Кіріспе
Математикада топологиялық кеңістіктің түрі
Топологияда және математиканың туысқан салаларында топологиялық кеңістік, егер кеңістіктің кез келген кіші бөлігі компактты кеңістіктің кіші бөлігіне ұқсас болса, жергілікті компактты деп аталады. Нақтырақ айтқанда, бұл – әрбір нүктесінде компактты маң бар топологиялық кеңістік. Математикалық талдауда Хаусдорф кеңістіктерінің жергілікті компактты кеңістіктері ерекше қызығушылық туғызады; олар LCH кеңістіктері деп қысқартылады.
In topology and related branches of mathematics, a topological space is called locally compact if, roughly speaking, each small portion of the space looks like a small portion of a compact space. More precisely, it is a topological space in which every point has a compact neighborhood. In mathematical analysis locally compact spaces that are Hausdorff are of particular interest; they are abbreviated as LCH spaces.
Жергілікті тығыздықты үйлесімсіз Хаусдорф кеңістіктері
Евклидтік Rn кеңістіктері (әсіресе нақты сызық R) Heine–Borel теоремасының салдарынан локальді түрде компактты болып табылады. Топологиялық көптүрліліктер Евклидтік кеңістіктердің жергілікті қасиеттерін бөліседі, сондықтан олардың барлығы да локальді түрде компактты. Бұл ұзын сызық сияқты паракомпактты емес көптүрліліктерді де қамтиды. Барлық дискретті кеңістіктер локальді түрде компактты және Хаусдорфтық (олар нөлдік өлшемді көптүрліліктердің ғана жағдайы). Олар тек шекті болған жағдайда ғана компактты болады. Локальді компактты Хаусдорф кеңістігінің барлық ашық немесе жабық ішкі жиындары, ішкі кеңістік топологиясында локальді түрде компактты болады. Бұл Евклидтік кеңістіктердің локальді компактты ішкі жиындарының бірнеше мысалын береді, мысалы, бірлік дискі (ашық немесе жабық түрі). P-адик сандардың Qp кеңістігі локальді түрде компактты, себебі ол Кантор жиынынан бір нүктені алып тастағанға гомеоморфты. Осылайша, локальді компактты кеңістіктер классикалық талдаудағыдай, p-адик талдауда да тиімді қолданылады.
Хаусдорфқа жатпайтын мысалдар
Рационалдық сандар жиынының бір нүктелік тығыздалуы тығыз болып табылады, сондықтан (1) және (2) мағыналарында жергілікті тығыз, бірақ (3) немесе (4) мағыналарында жергілікті тығыз емес. Кез келген шексіз жиынның жеке нүкте топологиясы (1) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, бірақ (2) немесе (4) мағыналарында емес, себебі кез келген маңның жабылуы – бүкіл кеңістік, ол тығыз емес. Жоғарыдағы екі мысалдың жиынтығы (1) мағынасында жергілікті тығыз, бірақ (2), (3) немесе (4) мағыналарында емес. Нақты сызықтағы оң тәртіп топологиясы (1) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, бірақ (2) немесе (4) мағыналарында емес, себебі кез келген маңның жабылуы – бүкіл тығыз емес кеңістік. Sierpiński кеңістігі (1), (2) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, сонымен қатар тығыз, бірақ ол Hausdorff немесе реттелген (немесе тіпті алдын-реттелген) емес, сондықтан (4) немесе (5) мағыналарында жергілікті тығыз емес. Sierpiński кеңістігінің санаулы көп көшірмелерінің жиынтығы – тығыз емес кеңістік, бірақ ол әлі де (1), (2) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, бірақ (4) немесе (5) мағыналарында емес. Жалпы алғанда, шығарылған нүкте топологиясы (1), (2) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, ал (4) немесе (5) мағыналарында жергілікті тығыз емес. Шеңберлі жиынның кофинитті топологиясы (1), (2) және (3) мағыналарында жергілікті тығыз, сонымен қатар тығыз, бірақ ол Hausdorff немесе реттелген емес, сондықтан (4) немесе (5) мағыналарында жергілікті тығыз емес. Кемінде екі элементі бар жиынның индискретті топологиясы (1), (2), (3) және (4) мағыналарында жергілікті тығыз, сонымен қатар тығыз, бірақ ол Hausdorff емес, сондықтан (5) мағынасында жергілікті тығыз емес.
Үлгілердің жалпы кластары
Александров топологиясы бар кез келген кеңістік (1) және (3) мағыналары бойынша жергілікті тығыз болады.
Қасиеттері
Әрбір жергілікті тығыз пререгуляр кеңістік, шын мәнінде, толықтай реттелген. Одан кейін, әрбір жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігі – Тихонов кеңістігі болып табылады. Түзу реттелгендік, пререгулярлықтан (әдетте әлсіз) немесе толық реттелгендіктен (әдетте күштірек) гөрі таныс жағдай болғандықтан, жергілікті тығыз пререгуляр кеңістіктер математикалық әдебиетте әдетте жергілікті тығыз реттелген кеңістіктер деп аталады. Сол сияқты, жергілікті тығыз Тихонов кеңістіктері де әдетте жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістіктері деп аталады. Әрбір жергілікті тығыз реттелген кеңістік, әсіресе әрбір жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігі – Бейр кеңістігі. Яғни, Бейр категориясы теоремасының қорытындысы орындалады: ешқандай тығыз емес жиындардың кез келген саналатын біріктірілісінің ішкі жиыны бос. Жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігінің X субкеңістігі жергілікті тығыз болады, егер және тек қана егер X, Y-де жергілікті жабық болса (яғни, X-ті Y-дің екі жабық жиынының теориялық айырымы ретінде жазуға болады). Атап айтқанда, жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігіндегі әрбір жабық жиын және әрбір ашық жиын жергілікті тығыз болады. Сондай-ақ, салдары ретінде, жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігі Y-нің тығыз субкеңістігі X, егер және тек қана егер X, Y-де ашық болса, жергілікті тығыз болады. Бұдан әрі, егер кез келген Хаусдорф кеңістігінің X субкеңістігі Y жергілікті тығыз болса, онда X әлі де Y-де жергілікті жабық болуы керек, бірақ керісінше жалпы жағдайда орындалмайды. Хаусдорф гипотезасы болмаса, кейбір нәтижелер жергілікті тығыздықтың әлсіз түсініктерімен бұзылады. Жергілікті жағынан әлсіз тығыз кеңістіктегі әрбір жабық жиын (жоғарыдағы анықтамалардағы (1) шарты) жергілікті жағынан әлсіз тығыз. Бірақ, жергілікті тығыз кеңістіктегі барлық ашық жиындар да жергілікті жағынан әлсіз тығыз бола бермейді. Мысалы, рационал сандардың бір нүктелік тығыздалуы тығыз, демек, ол жергілікті жағынан әлсіз тығыз. Бірақ ол ашық жиын ретінде жергілікті жағынан әлсіз тығыз емес. Жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістіктерінің котиент кеңістіктері компактты түрде құрылады. Керісінше, әрбір компактты түрде құрылған Хаусдорф кеңістігі – кейбір жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістігінің котиенті болып табылады. Жергілікті тығыз кеңістікте анықталған функциялар үшін, жергілікті біркелкі конвергенция компактты конвергенциямен бірдей.
Шексіз нүкте
Бұл бөлім жергілікті тығыз кеңістіктердің тығыздалуын зерттейді. Кез келген тығыз кеңістік өзінің тығыздалуы болып табылады. Сондықтан, тривиалды жағдайлардан аулақ болу үшін, төменде X кеңістігі тығыз емес деп ескереміз. Кез келген жергілікті компактты Хаусдорф кеңістігі X, Тихонов кеңістігі болғандықтан, Stone–Čech компактификациясын қолдану арқылы компактты Хаусдорф кеңістігіне ендіріледі. Бірақ, шындығында, жергілікті тығыз жағдайда одан да қарапайым әдіс бар; бір нүктелік тығыздату X-ті бір ғана қосымша нүктемен тығыз Хаусдорф кеңістігіне енгізеді. (Бір нүктелік тығыздату басқа кеңістіктерге де қолданылуы мүмкін, бірақ ол X жергілікті тығыз және Хаусдорф болған жағдайда ғана Хаусдорф болады.) Осылайша, жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістіктерін компактты Хаусдорф кеңістіктерінің ашық ішкі жиындары ретінде сипаттауға болады. Интуитивті түрде, қосымша нүктені шексіздіктегі нүкте деп қарастыруға болады. Шексіздіктегі нүкте X кеңістігінің кез келген тығыз ішкі жиынының сыртында жатқан деп ескеру керек. Осы идеяны пайдалана отырып, жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістіктерінде шексіздікке қарай ұмтылу туралы көптеген интуитивті ұғымдарды формулиреуге болады. Мысалы, X доменімен анықталған, үздіксіз нақты немесе кешенді мәнді f функциясы, егер кез келген оң сан e үшін, X-тің K тығыз ішкі жиыны табылатын болса, онда x нүктесі K-ден тыс жатқанда шексіздікте жоғалады. Бұл анықтама кез келген топологиялық кеңістік үшін дұрыс. Егер X жергілікті тығыз және Хаусдорф болса, онда мұндай функциялар оның бір нүктелік тығыздалуындағы g үздіксіз функциясына кеңейтілетін функциялар болып табылады, мұнда
Гельфанд өкілдігі
Жергілікті түрде компактты Хаусдорф кеңістігі X үшін, X-тегі барлық үздіксіз кешенді мәнді функциялар жиыны, шексіздікте нөлге тең болатын, коммутативтік C* алгебра болып табылады. Шындығында, кез келген коммутативтік C* алгебрасы, бірегей (гомеоморфизмге дейін) жергілікті түрде компактты Хаусдорф кеңістігі X үшін изоморфты болады. Бұл Гельфанд өкілдігін пайдалану арқылы дәлелденеді.
Жергілікті компактты топтар
Жергілікті тығыздық ұғымы топологиялық топтарды зерттеуде маңызды, себебі әрбір Гаусдорф жергілікті тығыз тобы G гаар өлшемдері деп аталатын табиғи өлшемдерді камтиды, олар G-де анықталған өлшенетін функцияларды интегралдауға мүмкіндік береді. Нақты сызықтағы Лебег өлшемі – осының ерекше жағдайы. Топологиялық абель тобының Понтрагин дуалы жергілікті тығыз болады, егер және тек қана А жергілікті тығыз болса. Нақтырақ айтқанда, Понтрагин дуалдығы жергілікті тығыз абельдік топтар санатының өзіне-өзі дуалдығын анықтайды. Жергілікті тығыз абельдік топтарды зерттеу – гармониялық талдаудың негізі болып табылады, ол кейіннен абельдік емес жергілікті тығыз топтарға да тарады.
The Lebesgue measure on the real line is a special case of this. The Pontryagin dual of a topological abelian group A is locally compact if and only if A is locally compact. More precisely, Pontryagin duality defines a self duality of the category of locally compact abelian groups. The study of locally compact abelian groups is the foundation of harmonic analysis, a field that has since spread to non abelian locally compact groups.