吉洪諾夫空間

拓撲學和相關的數學領域中,吉洪諾夫空間完全正則空間是特定優良種類的拓撲空間。這些條件是分離公理的個例。

吉洪諾夫空間得名於安德列·尼古拉耶維奇·吉洪諾夫

定義

假定 X 是拓撲空間。

X完全正則空間若且唯若給定任何閉集 F 和任何不屬於 F x,存在從 X實直線 R連續函數 f 使得 f(x) 為 0 和 f(y) 為 1 對於所有 F 中的 y。用「空想家」術語來說,這個條件聲稱 xF 可以由函數分離

X吉洪諾夫空間T 空間Tπ空間完全 T3 空間,若且唯若它是完全正則空間和郝斯多夫空間二者。

注意某些數學文獻對術語「完全正則」和涉及「T」的術語使用了不同的定義。我們這裡給出的定義是今天最常用;但是某些作者切換了兩類術語的意義,或者把它們用做同一個條件的同義詞。在這裡,我們直率的使用術語「完全正則」和「吉洪諾夫」,但避免不太明晰的術語「T」。在其他文獻中,你應該仔細找出作者使用的是什麼術語。(短語「完全正則郝斯多夫」總是無歧義的意味著吉洪諾夫空間。)更多詳情可參見分離公理的歷史

完全正則空間和吉洪諾夫空間通過科摩哥洛夫商關聯起來的。拓撲空間是吉洪諾夫空間,若且唯若它是完全正則空間和T0 空間二者。在另一方面,一個空間是完全正則空間,若且唯若它的科摩哥洛夫商是吉洪諾夫空間。

例子和反例

數學分析中研究的幾乎所有拓撲空間都是吉洪諾夫空間,或至少是完全正則空間。例如,實直線是在標準歐幾里德拓撲下的吉洪諾夫空間。其他例子包括:

性質

保持

完全正則性和吉洪諾夫性質關於始拓撲是表現良好的。特別是,選取任意始拓撲保持完全正則性,選取點分離始拓撲保持吉洪諾夫性質。可得出:

  • 所有完全正則空間或吉洪諾夫空間的子空間都有相同的性質。
  • 非空乘積空間是完全正則(或吉洪諾夫的),若且唯若每個函子空間是完全正則(或吉洪諾夫的)。

類似所有分離公理,選取終拓撲不保持完全正則性。特別是,完全正則空間的商空間不必須是正則空間。吉洪諾夫空間的商空間甚至不必須是郝斯多夫空間。有 Moore平面的閉合商作為反例。

實數值連續函數

對於任何拓撲空間 X,設 C(X) 指示在 X 上的實數值連續函數族,並設 C*(X) 是有界實數值函數的子集。

完全正則空間可以特徵化為它們的拓撲完全確定自 C(X) 或 C*(X) 的性質。特別是:

  • 空間 X 是完全正則的,若且唯若它有引發自 C(X) 或 C*(X) 的始拓撲
  • 空間 X 是完全正則的,若且唯若所有閉集可以被寫為 X零集合族的交集(就是說零集合形成給 X 的閉集的基)。
  • 空間 X 是完全正則的,若且唯若 X餘零集合形成 X 的拓撲的

給定任意拓撲空間 (X, τ) 有一種普遍方式對 (X, τ) 關聯上一個完全正則空間。設 ρ 是在引發自 Cτ(X) 的 X 上的始拓撲,或等價的說,從 (X, τ) 中的餘零集合的基生成的拓撲。則 ρ 將是比 τ 粗的 X 上的最細完全正則拓撲。這種構造是普遍性的,在任何到完全正則空間 Y 的連續函數

 

都將在 (X, ρ) 上連續的意義上。用範疇論的語言,從 (X, τ) 到 (X, ρ) 的函子左伴隨於包含函子 CRegTop。因此完全正則空間的範疇 CReg拓撲空間範疇 Top反射子範疇。通過選取科摩哥洛夫商,可以看出吉洪諾夫空間的子範疇也是反射的。

可以證明在上述構造中 Cτ(X) = Cρ(X),所以環 C(X) 和 C*(X) 典型的只在完全正則空間 X 中研究。

嵌入

吉洪諾夫空間完全就是那些可以嵌入緊緻郝斯多夫空間內的空間。更精確地說,對於所有吉洪諾夫空間 X,存在緊緻郝斯多夫空間 K 使得 X 同胚K 的一個子空間。

事實上,你總是可以選擇 K立方體 (就是說,單位區間的可能無限乘積)。所有立方體都是緊緻郝斯多夫空間是吉洪諾夫定理的一個結論。因為所有緊緻郝斯多夫空間的子空間都是吉洪諾夫空間,所以:

拓撲空間是吉洪諾夫空間,若且唯若它可以被嵌入一個立方體中。

緊緻化

特別有趣的嵌入是X 的像是 K 中的稠密集;這叫做 X 的郝斯多夫緊緻化。給定任何吉洪諾夫空間 X 到緊緻郝斯多夫空間 K 的嵌入, XK 中的像的閉包X 的緊緻化。

在郝斯多夫緊緻化中,有一個唯一「最一般」的,斯通–切赫緊緻化 βX。它由如下泛性質刻畫,給定從 X 到任何其他緊緻郝斯多夫空間 Y 的連續映射 f,有一個唯一的從 βXY 連續映射 g 擴張 f,在 fgj複合意義上。

一致結構

完全正則性正好是在拓撲空間上存在一致結構的必需條件。換句話說,所有均勻空間都有完全正則拓撲,而所有完全正則空間 X可一致化空間。拓撲空間允許分離的一致結構若且唯若它是吉洪諾夫空間。

給定完全正則空間 X 通常存在多於一個 X 上的一致結構相容於 X 的拓撲。但是,總是有最細一致結構,叫做 X精細一致結構。如果 X 是吉洪諾夫空間,則可以選擇一致結構使得 βX 成為均勻空間 X完全

參考文獻

  • Stephen Willard, General Topology, (1970) Addison-Wesley Publishing Company, Reading Massachusetts.
  • Gillman, Leonard; Jerison, Meyer Rings of continuous functions. Reprint of the 1960 edition. Graduate Texts in Mathematics, No. 43. Springer-Verlag, New York-Heidelberg, 1976. xiii+300 pp