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可算コンパクトとメタコンパクトの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。

可算コンパクトなメタコンパクト空間はコンパクト

一色三良(concious77)
HTML変換日:2026年7月26日

この文章では可算コンパクトなメタコンパクト空間がコンパクトであることを紹介する。

参考文献[1]ではT1を仮定し、これを証明しているが参考文献[2]ではT1を仮定せずとも証明できることが注意されている。

以下の文書では位相空間に如何なる分離公理も課さない。

定義 1.

集合Xの部分集合族𝒜Xの点xについてdeg(x;𝒜)

deg(x;𝒜)=card{A𝒜|xA}

と定義する。これを𝒜に対するxの度数という。

定義 2.

集合Xの被覆𝒰について任意の点xについて deg(x;𝒰)が有限となるとき、𝒰Xの点有限被覆という。

定義 3.

位相空間Xについてその任意の開被覆に点有限被覆となる開細分が存在するときXをメタコンパクト、もしくは弱パラコンパクトと言う。明らかにパラコンパクト空間はメタコンパクトである。

定義 4 (既約被覆).

集合の被覆が既約被覆であるとは、その真に小さい部分族が被覆を成さないときに言う。

命題 5.

点有限被覆には既約部分被覆が存在する。

証明.

集合Xの点有限被覆を𝒰とし、

𝐂={𝒜𝒜𝒰,𝒜Xの被覆}

とおく。このとき𝐂には包含関係により順序が備わっている。 𝐂の極小元が既約被覆であることに注意しよう。 以下では𝐂がZornの補題の仮定を充すことを確かめる。 𝐈𝐂の全順序部分集合とする。 このとき𝐈𝐈の下界になることを見よう。 そのためにはこれがXの被覆になっていることを示せば良い。 xXを任意に取ろう。 そしてxが属する𝒰の元を U1,U2,,Us(s=deg(x;𝒰))としよう。 このうちのどれか一つは𝐈の全てに属している。 もしそうでないとするとある𝒜1,𝒜2,,𝒜𝓈𝐈が存在して、 Vi𝒜iとなるが、 =min{𝒜1,𝒜2,,𝒜𝓈}𝐈 と置くと、任意のViについてViとなる。 よってxとなり、が被覆であることに矛盾する。 ∎

定理 6 (Arens-Dugundji).

可算コンパクトかつメタコンパクトな空間はコンパクトである。

証明.

Xには既約被覆𝒰card(𝒰)=となるものが存在するとしよう。𝒰={Ua}aAとしよう。ここで添え字付けは単射とする。Aは無限集合なので{an}nがとれる。ここで添え字付けは単射とする。そしてAn=A{ai|in}として

En=XaAnUa

と定義しよう。すると

EnEn+1

であり、既約性からEnØである。そして点有限性から

nEn=Ø

なのでXは可算コンパクトではない。以上から対偶を考えてXが可算コンパクトならば、既約被覆は有限被覆になる。よってメタコンパクトな可算コンパクト空間はコンパクトになる。 ∎

References

  • [1] R.Arens and J.Dugundji. Remark on the concept of compactness, Portugal.math.9(1950), 141-143
  • [2] J.Greever, On Some Generalized Compactness Properties, Publ.RIMS. Kyoto Univ.Ser. A Vol 4(1968),39-49