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ストーンチェックコンパクト化の構成の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。

ストーンチェックコンパクト化の構成

一色三良(concious77)
HTML変換日:2026年7月26日

この文書ではT3.5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).

pとその点を含まない閉集合Cとの任意の組(p,C)が関数で分離出来る。つまり任意の組(p,C)に対してある実連続関数f:X[0,1]

pf1(0),Cf1(1)

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T1であるような空間をT312空間もしくはT3.5空間と呼ぶ。

上と同じ記号を用いると、 pf1([0,12)), f1([0,12))C=Øf1([0,12))Xの開集合なので完全正則空間は正則空間である。よってT3.5空間はT3空間である。

命題 2.

𝒞を完全正則空間(X,𝔒)から単位閉区間[0,1]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𝒞から定まる始位相 (X,(𝒞))111この文書では関数族𝒜から誘導される始位相を(𝔄)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.

𝒞の元は(X,𝔒)の連続関数なので明らかに

(𝒞)𝔒

が成立する。逆向きの包含関係を示そう。U𝔒xUとすると、XU(X,𝔒)の閉集合でpを含まないのでXの完全正則性から連続関数f:X[0,1]

pf1(0),XUf1(1)

となるものが存在する。𝒞の定義から明らかにf𝒞

pf1([0,12))U

なのでf1([0,12))(𝒞)から

𝔒(𝒞)

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(X,𝔒)には={fλ}λΛ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{(Yλ,𝔒λ)}λΛとするこのとき関数

ϕ:XλΛYλΛ;x(fλ(x))λΛ

について()=(ϕ)が成立する。 またϕが単射ならばこれは埋め込みになっているつまり(X,𝔒)λΛYλΛの部分空間ϕ(X)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.

T3.5空間X

ϕ:Xf𝒞[0,1];x(f(x))f𝒞

によって f𝒞[0,1]=[0,1]𝒞=I𝒞に埋め込める。

定義 5.

T3.5空間Xのストーンチェックコンパクト化βX

βX=CLI𝒞(ϕ(X))

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Xとその上の連続関数f:Xについてfゼロ集合Z(f)

Z(f)=f1(0)

と定義し、コゼロ集合C(f)

C(f)=XZ(f)={xX|f(x)0}

と定義する。明らかにZ(f)Xの閉集合でC(f)X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.

X,Yを位相空間、 f:XYを連続写像、AYYのゼロ集合とする。このとき、f1(U)Xのゼロ集合である。

証明.

g:YZ(g)=Aとなる連続関数とする。すると

Z(gf)=(gf)1(0)=f1(g1(0))=f1(A)

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.

X,Yを位相空間、 f:XYを連続写像、UYYのコゼロ集合とする。このとき、f1(U)X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Xと連続関数f:Xに及びの開集合Uについてf1(U)はコゼロ集合である。

命題 10.

位相位相Xのゼロ集合Aについて、ある連続関数g:X[0,1]が存在して

A=Z(g)

が成り立つ。

命題 11.

位相位相Xのコゼロ集合Uについて、ある連続関数g:X[0,1]が存在して

U=C(g)

が成り立つ。

命題 12.

位相空間X上の2つの連続関数f,g:X[0,+)について

Z(f)Z(g)=Z(max(f,g)),Z(f)Z(g)=Z(min(f,g))

が成り立つ。双対的に

C(f)C(g)=C(max(f,g)),C(f)C(g)=C(min(f,g))

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.

(𝒞)=𝔒となる位相空間(X,𝔒)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