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Fundamentos axiomáticos de espacios topológicos.

En el campo matemático de la topología , un espacio topológico suele definirse declarando sus conjuntos abiertos . [1] Sin embargo, esto no es necesario, ya que existen muchos fundamentos axiomáticos equivalentes, cada uno de los cuales conduce exactamente al mismo concepto. Por ejemplo, un espacio topológico determina una clase de conjuntos cerrados , de operadores interiores y de cierre, y de convergencia de varios tipos de objetos. En cambio, cada uno de estos puede tomarse como la clase principal de objetos, y todos los demás (incluida la clase de conjuntos abiertos) se determinan directamente desde ese nuevo punto de partida. Por ejemplo, en el conocido libro de texto de Kazimierz Kuratowski sobre topología de conjuntos de puntos , un espacio topológico se define como un conjunto junto con un cierto tipo de "operador de cierre", y todos los demás conceptos se derivan de él. [2] Asimismo, los axiomas basados ​​en la vecindad (en el contexto de los espacios de Hausdorff ) pueden remontarse a la definición original de Felix Hausdorff de un espacio topológico en Grundzüge der Mengenlehre . [ cita necesaria ]

Muchos libros de texto diferentes utilizan muchas interdependencias diferentes de conceptos para desarrollar una topología de conjuntos de puntos. El resultado es siempre la misma colección de objetos: conjuntos abiertos, conjuntos cerrados, etc. Para muchos propósitos prácticos, la cuestión de qué fundamento se elige es irrelevante, siempre y cuando se entiendan el significado y la interrelación entre los objetos (muchos de los cuales se dan en este artículo), que son los mismos independientemente de la elección del desarrollo. Sin embargo, hay casos en los que puede resultar útil tener flexibilidad. Por ejemplo, existen varias nociones naturales de convergencia de medidas , y no está inmediatamente claro si surgen de una estructura topológica o no. Estas cuestiones quedan enormemente aclaradas por los axiomas topológicos basados ​​en la convergencia.

Definiciones estándar a través de conjuntos abiertos

Un espacio topológico es un conjunto junto con una colección de subconjuntos de satisfacción: [3]

Dado un espacio topológico, uno se refiere a los elementos de como conjuntos abiertos de y es común referirse solo de esta manera, o mediante la etiqueta topología . Luego se hacen las siguientes definiciones secundarias:

Definición mediante conjuntos cerrados

Sea un espacio topológico. Según las leyes de De Morgan , el conjunto de conjuntos cerrados satisface las siguientes propiedades: [16]

Ahora supongamos que es sólo un conjunto. Dada cualquier colección de subconjuntos que satisfagan los axiomas anteriores, el conjunto correspondiente es una topología y es la única topología para la cual es la correspondiente colección de conjuntos cerrados. [17] Esto quiere decir que una topología se puede definir declarando los conjuntos cerrados. Como tal, se pueden reformular todas las definiciones en términos de conjuntos cerrados:

Definición mediante operadores de cierre

Dado un espacio topológico, el cierre puede considerarse como un mapa donde denota el conjunto potencia de Uno tiene los siguientes axiomas de cierre de Kuratowski : [21]

Si es un conjunto equipado con un mapeo que satisface las propiedades anteriores, entonces el conjunto de todas las salidas posibles de cl satisface los axiomas anteriores para conjuntos cerrados y, por lo tanto, define una topología; es la topología única cuyo operador de cierre asociado coincide con el cl dado. [22] Como antes, se deduce que en un espacio topológico todas las definiciones pueden expresarse en términos del operador de cierre:

Definición mediante operadores interiores

Dado un espacio topológico, el interior puede considerarse como un mapa donde denota el conjunto potencia de Satisface las siguientes condiciones: [27]

Si es un conjunto equipado con un mapeo que satisface las propiedades anteriores, entonces el conjunto de todas las salidas posibles de int satisface los axiomas anteriores para conjuntos abiertos y, por lo tanto, define una topología; es la topología única cuyo operador interior asociado coincide con el int dado. [28] De ello se deduce que en un espacio topológico todas las definiciones pueden expresarse en términos del operador interior, por ejemplo:

Definición vía barrios

Recuerde que este artículo sigue la convención de que un barrio no es necesariamente abierto. En un espacio topológico, se tienen los siguientes hechos: [32]

Si es un conjunto y se declara una colección no vacía de vecindades para cada punto que satisface las condiciones anteriores, entonces se define una topología declarando que un conjunto es abierto si y sólo si es una vecindad de cada uno de sus puntos; es la topología única cuyo sistema asociado de vecindades es el dado. [32] De ello se deduce que en un espacio topológico todas las definiciones pueden expresarse en términos de vecindades:

Definición mediante convergencia de redes.

La convergencia de redes satisface las siguientes propiedades: [35] [36]

  1. Toda red constante converge hacia sí misma.
  2. Cada subred de una red convergente converge hacia los mismos límites.
  3. Si una red no converge a un punto , entonces hay una subred tal que ninguna otra subred converge a. De manera equivalente, si es una red tal que cada una de sus subredes tiene una subsubred que converge a un punto, entonces converge a
  4. Principio diagonal /Convergencia de límites iterados. Siiny para cada índicees una red queconverge ainentonces existe una (sub)red diagonal deque converge a
    • Ared diagonal se refiere a cualquiersubredde
    • La notación denota la red definida por cuyo dominio es el conjunto ordenado lexicográficamente primero por y luego por [36] explícitamente, dado que dos pares cualesquiera declaran que se cumple si y sólo si tanto (1) como (2) si entonces

Si es un conjunto, entonces dada una noción de convergencia neta (que indica qué redes convergen a qué puntos [36] ) que satisface los cuatro axiomas anteriores, un operador de cierre se define enviando cualquier conjunto dado al conjunto de todos los límites de todas las redes. valorada en la topología correspondiente es la topología única que induce las convergencias dadas de redes a puntos. [35]

Dado un subconjunto de un espacio topológico

Una función entre dos espacios topológicos es continua si y sólo si para todas y cada una de las redes en las que converge en la red [nota 1] converge en [40]

Definición mediante convergencia de filtros.

También se puede definir una topología en un conjunto declarando qué filtros convergen a qué puntos. [ cita necesaria ] Se tienen las siguientes caracterizaciones de objetos estándar en términos de filtros y prefiltros (también conocidos como bases de filtros):

Ver también

Citas

  1. ^ Dugundji 1966; Engelking 1977; Kelly 1955.
  2. ^ Kuratowski 1966, p.38.
  3. ^ Dugundji 1966, pág.62; Engelking 1977, páginas 11-12; Kelley 1955, pág.37; Kuratowski 1966, pág.45.
  4. ^ Dugundji 1966, pág.79; Engelking 1977, páginas 27-28; Kelley 1955, pág.85; Kuratowski 1966, p.105.
  5. ^ Dugundji 1966, pág.68; Engelking 1977, p.13; Kelley 1955, pág.40.
  6. ^ Dugundji 1966, pág.69; Engelking 1977, p.13.
  7. ^ Dugundji 1966, pág.71; Engelking 1977, p.14; Kelley 1955, pág.44; Kuratowski 1966, p.58.
  8. ^ Kelley 1955, p.38; Kuratowski 1966, p.61.
  9. ^ Dugundji 1966, pág.63; Engelking 1977, p.12.
  10. ^ Dugundji 1966, p.210; Engelking 1977, p.49; Kelley 1955, pág.66; Kuratowski 1966, p.203.
  11. ^ Engelking 1977, p.52; Kelley 1955, pág.83.
  12. ^ Kuratowski 1966, p.6.
  13. ^ Engelking 1977, p.52; Kelley 1955, pág.83; Kuratowski 1966, p.63.
  14. ^ Dugundji 1966, 211; Engelking 1977, p.52.
  15. ^ Dugundji 1966, p.212; Engelking 1977, p.52.
  16. ^ Dugundji 1966, pág.69; Engelking 1977, p.13; Kelley 1955, pág.40; Kuratowski 1966, p.44.
  17. ^ Dugundji 1966, pág.74; Engelking 1977, p.22; Kelley 1955, pág.40; Kuratowski 1966, p.44.
  18. ^ Dugundji 1966, pág.79; Engelking 1977, p.28; Kelley 1955, pág.86; Kuratowski 1966, p.105.
  19. ^ Kelley 1955, p.41.
  20. ^ Dugundji 1966, pág.70; Engelking 1977; Kelley 1955, pág.42.
  21. ^ Dugundji 1966, páginas 69-70; Engelking 1977, p.14; Kelley 1955, páginas 42-43.
  22. ^ Dugundji 1966, pág.73; Engelking 1977, p.22; Kelley 1955, pág.43.
  23. ^ Dugundji 1966, pág.80; Engelking 1977, p.28; Kelley 1955, pág.86; Kuratowski 1966, p.105.
  24. ^ Kuratowski 1966, p.43.
  25. ^ Dugundji 1966, pág.69; Kelley 1955, pág.42; Kuratowski 1966, p.43.
  26. ^ Dugundji 1966, pág.71; Engelking 1977, p.15; Kelley 1955, páginas 44-45; Kuratowski 1966, p.55.
  27. ^ Engelking 1977, p.15.
  28. ^ Dugundji 1966, pág.74; Engelking 1977, p.23.
  29. ^ Engelking 1977, p.28; Kuratowski 1966, p.103.
  30. ^ Dugundji 1966, pág.71; Kelley 1955, pág.44.
  31. ^ Kelley 1955, páginas 44-45.
  32. ^ ab Willard 2004, págs. 31-32.
  33. ^ Kuratowski 1966, p.103.
  34. ^ Kuratowski 1966, p.61.
  35. ^ ab Kelley 1955, p.74.
  36. ^ abcd Willard 2004, pag. 77.
  37. ^ Engelking 1977, pág.50; Kelley 1955, pág.66.
  38. ^ Engelking 1977, p.51; Kelley 1955, pág.66.
  39. ^ Willard 2004, págs. 73–77.
  40. ^ Engelking 1977, p.51; Kelley 1955, pág.86.
  41. ^ Dugundji 1966, p.216; Engelking 1977, p.52.
  42. ^ ab Kelley 1955, p.83.
  43. ^ Dugundji 1966, p.215.
  44. ^ Dugundji 1966, p.215; Engelking 1977, p.52.

Notas

  1. ^ Suponiendo que la red está indexada por (por lo que es solo una notación para la función que envía ), entonces denota la composición de con Es decir, es la función

Referencias