点可算被覆と可算コンパクト性
こ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 (星型集合).
集合とその部分集合族、及びについて
をによるを中心とする星型集合という。
定義 2 (完全集積点).
位相空間の部分集合について、がの完全集積点であるとは、の任意の開近傍について
となること。
定理 3.
位相空間について以下は同値である。
-
(1)
は可算コンパクト
-
(2)
の可算部分集合に完全集積点が存在する。
-
(3)
の無限部分集合について点が存在しての任意の近傍について
を充たす。
証明.
とが同値であることはよくわかる。とが同値であることを示そう。対偶を証明する。
[の証明]
より、完全集積点を持たない可算無限集合が存在する。完全集積点を持たないので各点についての近傍が存在してとなる。さての有限部分集合について
と定義しよう。の有限部分集合全体は可算集合であるから、は可算な族であり、の開被覆である。しかし構成の仕方からわかるようにの有限部分被覆の和集合とについては有限集合である。よって。つまりは有限部分被覆を持たないの可算開被覆である。ゆえには可算コンパクトでない。
[終わり]
[の証明]
は可算コンパクトでないから有限部分被覆を持たない可算開被覆が存在する。そこでを
でかつとなるように選ぶ(これはちゃんと実行できる)。そしてとするとは可算無限集合である。これが完全集積点を持たないことを示そう。任意のについてとなるの元をとると、構成の仕方からは高々個のの元としか交わらない。よっては任意であったからは完全集積点を持たないの可算部分集合である。
[終わり] ∎
定理 4.
可算コンパクト空間の点可算な開被覆は有限部分被覆を持つ。
証明.
を点可算なの開被覆としよう。
と定義する。このときは非空でかつ包含関係についてZornian ordered set111Zornの補題の仮定を充たす順序集合のことをZornian ordered setとここでは呼ぶことにする。である。よって極大元が存在する。その一つをとしよう。は有限集合である。もしそうでないとしたならば、可算コンパクト性と定理3からが存在しの任意の近傍ととの共通部分が無限集合になるが、となるを取ると、の取り方からはと高々一点でしか交わらないので矛盾する。
さての極大性から
となる。つまりはの被覆である。さらに点可算性からは高々可算であるのでの可算コンパクト性からの有限部分被覆が存在するが、であるからそれはの有限部分被覆でもある。 ∎
定義 5 (メタリンデレフ).
位相空間の任意の開被覆に点可算な開細分被覆が存在するとき、はメタリンデレフであるという。
系 6.
メタリンデレフかつ可算コンパクトな空間はコンパクトである。
系 7 (Arens-Dugundji).
メタコンパクトかつ可算コンパクトな空間はコンパクトである。
系 8.
はメタリンデレフではない。より詳しく、の有界開集合からなる開被覆は点可算な細分を持たない。
References
- [1] L.A.Steen and J.A.Seebch, Counterexamples in Topology, Dover Publications Inc New York,1995