Кіріспе

Топологиялық кеңістіктің түрі
Топологияда, математиканың бір саласы, топологиялық көптүрлілік – жергілікті түрде нақты n өлшемді Евклид кеңістігіне ұқсайтын топологиялық кеңістік. Топологиялық көптүрліліктер – математиканың көптеген салаларында қолданылатын топологиялық кеңістіктердің маңызды класы. Барлық көптүрліліктер анықтама бойынша топологиялық көптүрліліктер болып табылады. Көптүрліліктердің басқа түрлері топологиялық көптүрлілікке қосымша құрылымдар қосу арқылы құралады (мысалы, дифференциалданатын көптүрліліктер – дифференциалдық құрылыммен жабдықталған топологиялық көптүрліліктер). Әрбір көптүрліліктің "негізгі" топологиялық көптүрлілігі болады, ол қосылған құрылымды "естен шығару" арқылы алынады. Дегенмен, әрбір топологиялық көптүрлілікке нақты бір қосымша құрылым қосу мүмкін емес. Мысалы, E8 көптүрлілігі – дифференциалданатын құрылыммен жабдықтауға болмайтын топологиялық көптүрлілік.

Ресми анықтама

Топологиялық X кеңістігі, егер n – теріс емес бүтін сан болса және X-тің әрбір нүктесі үшін нақты n-өлшемді кеңістік Rn-ге гомеоморфты болатын көршілік болса, жергілікті Евклидтік деп аталады. Топологиялық коллектор – жергілікті Евклидтік Хаусдорф кеңістігі. Топологиялық коллекторларға қосымша талаптар қою қалыпты жағдай. Атап айтқанда, көптеген авторлар оларды паракомпакт немесе екінші санақты деп анықтайды. Егер X кеңістігі σ-жинақ болса, онда ол Линделоф болады. Линделоф және реттелген кеңістік паракомпактты екендігін ескерсек, X метрикаланады. Ал метрикаланатын кеңістікте екінші санақтылық Линделофпен сәйкес келеді, сондықтан X екінші санақты болады. Керісінше, егер X – Хаусдорфтың екінші санақты коллекторы болса, онда ол σ-жинақ болуы керек. Коллектордың байланысты болуы міндетті емес, бірақ кез келген коллектор M – байланысты коллекторлардың ажыратылған жиыны. Бұл M-нің байланысқан компоненттері, ал коллекторлар жергілікті байланысты болғандықтан, бұл компоненттер ашық жиынтар болып табылады. Жергілікті жолмен байланысты болғандықтан, коллектор байланысты болса және тек сонда ғана жолмен байланысты болады. Осыдан жол компоненттерінің, компоненттермен бірдей екендігі шығады.

Хаусдорф аксиомасы

Хаусдорф қасиеті жергілікті емес; сондықтан Евклид кеңістігі Хаусдорф болса да, жергілікті Евклид кеңістігі міндетті түрде Хаусдорф бола бермейді. Дегенмен, әрбір жергілікті Евклид кеңістігі T1 болып табылады. Хаусдорф емес жергілікті Евклид кеңістігінің мысалы – екі нүктесі бар түзу. Бұл кеңістік нақты түзудің бастапқы нүктесін екі нүктемен алмастыру арқылы құрылады, олардың әрқайсысының ашық маңында нөлге центрленген белгілі бір ашық аралықтағы барлық нөлдік емес сандар кіреді. Бұл кеңістік Хаусдорф емес, себебі екі бастапқы нүктені бір-бірінен бөліп көрсету мүмкін емес.

Жіктемелік және санауға қабілеттілік аксиомалары

Көпқырлы (манифольд) паракомпакт болса ғана метрикалық болады. Ұзын сызық – нормальді Хаусдорф кеңістігінің 1 өлшемді топологиялық көпқырлысының мысалы, ол метрикалық да, паракомпакт та емес. Метрикалық болу топологиялық кеңістік үшін өте қажетті қасиет болғандықтан, көпқырлының анықтамасына паракомпакттылықты қосу жиі кездеседі. Қалай болғанда да, паракомпакт емес көпқырлылар әдетте патологиялық деп есептеледі. Паракомпакт емес көпқырлының мысалы ұзын сызық арқылы беріледі. Паракомпакт көпқырлылар метрикалық кеңістіктердің барлық топологиялық қасиеттерін иеленеді. Атап айтқанда, олар толыққанды нормальді Хаусдорф кеңістіктері болып табылады. Көпқырлылардың екінші рет санаулы болуы да жиі талап етіледі. Бұл нақты шарт көпқырлыны белгілі бір шекті өлшемді Евклид кеңістігіне енгізуді қамтамасыз етеді. Кез келген көпқырлы үшін екінші рет санаулы, Линделоф және σ-жинақты болу қасиеттері эквивалентті. Кез келген екінші рет санаулы көпқырлы паракомпакт, бірақ керісінше дұрыс емес. Дегенмен, керісі де шамалы дәрежеде дұрыс: паракомпакт көпқырлы екінші рет санаулы, егер және тек егер оның санаулы байланысқан компоненттері болса. Атап айтқанда, байланысқан көпқырлы паракомпакт, егер және тек егер ол екінші рет санаулы болса. Кез келген екінші рет санаулы көпқырлы ажыратылатын және паракомпакт. Сонымен қатар, егер көпқырлы ажыратылатын және паракомпакт болса, онда ол екінші рет санаулы болады. Кез келген компактты көпқырлы екінші рет санаулы және паракомпакт болып табылады.

Өлшемі

Доменнің инварианттылығы бойынша, бос емес n-көптүрлілік n ≠ m болған жағдайда m-көптүрлілік бола алмайды. Бос емес n-көптүрліліктің өлшемі n-ге тең. n-көптүрлілік болу – топологиялық қасиет, яғни n-көптүрлілікке гомеоморфты кез келген топологиялық кеңістік те n-көптүрлілік болып табылады.

Жалпы n-көптүрлілік

Үштен үлкен n үшін n-көптүрліліктердің толық жіктелуі мүмкін емес екені белгілі; ол кем дегенде топтар теориясындағы сөздік проблемасы сияқты қиын, және оның алгоритмдік шешімі жоқ екені дәлелденген. Шындығында, берілген көптүрлілік қарапайым байланысты екенін анықтауға арналған алгоритм жоқ. Дегенмен, өлшемі ≥ 5 болатын қарапайым байланысты көптүрліліктер жіктелген.

Шекарасы бар манифолдар

Кейде сәл жалпылама түсінік пайдалы болуы мүмкін. Шекарасы бар топологиялық көпқырлы – бұл Хаусдорф кеңістігі, онда әрбір нүктеде Евклид жарты кеңістігінің ашық ішкі жиынына гомеоморфты маңай бар (белгілі бір n үшін): Кез келген топологиялық көпқырлы – шекарасы бар топологиялық көпқырлы, бірақ керісіншесі дұрыс емес.

Бір-біріне қосылмаған одақ

Саналатын көптеген n-көптүстіктердің ажыратылған біріктірілісі – n-көптүстік болып табылады (барлық бөліктердің өлшемдері бірдей болуы керек).

Байланысты сома

Екі n-көптүрліліктің жалғасқан қосындысы әрбір көптүрліліктен ашық шарды алып тастау арқылы анықталады, содан кейін алынған шекаралы көптүрліліктердің ажыратылған қосындысының бөлігі алынады. Бұл бөлік, алынып тасталған шарлардың шекаралық сфералары арасындағы гомеоморфизмге сәйкес анықталады. Нәтижесінде, тағы бір n-көптүрлілік пайда болады.

Ішкі түркіні

n-көптүрліліктің кез келген ашық ішкі жиыны – бұл субкеңістік топологиясымен жабдықталған n-көптүрлілік.