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可分距離空間の閉集合全体の濃度のLaTeXML自動変換版です。自動検査には合格していますが、元PDFとの目視比較は未実施です。正本はPDF・TeXです。

可分距離空間の閉集合全体の濃度

一色三良(concious77)
HTML変換日:2026年7月26日
命題 1 (距離と閉包).
xA¯d(x,A)=0
証明.

d(x,A)xについての連続関数であるので、S={xX|d(x,A)=0}は閉集合であり、aAならばd(a,A)=0なのでASであり、

A¯S

逆にsSについてd(s,A)=0なので任意のε>0について

aAd(s,a)<ε

つまり

ε>0B(s,ε)A

であり

SA¯

が従う。 ∎

事実 2.

距離空間に於いて次は同値。

(1)
(2)
(3)
注意.

実は距離空間においてC.C.C.(可算鎖条件)もこれらと同値になる。

以降可分距離空間と言った時には上の同値な条件を断りなく自由に用いる。

定理 3 (可分距離空間の閉集合の濃度).

可分距離空間の閉集合全体のの濃度は連続体を超えない。

証明.

考えるky理空間を(X,d)とし、その閉集合全体を𝔉と書くことにする。Xは第二可算なので高々可算な開基が存在するその一つを𝔅とする。
閉集合AのについてAnを帰納的に以下のように定義する。
A1𝔅の元のうち、Aと交わる直径が1以下のもの全体の和集合。
Anまで定義されたとしてAn+1𝔅の元のうち、Anに含まれAと共通部分を持つ直径が1n+1以下のもの全体の和集合とする。この時命題1より

nAn=A

が成立する。いま

={SX|S𝔅}

とするとは高々連続体濃度である。さて、 𝔅は高々可算な集合なので各An𝔅の元の高々可算な集合の和集合である。よってAn ところで

M:𝔉

A𝔉にたいして最初に定義した可算個の集合の組(An)nに対応させる写像として定義する。この時この写像Mは単射である。なぜなら(An)=(Bn)ならば、nAn=nBnだからである。さてが高々連続体であることから

card()=card()0𝔠0=𝔠

なので𝔉は高々連続体濃度である。