単位の分割
この文章では正規空間の様々な特徴付けを紹介する。ここでは正規空間とはを仮定しない意味で用いる。
定義 1 (細分).
集合の部分集合の族とする。このときがの細分であるとは
となることである。
定義 2 (点有限族).
集合の部分集合の族が点有限であるとはの任意の点に対してとなるが有限個しかないことである。
定義 3 (局所有限族).
位相空間に於いての部分集合の族が局所有限であるとはの各点についての近傍が存在して
を充たすことである。
定義 4 (開収縮).
位相空間の開被覆に対してが開収縮であるとはがの開被覆であって、任意のについて
を充たすこと。
定義 5 (閉収縮).
位相空間の開被覆に対してが閉収縮であるとはがの閉被覆であって、任意のについて
を充たすこと。
定義 6 (Weak supportとSupport).
関数の弱台を
と定義する。
関数の台を
以下様々な種類の単位の分割を定義する。
定義 7 (弱い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属する弱い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
定義 8 (強い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属する強い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
定義 9 (点有限な弱い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属する弱い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
定義 10 (点有限な弱い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属す強い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
定義 11 (局所有限な弱い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属する局所有限な弱い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
定義 12 (局所有限な強い単位の分割).
位相空間上の実数値連続関数の族がの開被覆に従属する局所有限な強い単位の分割であるとはがの細分であり
を充たすこと
補題 13.
が弱い単位の分割とすると、任意の及び任意のに対しての有限集合が存在して
が成り立つ。このときならばが成り立つ。
補題 14.
が弱い単位の分割とし、 任意のについて
と定義するとはで局所有限である。
証明.
とについて先の補題の有限集合を取り
を考えるとならば先の補題からなのでは族の有限個の元としか交わらない。 ∎
補題 15.
弱い単位の分割について
は連続である。
証明.
を与える。このときあるについてなので適当にとなるを取ると は先の補題から局所有限である。その局所有限性を担保する点における近傍をとし、有限集合は
となるものとする。このとき上で
なのでは上で連続である。よってはで連続である。 ∎
補題 16.
位相空間とその開被覆について以下は同値
| (1) | に従属する弱い単位の分割が存在する | ||
| (2) | に従属する局所有限な弱い単位の分割が存在する |
証明.
先と同様に
と置く。 そして
と定義する。このときはの被覆となる。これが局所有限であることを示そう。を与えるとなので
となるが存在する。そして有限集合で
を充たすものとする。さて
と定義する。するとは開集合でである。ところで
とする。を取るとなのでとなる。よってなのでとなるからとなるは有限個しかない。よっては局所有限である。よって
が定義でき、これは連続である。さて
と置けば なので確かにはに従属する局所有限な弱い単位の分割となる。 ∎
事実 17.
位相空間について以下は同値である。
| (1) | 正規性 | ||
| (2) | 点有限開被覆に開収縮が存在する | ||
| (3) | 局所有限開被覆に開収縮が存在する | ||
| (4) | 有限開被覆に開収縮が存在する | ||
| (5) | 点有限開被覆に閉収縮が存在する | ||
| (6) | 局所有限開被覆に閉収縮が存在する | ||
| (7) | 有限開被覆に閉収縮が存在する |
定理 18 (局所有限被覆と単位の分割).
位相空間について以下は同値である。
| (1) | 正規性 | ||
| (2) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する弱い単位の分割が存在する | ||
| (3) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する強い単位の分割が存在する | ||
| (4) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する点有限な弱い単位の分割が存在する | ||
| (5) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する点有限な強い単位の分割が存在する | ||
| (6) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する局所有限な弱い単位の分割が存在する | ||
| (7) | 任意の局所有限開被覆に対してそれに従属する局所有限な強い単位の分割が存在する |
定理 19 (有限被覆と単位の分割).
位相空間について以下は同値である。
| (1) | 正規性 | ||
| (2) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する弱い単位の分割が存在する | ||
| (3) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する強い単位の分割が存在する | ||
| (4) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する点有限な弱い単位の分割が存在する | ||
| (5) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する点有限な強い単位の分割が存在する | ||
| (6) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する局所有限な弱い単位の分割が存在する | ||
| (7) | 任意の有限開被覆に対してそれに従属する局所有限な強い単位の分割が存在する |
References
- [1] 森田紀一,位相空間論,岩波全書331,岩波書店,1981
- [2] J.Dydak, Partitions of unity, Topology Proceedings 27 (2003) pp125-171
- [3] J. Derwent, A note on numerable covers, Proc. Amer. Math. Soc., 19 (5)(1958), 1130–1132.