AUTOMATIC HTML VERSION

ハウスドルフ空間の中の稠密な局所コンパクト部分集合が開集合であることの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。

局所閉と局所コンパクトハウスドルフ空間とコンパクト化

一色三良(concious77)
HTML変換日:2026年7月26日
定義 1.

位相空間Xの部分集合Sが局所閉であるとはSの点x∈SについてxのXにおける近傍Vが存在してS∩VがVの中で閉集合となることである。

定理 2.

位相空間Xに於いて Sが局所閉であることと、Xの開集合OとXの閉集合Fが存在してS=O∩Fと表されることは同値である。

証明.

まず最初にSがXの開集合Oと閉集合Fの共通部分であるときにSが局所閉であることは簡単にわかる。なぜならx∈Sについて、OはxのXにおける近傍になっておりS∩O=O∩FがOの閉集合であることは明らかだからである。以下では逆のことを示そう。

Sの各点x∈SについてVxをSの局所閉性によって存在が保証される、S∩VxがVxの閉集合となるようなxのXにおける開近傍とする。111Vxを開集合としてもよいことは簡単にわかる。さて、S∩VxがVxの閉集合であることからVx∖(S∩Vx)=Vx∩(X∖S)はVxの開集合である。VxはXの開集合なのでVx∩(X∖S)はXの開集合である。Ux=Vx∩(X∖S)と置き、O=⋃x∈SVx,U=⋃x∈SUxとし、F=X∖Uと置こう。 ところで定義からS∩Ux=ØであるからS∩U=Øである。つまりS⊂Fである。また定義から明らかにS⊂Oである。よって

S⊂O∩F

が成立する。さてx∈O∩Fとするとx∈Oからあるy∈Sが存在してx∈Vyとなる。またx∈Fからx∉Uなので任意のz∈Sについて x∉Uz=Vz∩(X∖S)なので任意のz∈Sについてx∈(X∖Vz)∪Sである。ところでx∈Vyなのでx∉(X∖Vy)であるからx∈Sである。よって

O∩F⊂S

である。つまりS=O∩Fであるから定理は示された。 ∎

命題 3.

Xをハウスドルフ空間としてYをXの部分空間で局所コンパクトであるとする。このときYはXの中で局所閉である。

証明.

Yは局所閉なのでYの任意の点xについてxのYにおけるコンパクト近傍Nが存在する。さてYはXの部分空間なのでxのXにおける近傍Vが存在してV∩Y=Nとなる。Xがハウスドルフ空間であることからVもハウスドルフであり、コンパクト集合であるNはVの中で閉集合なので結局Yは局所閉である。 ∎

命題 4.

Xをハウスドルフ空間としてYをXの部分空間で局所コンパクトであり、Xの中で稠密であるとする。このときYはXの中で開集合である。

証明.

定理3からYは局所閉なので定理2からXの開集合Oと閉集合Fが存在してY=O∩Fとなる。さてFは閉集合でY⊂FでYは稠密なのでF=Xとなる。つまりY=OなのでYは開集合となる

∎

系 5.

局所コンパクトハウスドルフ空間はその任意のコンパクト化の中で開集合である。

References

  • [1] ニコラ・ブルバキ,数学原論 位相1
  • [2] 柴田敏男,集合と位相空間,共立数学講座8,共立出版,1978