ストーンチェックコンパクト化の構成
この文書では空間のストーンチェックコンパクト化を構成する。構成するだけなので細かい性質の証明は省略する。
定義 1 (完全正則空間).
点とその点を含まない閉集合との任意の組が関数で分離出来る。つまり任意の組に対してある実連続関数で
を充たすものが存在するとき、その空間を完全正則であると言う。また、完全正則でかつであるような空間を空間もしくは空間と呼ぶ。
上と同じ記号を用いると、 , ではの開集合なので完全正則空間は正則空間である。よって空間は空間である。
命題 2.
を完全正則空間から単位閉区間への連続関数全体とする。このとき、完全正則空間の位相はから定まる始位相 111この文書では関数族から誘導される始位相をと書くことにする。と一致する。222実はこの命題の逆も成立するがすこし面倒なので証明はしない。[2]参照のこと
証明.
の元はの連続関数なので明らかに
が成立する。逆向きの包含関係を示そう。でとすると、はの閉集合でを含まないのでの完全正則性から連続関数で
となるものが存在する。の定義から明らかにで
なのでから
∎
次の始位相に関する埋め込み定理を思い出そう。
事実 3 (始位相の埋め込み定理).
位相空間にはから定まる始位相が入っているとしこの関数族の終域をとするこのとき関数
についてが成立する。 またが単射ならばこれは埋め込みになっているつまりはの部分空間と同相となる。
証明は電波通信の記事にあると思う。
この埋め込み定理と先の命題から次のことが直ちに従う。記号は上のものと同じとする。
定理 4.
空間は
によって に埋め込める。
定義 5.
空間のストーンチェックコンパクト化を
と定義する。
1 継ぎ足し
定義 6 (ゼロ集合、コゼロ集合).
位相空間とその上の連続関数についてのゼロ集合を
と定義し、コゼロ集合を
と定義する。明らかにはの閉集合ではの開集合である。また明らかにゼロ集合の補集合はコゼロ集合で、コゼロ集合の補集合はゼロ集合である。
命題 7.
を位相空間、 を連続写像、をのゼロ集合とする。このとき、はのゼロ集合である。
証明.
をとなる連続関数とする。すると
なので定理は明らかである。 ∎
双対的に次の命題が成り立つ。
命題 8.
を位相空間、 を連続写像、をのコゼロ集合とする。このとき、はのコゼロ集合である。
この命題との開集合はすべてコゼロ集合であることから次の系が得られる。
系 9.
位相空間と連続関数に及びの開集合についてはコゼロ集合である。
命題 10.
位相位相のゼロ集合について、ある連続関数が存在して
が成り立つ。
命題 11.
位相位相のコゼロ集合について、ある連続関数が存在して
が成り立つ。
命題 12.
位相空間上の2つの連続関数について
が成り立つ。双対的に
が成り立つ。
証明.
明らか ∎
系 13.
ゼロ集合全体の族は有限個の共通部分及び、有限個の和集合で閉じている。
双対的にコゼロ集合全体の族も有限個の共通部分及び、有限個の和集合で閉じている
系 14.
となる位相空間は完全正則空間
References
- [1] 森田紀一,位相空間論,岩波全書331,岩波書店1981
- [2] M.G.Murdeshwar,general topology,Wiley Eastern Limited,1983