Кіріспе

Топологиялық кеңістіктің түрі Топологияда және математиканың осымен байланысты салаларында, Хаусдорф кеңістігі (['/h//aʊ//s//d//ɔːr//f/ HOWSSdorf, '/h//aʊ//z//d//ɔːr//f/ HOWZdorf), бөлінген кеңістік немесе T2 кеңістігі – кез келген екі әртүрлі нүкте үшін, олардың әрқайсысы үшін бір-бірімен қиылыспайтын шөлкелердің болуын қамтамасыз ететін топологиялық кеңістік. Топологиялық кеңістікке қолданылатын көптеген бөліну аксиомаларының арасында "Хаусдорф шарты" (T2) ең көп қолданылатын және талқыланатын болып табылады. Ол тізбектердің, торлардың және сүзгілердің шектерінің бірегейлігін білдіреді. Хаусдорф кеңістіктері топологияның негізін қалаушылардың бірі Феликс Хаусдорфтың құрметіне аталған. Хаусдорфтың топологиялық кеңістіктердің бастапқы анықтамасы (1914 жылы) аксиома ретінде Хаусдорф шартын қамтыды.

Анықтамалар

Топологиялық кеңістіктегі екі нүкте, егер олар үшін және деген көршілес және деген көршілес болса, олардың арасы көршілеспен бөлінеді. Егер кез келген екі түрлі нүктелер көршілеспен бөлінетін болса, онда ол Хаусдорф кеңістігі болып табылады. Бұл шарт үшінші бөліну аксиомасы (T0 және T1-ден кейін), сондықтан Хаусдорф кеңістіктері T2 кеңістіктері деп те аталады. "Бөлек кеңістік" атауы да қолданылады. Бұған ұқсас, бірақ нашарлау түсінік – пререгуляр кеңістік. Егер кез келген екі топологиялық түрде ажыратылатын нүктелерді бір-біріне жанаспайтын көршіліктермен бөлуге болады, онда ол пререгуляр кеңістік болып табылады. Пререгуляр кеңістік R1 кеңістік деп те аталады. Осы екі шарт арасындағы байланыс мынадай: топологиялық кеңістік Хаусдорфтық болып табылады, егер және тек қана егер ол пререгулярлы (яғни топологиялық түрде ажыратылатын нүктелер көршіліктермен бөлінеді) және Колмогоровтық (яғни түрлі нүктелер топологиялық түрде ажыратылады) болса. Топологиялық кеңістік пререгуляр болып табылады, егер және тек қана егер оның Колмогоров коэффициенті Хаусдорфтық болса.

Хаусдорф кеңістіктері мен Хаусдорф емес кеңістіктер мысалдары

Талдау кезінде кездесетін кеңістіктердің көбісі Хаусдорф кеңістіктері болып табылады; ең маңыздысы, нақты сандар (нақты сандардың стандартты метрикалық топологиясы бойынша) – Хаусдорф кеңістігі. Жалпы алғанда, барлық метрикалық кеңістіктер Хаусдорфтық болып табылады. Шындығында, талдауда қолданылатын көптеген кеңістіктер, мысалы, топологиялық топтар және топологиялық көптүрліліктер, олардың анықтамаларында Хаусдорф шарты нақты көрсетілген. T1 болатын, бірақ Хаусдорф емес топологияның қарапайым мысалы – шексіз жиынға анықталған кофинитті топология, сондай-ақ санауға болмайтын жиынға анықталған кокоунтабельді топология. Псевдометриялық кеңістіктер көбінесе Хаусдорф емес, бірақ олар пререгулярлы, және талдауда оларды қолдану көбінесе Хаусдорф өлшемдік кеңістіктерді құрумен байланысты. Расында, талдаушылар Хаусдорф емес кеңістікке тап болғанда, ол кем дегенде пререгулярлы болып қалады, содан кейін оны Хаусдорф болатын Колмогоров коэффициентімен ауыстырады. Керісінше, пререгулярлы емес кеңістіктер абстрактілік алгебра мен алгебралық геометрияда жиі кездеседі, әсіресе алгебралық түрліліктің Зариски топологиясы немесе сақинаның спектрі ретінде. Олар интуиционистік логиканың модельдік теориясында да кездеседі: әрбір толық Хайтинг алгебрасы – белгілі бір топологиялық кеңістіктің ашық жиындарының алгебрасы, бірақ бұл кеңістік міндетті түрде пререгулярлы болуы керек емес, тіпті Хаусдорфтан да алыс, және көбінесе олардың екеуі де емес. Қатысты Скотт доменінің ұғымы да пререгулярлы емес кеңістіктерді қамтиды. Конвергентті торлар мен сүзгілер үшін бірегей шектердің болуы кеңістіктің Хаусдорф екенін көрсетеді, бірақ әрбір конвергентті тізбектің бірегей шегі бар Хаусдорф емес T1 кеңістіктері де бар. Мұндай кеңістіктер US кеңістіктер деп аталады. Реттік кеңістіктер үшін бұл ұғым әлсіз Хаусдорфтық болумен эквивалентті.

Қасиеттері

Хаусдорф кеңістіктерінің қосалқы кеңістіктері мен көбейтінділері Хаусдорф кеңістіктері болып табылады, бірақ Хаусдорф кеңістіктерінің үлестік кеңістіктері міндетті түрде Хаусдорф бола бермейді. Шын мәнінде, кез келген топологиялық кеңістікті кейбір Хаусдорф кеңістігінің үлестік кеңістігі ретінде жүзеге асыруға болады. Хаусдорф кеңістіктері T1 болып табылады, яғни әрбір бір элементті жиын жабық жиын болып табылады. Сол сияқты, алдын ала реттелген кеңістіктер R0 болып табылады. Кез келген Хаусдорф кеңістігі – Собер кеңістігі, бірақ керісінше, жалпы жағдайда, дұрыс емес. Хаусдорф кеңістіктерінің тағы бір қасиеті – әрбір ықшам жиын жабық жиын болып табылады. Хаусдорф емес кеңістіктер үшін, әрбір ықшам жиын жабық жиын болуы мүмкін (мысалы, санаусыз жиынның косанулы топологиясы) немесе болмауы мүмкін (мысалы, шексіз жиынның кофинитті топологиясы және Серпинский кеңістігі). Хаусдорф кеңістігінің анықтамасы бойынша, нүктелерді маңдарлармен бөлуге болады. Бұл, көрінетіндей күштірек нәрсені білдіреді: Хаусдорф кеңістігінде кез келген екі бөлек ықшам жиынды да маңдарлармен бөлуге болады, яғни, әрбір жиынның маңдары бар, және екі маңдар да бөлек. Бұл ықшам жиындардың көбінесе нүктелер сияқты мінез-қолқа жасауының жалпы ережесіне мысал. Ықшамдық шарттары, алдын ала реттелгендікпен бірге, көбінесе күштірек бөліну аксиомаларын білдіреді. Мысалы, кез келген жергілікті ықшам алдын ала реттелген кеңістік толыққанды реттелген. Ықшам алдын ала реттелген кеңістіктер қалыпты, яғни олар Урысон леммасын және Тиетце кеңейту теоремасын қанағаттандырады және жергілікті шекті ашық қаптамаларға бағынышты бірліктің бөліністеріне ие. Бұл мәлімдемелердің Хаусдорф нұсқалары: кез келген жергілікті ықшам Хаусдорф кеңістігі Тихонов, ал кез келген ықшам Хаусдорф кеңістігі қалыпты Хаусдорф. Келесі нәтижелер Хаусдорф кеңістіктеріне және олардан карталарға (үздіксіз және басқа) қатысты кейбір техникалық қасиеттер. болсын үздіксіз функция және болсын Хаусдорф. Онда , графигі функцияның жабық ішкі жиыны болып табылады. болсын функция және болсын оның ядросы, ішкі кеңістік ретінде қарастырылсын. Егер үздіксіз болса және Хаусдорф болса, онда жабық жиын болып табылады. Егер ашық сюръекция болса және жабық жиын болса, онда Хаусдорф. Егер үздіксіз, ашық сюръекция болса (яғни ашық квоиент картасы), онда Хаусдорф, егер және тек егер жабық жиын болса. Егер үздіксіз карталар болса және Хаусдорф болса, онда теңестіргіш жабық жиын болады. Осыдан келіп, егер Хаусдорф болса және және бір тығыз ішкі жиынға келіссе, онда . Басқаша айтқанда, Хаусдорф кеңістіктеріне үздіксіз функциялар олардың тығыз ішкі жиындарындағы мәндерімен анықталады. болсын жабық сюръекция, мұнда барлық үшін ықшам. Онда егер Хаусдорф болса, онда да Хаусдорф. болсын ықшам Хаусдорф кеңістігі бар квоиент картасы. Онда келесілер эквивалентті: Хаусдорф. жабық карта. жабық жиын.

Қалыптылық алдындағы және тұрақтылық алдындағы

Барлық тұрақты кеңістіктер, барлық Хаусдорф кеңістіктері сияқты, пререгулярлы. Топологиялық кеңістіктерге қатысты көптеген нәтижелер тұрақты және Хаусдорф кеңістіктері үшін де жарамды. Көбінесе бұл нәтижелер барлық пререгулярлы кеңістіктер үшін де қолданылады; олар тұрақты және Хаусдорф кеңістіктері үшін бөлек тізімделген, себебі пререгулярлы кеңістіктер туралы түсінік кейінірек пайда болды. Екінші жағынан, нақты жүйелілік туралы нәтижелер, әдетте, тұрақты емес Хаусдорф кеңістіктеріне де қолданылмайды. Пререгулярлылық орындалған жағдайда, топологиялық кеңістіктердің басқа бір шарты (мысалы, паракомпакттылық немесе жергілікті компакттылық) жүйелілікті білдіретін көптеген жағдайлар бар. Мұндай шарттар көбінесе екі нұсқада келеді: тұрақты нұсқа және Хаусдорф нұсқасы. Хаусдорф кеңістіктері, жалпы алғанда, тұрақты болмаса да, сонымен қатар (мысалы) жергілікті компактты Хаусдорф кеңістігі тұрақты болады, өйткені кез келген Хаусдорф кеңістігі пререгулярлы. Осылайша, белгілі бір көзқарас бойынша, осы жағдайларда нақты пререгулярлылық, тұрақтылықтан гөрі маңыздырақ. Дегенмен, анықтамалар әдетте тұрақтылық тұрғысынан беріледі, себебі бұл шарт пререгулярлылықтан жақсы таныс. Бұл мәселе бойынша толыққанды ақпарат алу үшін Бөлу аксиомаларының тарихы бөлімін қараңыз.

Нұсқалар

"Хаусдорф", "бөлектелген" және "алдын ала реттелген" терминдері сондай-ақ бірыңғай кеңістіктер, Коши кеңістіктері және жинақталу кеңістіктері сияқты топологиялық кеңістіктердің түрлеріне де қолданылуы мүмкін. Бұл мысалдардың барлығындағы ұғымды біріктіретін ерекшелік – торлар мен сүзгілердің лимиттері (егер олар болса) бірегей (бөлектелген кеңістіктер үшін) немесе топологиялық ажыратылмауға дейін бірегей (алдын ала реттелген кеңістіктер үшін) болады. Көрініп тұрғанындай, біркелкі кеңістіктер, және жалпырақ Коши кеңістіктері әрқашан алдын ала реттелген, сондықтан бұл жағдайларда Хаусдорф шарты T0 шартына дейін тоғысып келеді. Осы кеңістіктерде толықтыққа қолданылуы мүмкін, ал Хаусдорфтық қасиет осы жағдайларда толықтықпен тығыз байланысты. Атап айтқанда, кеңістік толық болады, егер және тек қана әрбір Коши торы кем дегенде бір лимитке ие болса, ал кеңістік Хаусдорфтық болады, егер және тек қана әрбір Коши торы ең көп дегенде бір лимитке ие болса (өйткені тек Коши торлары ғана лимиттерге ие болуы мүмкін).

Функциялардың алгебрасы

Толық (нақты немесе кешенді) функциялар алгебрасы, компактты Хаусдорф кеңістігінде коммутативті C* алгебрасы болып табылады. Ал, Банах-Стоун теоремасына сәйкес, кеңістіктің топологиясын оның үздіксіз функциялар алгебрасының алгебралық қасиеттері арқылы қайта жаңартуға болады. Бұл коммутативті емес геометрияға жол ашады, онда коммутативті емес C* алгебралары коммутативті емес кеңістіктегі функциялар алгебраларын бейнелейтіндей қарастырылады.

Академиялық әзіл

Хаусдорф шарты Хаусдорф кеңістіктерінде кез келген екі нүктені ашық жиынтықтар арқылы бір-бірінен "бөліп тұруға" болады деген оймен түсіндіріледі. Феликс Хаусдорф зерттеу жұмыстарын жүргізген және дәріс оқыған Бонн университетінің математика институтында "Hausdorff Raum" деп аталатын арнайы бөлме бар. Бұл - сөз ойыны, өйткені "Raum" сөзі неміс тілінде "бөлме" және "кеңістік" мағыналарын білдіреді.