幾何学序論2 K.Ichihara
位相空間
開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
幾何学序論2
第 7 章 距離空間と位相空間
7.2
位相空間, 7.3
被覆コンパクト市原一裕
2014
年12
月22
日(月)2
限,4
限幾何学序論2 K.Ichihara
位相空間
開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
小テスト
1.
弧状連結成分の数が3
であるようなR
2の部分集 合(図形)の例を挙げなさい(図示でも良い).2.
集合X
上の距離関数の定義を書きなさい.3. R
2上の2
点P = (x
1, y
1)
とQ = (x
2, y
2)
に対してd(P, Q) = max {| x
1− x
2| , | y
1− y
2|}
によって決まる関数
d
M: R
2× R
2→ R
について,d(P, Q) ≥ 0
かつd(P, Q) = 0
ならばP = Q
が成り立つことを示しなさい.2 / 10
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位相空間
開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
ユークリッド空間の開集合の性質
定理
7.2.1【開集合の性質】
R
nの開集合に対して,次が成立.1. ∅
とR
n自身は開集合.2. { O
λ}
λ∈Λを開集合の族とすると,∪
λ∈Λ
O
λも開集合.3. O
1, · · · , O
nを開集合とすると,O
1∩ · · · ∩ O
nも開集合.注意
和集合に関しては無限個でも良いが,共通部分に関しては 有限個でないとダメ.無限個の共通部分を考えると成り立 たない場合があるから.例えば
{ (
−
n1,
n1) }
n∈Nとか.
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
開集合系と位相空間
定義 【開集合系(open sets)】
X
を任意の集合とする.定理
7.2.1
の3つの性質を満たすようなX
の部分集合の族{O
λ}
λ∈Λを,集合X
の開集合系という.定義 【位相空間(topological space)】
集合
X
に,X
の開集合系{O
λ}
λ∈Λが与えられたとき, 組(X, {O
λ}
λ∈Λ)
を位相空間という.4 / 10
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位相空間
開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
開集合系と位相空間
定義 【開集合系(open sets)】
X
を任意の集合とする.定理
7.2.1
の3つの性質を満たすようなX
の部分集合の族{O
λ}
λ∈Λを,集合X
の開集合系という.定義 【位相空間(topological space)】
集合
X
に,X
の開集合系{O
λ}
λ∈Λが与えられたとき,組
(X, {O
λ}
λ∈Λ)
を位相空間という.幾何学序論2 K.Ichihara
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
例題
練習問題
7.2.1
X := {1, 2, 3, 4}
とし,O = {∅ , { 1 } , { 2 } , { 1, 2 } , { 2, 3 } , { 1, 2, 3 } , X }
とすると,(X, O )
は位相空間になることを示しなさい.(
Hint: O
が開集合系になること,つまり,O
が定理7.2.1
の条件
(1)
,(2)
,(3)
をみたすことを示せば良い)練習問題
7.2.2
X
を任意の集合とし,O
1= {∅ , X }
とすると,(X, O
1)
は 位相空間になることを示しなさい.(このような位相空間を 密着位相空間という)
練習問題
7.2.3
X
を任意の集合とし,O
2= 2
X とすると,(X, O
2)
は位相 空間になることを示しなさい.(このような位相空間を離散位相空間という)
5 / 10
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
開被覆
定義
7.3.1【開被覆(open coverings)】
集合
X ⊂ R
nの開集合族{ U
λ}
λ∈Λ(つまり各
U
λ はX
の開集合)が,
X = ∪
λ∈Λ
U
λをみたすとき,
{ U
λ}
λ∈Λ をX
の開被覆 という.幾何学序論2 K.Ichihara
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
被覆コンパクト
定義
7.3.2【被覆コンパクト(covering compact)】
集合
X ⊂ R
nが被覆コンパクト⇔ X
の任意の開被覆が有限部分開被覆をもつ.つまり,
X
の任意の開被覆{ U
λ}
λ∈Λ が与えられたとき,ラベル集合
Λ
の中から有限個の要素λ
1, · · · , λ
m をうまく 選べばX = U
λ1∪ U
λ2∪ · · · ∪ U
λm とできるということ.7 / 10
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
注意
注意
7.3.1
普通は「被覆コンパクト」の方を,単に「コンパクト」と いう.実際は,あとでみるように
「被覆コンパクト
⇔
点列コンパクト」が成り立つ.
注意
7.3.2
有限個の開集合で覆われるからといって被覆コンパクトと は限らない.例えば,
(0, 1)
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位相空間
開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
被覆コンパクトの例
定理 【閉区間は被覆コンパクト】
[0, 1] ⊂ R
は被覆コンパクト.例
有限個の点の集合は被覆コンパクト.
(0, 1)
は被覆コンパクトでない.R
も被覆コンパクトでない.9 / 10
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開集合の性質 開集合系と位相空間 例題
被覆コンパクト
開被覆 被覆コンパクト 例 コンパクト性
被覆コンパクトと点列コンパクト
定理