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点列コンパクト性とコンパクト性は無関係の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。

例示:点列コンパクト性とかコンパクト性

一色三良(concious77)
HTML変換日:2026年7月26日
集積コンパクトコンパクト可算コンパクト点列コンパクト擬コンパクト
定義 1 (可算コンパクト).

位相空間Xはその上の任意の可算開被覆に有限部分被覆が存在するとき可算コンパクトという。また、可算コンパクト性は空間X上の非空閉集合からなる任意の有限交叉的な可算族が非空な共通部分をもつことと同値である。またまた、可算個の非空閉集合からなる単調減少111つまりFnFn+1ということ{Fn}n族が非空な共通部分を持つことと可算コンパクト性は同値である。

定義 2.

位相空間Xの部分空間Mと点xXについてxが部分集合Mの集積点であるとは、

xCL(M{x})

を充たすことである。つまり、xの任意の近傍Vについて、あるmMが存在してmVxmを充たすということである。

定義 3 (集積コンパクト).

位相空間Xの任意の無限集合が集積点を持つとき、空間Xは集積コンパクトであるという。無限集合は可算部分集合を持つので空間Xが集積コンパクトであることと、Xの任意の可算無限集合が集積点を持つことは同値である。

命題 4.

T1空間Xにおいて可算コンパクト性と集積コンパクト性は同値である。

証明.

[可算コンパクト集積コンパクトの証明]

Xの任意の可算集合に集積点があることを示せばよい。{an}nを可算集合とする。添え字付けは単射であるとする。222つまり、nmanamということである。さて、

Fn=CL({ai|in})

とすると、もちろんFnは非空な閉集合でFnFn+1を充たす。よってXの可算コンパクト性から

nFnØ

である。ここでcnFnを取ろう。このときcの任意の近傍Vと任意のnについて

V{ai|in}Ø

であり、{an}nの添え字付けは単射なのでc{an}nの集積点となる。よってXは集積コンパクトである。(実はT1を用いていないことに注意しよう。T1を使うのは逆を導くときということである。)

[可算コンパクト集積コンパクトの証明終わり]

[集積コンパクト可算コンパクトの証明]

非空な閉集合なる単調減少な族{Fn}nを考える。必要なら番号を付け替えて単調減少よりも強く

FnFn+1

としてもよい。(狭義の単調減少) さてxn

xnFnFn+1

を充たすものとしよう。このときA={xn}nは添え字付けが単射なので可算集合である。そしてXの集積コンパクト性からAには集積点cが存在する。もしこのときあるmが存在してc=xmとなったとしよう。

このときFm+1は閉集合でありFm+1{xi|i>m}であるからXFm+1c=xmを含み、{xi|i>m}と交わらない開集合であり、またT1性からX{x1,x2,,xm1}c=xmを含み、{x1,x2,,xm1}と交わらない開集合であるから、これら二つの開集合の共通部分をOとするとこれはc=xmを含む開集合であり、OA={xm}となり、cAの集積点であることと矛盾する。よって任意のmについてcxmである。

以上のことを踏まえると任意のmについてX{x1,x2,,xm}T1性から開集合であり、cを含む開集合である。このことからcは任意のmについて{xi|i>m}の集積点でもある。xnの定義とFnが閉集合であることから、特に任意のnについてcFnである。よって

nFnc

なのでnFnØがわかり、Xの可算コンパクト性が分かった。 ∎

定義 5 (点列).

位相空間X内の点列とは写像α:Xのことである。

定義 6 (部分列).

X内の点列βが点列αの部分列であるとは狭義単調な写像ϕ:が存在して

β=αϕ

と表されることである。

定義 7 (点列の収束).

X内の点列αXの点pに収束するとは

V𝔑(p)Nn(nNαnV)

が成り立つことである。

定義 8 (点列コンパクト).

位相空間Xが点列コンパクトであるとはX内の任意の点列に収束する部分列が存在する事を言う。

例 9 (点列コンパクトだが、コンパクトでない例).

最小の非可算順序数ω1

ω1内の可算集合はω1内にinf,supを持つことを鑑みれば、ω1が点列コンパクトである事が分かる。

しかし明らかにω1はコンパクト空間ではない。

例 10 (コンパクトだが点列コンパクトでない例).

離散二元空間2={0,1}の非可算直積空間22

22の元はの冪集合2から2={0,1}への写像である。またチコノフの定理よりコンパクトである。

次のような22の点列{αn}nを考える。

αn(S)={1nS0nS

この点列に収束する部分列{αϕ(n)}nが存在すると仮定しよう。このとき

Q={ϕ(2k)|k}

を考えると

αϕ(n)(Q)={1nは偶数0nは奇数

となるので{αϕ(n)}nは収束し得ない。よって22は点列コンパクトではない。

References

  • [1] L.A.Steen and J.A.Seebch,Counterexamples in Topology,Dover Publications,Inc.,New York,1995