператором, когда и имеют свои борнологии фон Неймана , где множество ограничено в точности тогда, когда оно поглощается всеми окрестностями начала координат (это подмножества TVS, которые обычно называются ограниченными, когда явно не упоминается никакая другая борнология). Обратное утверждение в общем случае неверно.
Последовательно непрерывное отображение между двумя TVS обязательно локально ограничено. [5]
Дискретная борнология
Для любого множества множество мощности является борнологией , называемой дискретная борнология .[5]Поскольку каждая борнология наявляется подмножествомдискретной борнологии, является наилучшей борнологией на Еслиявляется ограниченной структурой, то (поскольку борнологии замкнуты вниз)является дискретной борнологией тогда и только тогда, когда
Недискретная борнология
Для любого множества множество всех конечных подмножеств является борнологией, называемойнедискретная борнология . Это самая грубая борнология посмыслу, что она является подмножеством каждой борнологии по
Множества ограниченной мощности
Множество всех счетных подмножеств является борнологией на Более общем смысле, для любого бесконечного кардинала множество всех подмножеств с мощностью не более является борнологией на
Если — отображение и — борнология на , то обозначает борнологию, порожденную , которая называется обратным образом борнологии или исходной борнологией, индуцированной на [ 5]
Пусть будет множеством, будет -индексированным семейством ограниченных структур, и пусть будет -индексированным семейством отображений, где для каждогоПротивный образ борнологии , определяемыйэтими картами, является сильнейшей борнологией,делающей каждоелокально ограниченным. Эта борнология равна[5]
Пусть будет множеством, будет -индексированным семейством ограниченных структур, и пусть будет -индексированным семейством отображений, где для каждогоПрямой образ борнологии на ,определяемый этими отображениями, является слабейшей борнологией на ,делающей каждоелокально ограниченным. Если для каждогообозначает борнологию, порожденнуютогда эта борнология равна совокупности всех подмножестввида,где каждоеи все, кроме конечного числа,пусты.[5]
Предположим, что это ограниченная структура и является подмножествомподпространственная борнология наявляется лучшей борнологией посозданиюотображениявключенияв(определяемое с помощью) локально ограниченным.[5]
Пусть будет -индексированным семейством ограниченных структур, пусть и для каждого пусть обозначает каноническую проекцию.Продукт борнологии наявляется обратным образом борнологии, определяемой каноническими проекциями То есть, это сильнейшая борнология наделая каждую из канонических проекций локально ограниченной. База для продукта борнологии задается как[5]
Подмножество топологического пространства называется относительно компактным, если его замыкание является компактным подпространством Для любого топологического пространства , в котором одноэлементные подмножества являются относительно компактными (например, пространство T1 ), множество всех относительно компактных подмножеств образуют борнологию, называемуюКомпактная борнология на[5] Каждое непрерывное отображение междупространствами T1ограничено относительно их компактных борнологий.
Множество относительно компактных подмножеств формы борнологии на базе A для этой борнологии задается всеми замкнутыми интервалами вида для
Для данного метрического пространства метрическая борнология состоит из всех подмножеств, для которых супремум конечен.
Аналогично, если задано мерное пространство, то семейство всех измеримых подмножеств конечной меры (то есть ) образует борнологию на
Предположим, что это топологическое пространство и является борнологией на
Борнология, порожденная множеством всех топологических внутренностей множеств в (то есть порожденная , называетсяВнутренняя часть иобозначается[5] Борнологияназываетсяоткрыть, если
Борнология, порожденная множеством всех топологических замыканий множеств в (то есть порожденная ), называетсязамыкание и обозначается[5] Мы обязательно имеем
Борнология называетсязакрыто, если оно удовлетворяет любому из следующих эквивалентных условий:
Борнология называетсяправильно, еслиявляется одновременно открытым и закрытым.[5]
Топологическое пространство называетсялокально ограниченным или простолокально ограниченным,если каждоеимеет окрестность, которая принадлежит Каждое компактное подмножество локально ограниченного топологического пространства ограничено.[5]
Если — топологическое векторное пространство (TVS), то множество всех ограниченных подмножеств образуют борнологию (на самом деле, даже векторную борнологию ) нафон Нейманаобычная борнология , или простоборнология иназываетсяестественная ограниченность .[5] В любомлокально выпукломTVSмножество всех замкнутых ограниченныхдисковобразует базу для обычной борнологии[5]
Линейное отображение между двумя борнологическими пространствами непрерывно тогда и только тогда, когда оно ограничено (относительно обычных борнологий).
Предположим, что — коммутативное топологическое кольцо . Подмножество называетсяограниченное множество , если для каждой окрестностиначала координат всуществует окрестностьначала координат втакая, что[5]