例示:点列コンパクト性とかコンパクト性
定義 1 (可算コンパクト).
位相空間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つまりということな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.
位相空間の部分空間と点についてが部分集合の集積点であるとは、
を充たすことである。つまり、の任意の近傍について、あるが存在してとを充たすということである。
定義 3 (集積コンパクト).
位相空間の任意の無限集合が集積点を持つとき、空間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が集積コンパクトであることと、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.
空間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]
の任意の可算集合に集積点があることを示せばよい。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、ということである。さて、
とすると、もちろんは非空な閉集合でを充たす。よっての可算コンパクト性から
である。ここでを取ろう。このときの任意の近傍と任意のについて
であり、の添え字付けは単射なのではの集積点となる。よっては集積コンパクトである。(実はを用いていないことに注意しよう。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
としてもよい。(狭義の単調減少) さてを
を充たすものとしよう。このときは添え字付けが単射なので可算集合である。そしての集積コンパクト性からには集積点が存在する。もしこのときあるが存在してとなったとしよう。
このときは閉集合でありであるからはを含み、と交わらない開集合であり、また性からはを含み、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とするとこれはを含む開集合であり、となり、がの集積点であることと矛盾する。よって任意のについてである。
以上のことを踏まえると任意のについては性から開集合であり、を含む開集合である。このことからは任意のについての集積点でもある。の定義とが閉集合であることから、特に任意のについてである。よって
なのでがわかり、の可算コンパクト性が分かった。 ∎
定義 5 (点列).
位相空間内の点列とは写像のことである。
定義 6 (部分列).
内の点列が点列の部分列であるとは狭義単調な写像が存在して
と表されることである。
定義 7 (点列の収束).
内の点列がの点に収束するとは
が成り立つことである。
定義 8 (点列コンパクト).
位相空間が点列コンパクトであるとは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
内の可算集合は内にを持つことを鑑みれば、が点列コンパクトである事が分かる。
しかし明らかに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).
離散二元空間の非可算直積空間
の元はの冪集合からへの写像である。またチコノフの定理よりコンパクトである。
次のようなの点列を考える。
この点列に収束する部分列が存在すると仮定しよう。このとき
を考えると
となるのでは収束し得ない。よって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