Кіріспе
Топологиялық кеңістік математикада
Топологияда ұзын сызық (немесе Александров сызығы) — нақты сызыққа ұқсас, бірақ белгілі бір жағынан "ұзынырақ" топологиялық кеңістік. Ол жергілікті түрде нақты сызық сияқты қасиет көрсетеді, бірақ ірі масштабтағы қасиеттері басқаша (мысалы, ол Линделоф та емес, ажыратыла да емес). Сондықтан ол топологияда маңызды қарсы мысал болып табылады. Түсініксіз айтқанда, кәдімгі нақты сандар сызығы бір-біріне тігілген сызық сегменттерінің санаулы санынан тұрады, ал ұзын сызық мұндай сегменттердің санаусыз санынан құралады.
In topology, the long line (or Alexandroff line) is a topological space somewhat similar to the real line, but in a certain way "longer". It behaves locally just like the real line, but has different large scale properties (e. g., it is neither Lindelöf nor separable). Therefore, it serves as an important counterexample in topology. Intuitively, the usual real number line consists of a countable number of line segments laid end to end, whereas the long line is constructed from an uncountable number of such segments.
Анықтама
Жабық ұзын сәуле – бірінші санаусыз ординалдың жартылай ашық аралықтағы Декарт көбейтіндісі ретінде анықталады. Бұл ординал лексикографиялық реттен туындайтын реттік топологиямен жабдықталған. Ашық ұзын сәуле – ең кішкентай элементті алып тастау арқылы жабық ұзын сәуледен алынады. Ұзын сызық екі ұзын сәулені біріктіру арқылы алынады, біреуі оң бағытта, екіншісі теріс бағытта. Нақтырақ айтқанда, оны кері ашық ұзын сәуле (кері дегеніміз – рет кері бұрылады) (бұл теріс жартысы) және (кері емес) жабық ұзын сәуле (оң жартысы) арасындағы ажыратылған одақтағы реттік топология ретінде анықтауға болады, соңғысының нүктелері біріншісінің нүктелерінен үлкен болуы арқылы толығымен реттелген. Басқаша айтқанда, біреуінің нүктесін (нақты санның қандай да бір мәнінде) екіншісінің нүктесімен сәйкестендіріп, екі ашық ұзын сәулені екеуінің арасындағы ашық аралық бойымен желімдеу арқылы алынған топологиялық кеңістік ретінде ұзын сызықты анықтаңыз. (Бірінші құрылым ұзын сызықтағы реттілікті анықтау және топологияның реттік топология екенін көрсету тұрғысынан жақсы; екіншісі ашық жиынтық бойынша желімдеуді қолдану тұрғысынан жақсы, бұл топологиялық тұрғыдан түсініктірек.) Интуитивті түрде, жабық ұзын сәуле – нақты (жабық) жарты сызыққа ұқсас, бірақ ол бір бағытта әлдеқайда ұзын: оны бір жағынан ұзын, екінші жағынан жабық деп айтамыз. Ашық ұзын сәуле – нақты сызыққа (немесе теңдес жартылай ашық сызыққа) ұқсас, бірақ ол бір бағытта әлдеқайда ұзын: оны бір жағынан ұзын, екінші жағынан қысқа (ашық) деп айтамыз. Ұзын сызық екі бағыттағы нақты сызықтардан ұзын: оны екі бағытта да ұзын деп айтамыз. Дегенмен, көптеген авторлар біз (жабық немесе ашық) ұзын сәуле туралы айтқан жерде «ұзын сызық» туралы айтады, және әр түрлі ұзын кеңістіктер арасында шатасу жиі болады. Бірақ көптеген қолдануларда немесе қарсы мысалдарда бұл айырмашылық маңызды емес, себебі маңызды бөлігі – сызықтың «ұзын» жағы, ал екінші жағында не болатыны маңызды емес (ұзын, қысқа немесе жабық болсын). Байланысты кеңістік, (жабық) ұзартылған ұзын сәуле, оң жақ шетіне қосымша элемент қосу арқылы бір нүктелік тығыздалу ретінде алынады. Сол сияқты, ұзын сызыққа екі элемент қосу арқылы ұзартылған ұзын сызықты анықтауға болады, әр шетіне біреуден.
The long line is obtained by "gluing" together two long rays, one in the positive direction and the other in the negative direction. More rigorously, it can be defined as the order topology on the disjoint union of the reversed open long ray (“reversed” means the order is reversed) (this is the negative half) and the (not reversed) closed long ray (the positive half), totally ordered by letting the points of the latter be greater than the points of the former. Alternatively, take two copies of the open long ray and identify the open interval of the one with the same interval of the other but reversing the interval, that is, identify the point (where is a real number such that ) of the one with the point of the other, and define the long line to be the topological space obtained by gluing the two open long rays along the open interval identified between the two. (The former construction is better in the sense that it defines the order on the long line and shows that the topology is the order topology; the latter is better in the sense that it uses gluing along an open set, which is clearer from the topological point of view.) Intuitively, the closed long ray is like a real (closed) half line, except that it is much longer in one direction: we say that it is long at one end and closed at the other. The open long ray is like the real line (or equivalently an open half line) except that it is much longer in one direction: we say that it is long at one end and short (open) at the other. The long line is longer than the real lines in both directions: we say that it is long in both directions. However, many authors speak of the “long line” where we have spoken of the (closed or open) long ray, and there is much confusion between the various long spaces. In many uses or counterexamples, however, the distinction is unessential, because the important part is the “long” end of the line, and it doesn't matter what happens at the other end (whether long, short, or closed). A related space, the (closed) extended long ray, is obtained as the one point compactification of by adjoining an additional element to the right end of One can similarly define the extended long line by adding two elements to the long line, one at each end.
Қасиеттері
Жабық ұзын сәуле "бір-біріне жабысқан" түп-тамырынан сансыз көп көшірмелерден тұрады. Мұны кез келген саналатын ординал үшін салыстырыңыз, оның көшірмелерін біріктіру әлі де гомеоморфты (және ретпен изоморфты) кеңістік береді. (Егер біз алынған кеңістіктің бірнеше көшірмелерін біріктіруге тырыссақ, олар енді жергілікті түрде гомеоморфты болмайды.) Бұл фактілердің салдарынан болады: 1) элементтері саналатын ординалдар, 2) саналатын ординалдардың әрбір саналатын жиынының жоғарғы шегі саналатын ординал, және 3) нақты сандардың өсуімен шектелген тізбегі жинақталады. Сондықтан, үдемелі функциялар болуы мүмкін емес. Шын мәнінде, кез келген үздіксіз функция ақырында тұрақты болады. Реттік топологиялар ретінде (мүмкін кеңейтілген) ұзын сәулелер мен сызықтар қалыпты Хаусдорф кеңістіктері болып табылады. Олардың барлығы нақты сызықпен бірдей кардиналдыққа ие, бірақ "көп ұзағырақ". Олардың барлығы жергілікті түрде ықшам. Олардың ешқайсысы метризацияланбайды; бұл ұзын сәуле тізбектік ықшам болғанымен, ықшам емес, тіпті Линделоф та емес, деген фактісінен көрінеді. Ұзын (ұзартылмаған) сызық немесе сәуле паракомпакт емес. Ол жолмен байланысты, жергілікті жолмен байланысты және жай ғана байланысты, бірақ жиырылмайды. Бұл - жабық сәуле жағдайында шекарасы бар бір өлшемді топологиялық көптүрлілік. Ол бірінші рет саналады, бірақ екінші рет саналмайды және бөлінбейді, сондықтан соңғы қасиеттерді өздерінің көптүрліліктеріне қажет ететін авторлар ұзақ сызықты көптік деп атамайды. Барлық ұзын кеңістіктерді бірден қарастырудың мәні бар, өйткені әрбір байланысты (бос емес) бір өлшемді (қажет емес ажыратылатын) топологиялық көптүрлілік, мүмкін шекарасы бар, дөңгелекке, жабық аралыққа, ашық аралыққа (нақты сызыққа), жартылай ашық аралыққа, жабық ұзын сәулеге, ашық ұзын сәулеге немесе ұзын сызыққа гомеоморфты. Ұзын сызық немесе сәуле (бөлінбейтін) дифференциалдық көпқабаттың құрылымымен жабдықталуы мүмкін (жабық сәуле жағдайында шекарасы бар). Алайда, бірегей болып табылатын топологиялық құрылымға қарама-қарсы (топологиялық тұрғыдан алғанда, нақты сызықты екі шетінен де "ұзартудың" бір ғана жолы бар), дифференциалдық құрылым бірегей емес: шын мәнінде, онда (нақтырақ айтқанда) жұппен диффеоморфты емес тегіс құрылымдар өте көп. Бұл нақты сызыққа қарама-қайшы келеді, онда әртүрлі тегіс құрылымдар бар, бірақ олардың барлығы стандарттыға диффеоморфты. Ұзын сызық немесе сәуле (нақты) аналитикалық көпқабаттың құрылымымен (жабық сәуле жағдайында шекарамен) жабдықталуы мүмкін. Алайда, бұл дифференциалданған жағдайға қарағанда әлдеқайда қиын (бұл (бөлініп тұратын) бір өлшемді аналитикалық көптүрліліктердің жіктелуіне байланысты, бұл дифференциалданған көптүрліліктерге қарағанда қиын). Қайтадан, кез келген берілген құрылымды әр түрлі (=талдау) құрылымдарға (талдау көптүрлілігі ретінде жұппен диффеоморфты емес) шексіз көптеген жолдармен кеңейтуге болады. Ұзын сызық немесе сәуле оның топологиясын тудыратын Риман метрикасымен жабдықталуы мүмкін емес. Себебі Риманның көптіктері паракомпакттылықты болжай алмай, метризацияланатын болып көрінеді. Ұзын сәулесі ықшам. Бұл жабық ұзын сәулелердің бір нүктелік ықшамдалуы, сонымен қатар оның Stone Čech ықшамдалуы, өйткені (жабық немесе ашық) ұзын сәуледен нақты түзуге дейінгі кез келген үздіксіз функция ақырында тұрақты болады. сонымен қатар қосылған, бірақ жол қосылмаған, өйткені ұзын сызық "өте ұзақ" жолмен қамтылуы мүмкін, бұл аралықтың үздіксіз бейнесі. көбейтілмейтін және бірінші болып саналатын емес.
Every increasing sequence in converges to a limit in ; this is a consequence of the facts that (1) the elements of are the countable ordinals, (2) the supremum of every countable family of countable ordinals is a countable ordinal, and (3) every increasing and bounded sequence of real numbers converges. Consequently, there can be no strictly increasing function In fact, every continuous function is eventually constant. As order topologies, the (possibly extended) long rays and lines are normal Hausdorff spaces. All of them have the same cardinality as the real line, yet they are 'much longer'. All of them are locally compact. None of them is metrizable; this can be seen as the long ray is sequentially compact but not compact, or even Lindelöf. The (non extended) long line or ray is not paracompact. It is path connected, locally path connected and simply connected but not contractible. It is a one dimensional topological manifold, with boundary in the case of the closed ray. It is first countable but not second countable and not separable, so authors who require the latter properties in their manifolds do not call the long line a manifold. It makes sense to consider all the long spaces at once because every connected (non empty) one dimensional (not necessarily separable) topological manifold possibly with boundary, is homeomorphic to either the circle, the closed interval, the open interval (real line), the half open interval, the closed long ray, the open long ray, or the long line. The long line or ray can be equipped with the structure of a (non separable) differentiable manifold (with boundary in the case of the closed ray). However, contrary to the topological structure which is unique (topologically, there is only one way to make the real line "longer" at either end), the differentiable structure is not unique:
in fact, there are uncountably many ( to be precise) pairwise non diffeomorphic smooth structures on it. This is in sharp contrast to the real line, where there are also different smooth structures, but all of them are diffeomorphic to the standard one. The long line or ray can even be equipped with the structure of a (real) analytic manifold (with boundary in the case of the closed ray). However, this is much more difficult than for the differentiable case (it depends on the classification of (separable) one dimensional analytic manifolds, which is more difficult than for differentiable manifolds). Again, any given structure can be extended in infinitely many ways to different (=analytic) structures (which are pairwise non diffeomorphic as analytic manifolds). The long line or ray cannot be equipped with a Riemannian metric that induces its topology. The reason is that Riemannian manifolds, even without the assumption of paracompactness, can be shown to be metrizable. The extended long ray is compact. It is the one point compactification of the closed long ray but it is also its Stone Čech compactification, because any continuous function from the (closed or open) long ray to the real line is eventually constant. is also connected, but not path connected because the long line is 'too long' to be covered by a path, which is a continuous image of an interval. is not a manifold and is not first countable.
Жоғары өлшемдер
Жоғары өлшемдегі паракомпакт емес манифольдтардың кейбір мысалдары: Пруфер манифольды, кез келген паракомпакт емес манифольдты кез келген бос емес манифольдқа көбейту, ұзын радиусты шар және т.б. Багпайп теоремасы паракомпакттылықтың, ω-шектілік кеңейтілген жағдайында да, паракомпакт емес беттердің изоморфизм кластары бар екенін көрсетеді. Ұзын сызықтың күрделі аналогтары жоқ, себебі әрбір Риман беті паракомпакт, бірақ Калаби мен Розенлихт 2-ші күрделі өлшемді паракомпакт емес күрделі манифольдтың мысалын келтірді.