Кіріспе

Топология математикасының саласында Александров кеңейтімі – бұл тығыз емес топологиялық кеңістікті кеңейтудің бір жолы. Бұл түсінік орыс математигі Павел Александровтың есімімен аталады. Нақтырақ айтсақ, X – топологиялық кеңістік болсын. Онда X кеңістігінің Александров кеңейтімі – белгілі бір тығыз X* кеңістігі және ашық ендіру c: X → X* болады, мұнда X-тің X*-дегі толықтығы бір ғана нүктеден тұрады, әдетте ∞ деп белгіленеді. Егер және тек қана X – жергілікті тығыз, тығыз емес Хаусдорф кеңістігі болса, ғана c шешімі Хаусдорф тығыздалуы болып табылады. Мұндай кеңістіктер үшін Александров кеңейтімі бір нүктелік тығыздалу немесе Александров тығыздалу деп аталады. Александров тығыздалуының артықшылықтары – оның қарапайым, көбінесе геометриялық мағынасы бар құрылымы және барлық тығыздаулардың арасында ең кіші болуы; кемшілігі – ол тек жергілікті тығыз, тығыз емес Хаусдорф кеңістіктері класында ғана Хаусдорф тығыздалуын береді, ал Stone-Čech тығыздалуы кез келген топологиялық кеңістік үшін бар (бірақ тек Тихонов кеңістіктері үшін ғана дәл ендіруді қамтамасыз етеді).

Мысал: кері стереографиялық проекция

Бір нүктелік тығызданудың геометриялық тұрғыдан тартымды мысалы кері стереографиялық проекциямен беріледі. Естеріңізге сала кетейік, стереографиялық проекция S бірлік сферадан солтүстік полюсті (0,0,1) алып тастағаннан Евклид жазықтығына нақты гомеоморфизмді анықтайды. Кері стереографиялық проекция – бұл қосымша нүкте қосылғаннан кейін алынған компактты Гаусдорф кеңістігіне ашық, тығыз ену. Стереографиялық проекция бойынша ендік шеңберлер жазық шеңберлерге бейнеленеді. Осыдан келіп, тесілген сфералық қақпақтармен (punctured spherical caps) берілген маңайлық негіз жабық жазық дисктердің толықтыруларына сәйкес келеді. Әлдеқайда сапалырақ айтқанда, нүктесіндегі маңайлық негіз жиындарымен қамтамасыз етіледі, мұнда K жиынының компактты жиынтар арқылы өзгеруіне байланысты. Бұл мысал жалпы жағдайдың негізгі ұғымдарын қамтиды.

Мотивация

Топологиялық X кеңістігінен тығыз бейнесі және бір нүктелік қалдығы бар компактты Хаусдорф топологиялық кеңістігіне Y енгізілуі болсын. Онда c(X) компактты Хаусдорф кеңістігінде ашық, демек жергілікті компактты Хаусдорф, сондықтан оның гомеоморфты кері бейнесі X де жергілікті компактты Хаусдорф болады. Әрі, егер X компактты болса, онда c(X) Y-де жабық болып, демек тығыз емес болар еді. Осылайша, кеңістік тек жергілікті компактты, тығыз емес және Хаусдорф болған жағдайда ғана Хаусдорфтың бір нүктелік тығыздалуын қабылдай алады. Сонымен қатар, мұндай бір нүктелік тығыздауда X-тегі x үшін көршілік негізінің бейнесі c(x) үшін c(X)-те көршілік негізін береді, және – компактты Хаусдорф кеңістігінің ішкі жиыны жабық болған жағдайда ғана компактты болады – кеңістіктің компактты толықтығы бар X жиынының c бейнесіне бір нүктені қосу арқылы алынған ашық көршіліктері ғана болады.

Бір нүктелік тығыздалу

Атап айтқанда, Александров кеңейтімі X кеңістігінің Хаусдорф тығыздауы болып табылады, егер және тек қана Х Хаусдорф кеңістігі болса, тығыз емес және жергілікті тығыз болса. Бұл жағдайда ол бірнүктелік тығыздау немесе X кеңістігінің Александров тығыздауы деп аталады. Жоғарыда айтылғандарды еске сала кетейік, бірнүктелік қалдыққа ие кез келген Хаусдорф тығыздауы міндетті түрде Александров тығыздауымен (изоморфты) болады. Атап айтқанда, егер компактты Хаусдорф кеңістігі болса және -нің лимиттік нүктесі болса (яғни, оқшауланған нүкте емес), онда -нің Александров тығыздауы болады. Компактификациялардың эквиваленттілік сыныптары жиынындағы табиғи ішінара реттелуде кез келген минималды элемент Александров кеңейтіміне эквивалентті (Энгелькинг, 3.5.12 теоремасы). Осыдан, тығыз емес Тыхонов кеңістігі минималды тығыздануға ие болады, егер және тек қана ол жергілікті тығыз болса.

Дискретті кеңістіктердің тығыздығы

Оң бүтін сандар жиынының бір нүктелік тығыздалуы K = {0} ∪ {1/n | n – оң бүтін сан} жиынынан тұратын кеңістікке гомеоморфты. Топологиялық кеңістіктегі тізбек , егер және тек қана егер үшін және берілген функция үздікес болса, онда нүктесіне жуысады. Мұнда дискретті топология қарастырылады. Полиадық кеңістіктер – дискретті, жергілікті компактты Хаусдорф кеңістігінің бір нүктелік тығыздалуының үздікес бейнесі болып табылатын топологиялық кеңістіктер ретінде анықталады.

Жалғаспалы кеңістіктердің тығыздалуы

n өлшемді Евклид кеңістігінің бір нүктелік тығыздалуы Rn, n сфераға Sn гомеоморфты. Жоғарыда айтылғандай, бұл бейнелеуді n өлшемді кері стереографиялық проекция арқылы нақты беруге болады. Жартылай жабық аралықтың [0,1), яғни, көшірмелерінің көбейтіндісінің бір нүктелік тығыздалуы (гомеоморфты). Бір байланысты жиынның жабылуы байланысты болғандықтан, тығыз емес байланысты кеңістіктің Александров кеңейтімі байланысты болады. Дегенмен, бір нүктелік тығыздалу ажыратылған кеңістікті "байланыстыра" алады: мысалы, аралықтың (0,1) шекті санындағы көшірмелердің ажыратылған қосындысының бір нүктелік тығыздалуы шеңберлердің кенесі болып табылады. Аралықтың (0,1) саналатын санындағы көшірмелердің ажыратылған қосындысының бір нүктелік тығыздалуы Гавайи құлақшасы болып табылады. Бұл саналатын көптеген шеңберлердің кенесінен өзгеше, ол тығыз емес. Егер компактты Хаусдорф кеңістігі және оның кез келген жабық ішкі жиыны берілген болса, онда бір нүктелік тығыздалуы , мұнда көлденең сызық бөлу кеңістігін білдіреді. Егер және жергілікті компактты Хаусдорф кеңістіктері болса, онда Smash көбейтіндісі болады. Еске сала кетейік, Smash көбейтіндісінің анықтамасы: , мұнда клиндік қосынды, және тағы да көлденең сызық бөлу кеңістігін білдіреді.

Функтор ретінде

Александров кеңейтуін топологиялық кеңістіктер категориясынан, мұнда морфизмдер дұрыс үздіксіз бейнелеулер болып табылады, үздіксіз бейнелеулер объектілер болатын және морфизмдері екі үздіксіз бейнелеу жұбынан тұратын категорияға функционал ретінде қарастыруға болады, мұнда . Атап айтқанда, гомеоморфты кеңістіктердің Александров кеңейтулері изоморфты.