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Espacio de aproximación

En topología , una rama de las matemáticas , los espacios de aproximación son una generalización de los espacios métricos , basados ​​en distancias de punto a conjunto , en lugar de distancias de punto a punto. Fueron introducidos por Robert Lowen en 1989, en una serie de artículos sobre teoría de aproximación entre 1988 y 1995.

Definición

Dado un espacio métrico ( X , d ), o más generalmente, un pseudo cuasimetrico extendido (que se abreviará aquí como ∞pq-métrico ), se puede definir una función inducida d : X × P( X ) → [0,∞] por d ( x , A ) = inf { d ( x , a ) : aA }. Con este ejemplo en mente, una distancia en X se define como una función X × P( X ) → [0,∞] que satisface para todo x en X y A , BX ,

  1. d ( x , { x }) = 0,
  2. d ( x , Ø) = ∞,
  3. d ( x , AB ) = mín( d ( x , A ), d ( x , B )),
  4. Para todo 0 ≤ ε ≤ ∞, d ( x , A ) ≤ d ( x , A (ε) ) + ε,

donde definimos A (ε) = { x  : d ( x , A ) ≤ ε}.

(La convención " el ínfimo vacío es infinito positivo" es como la convención de que la intersección nular es todo ).

Un espacio de aproximación se define como un par ( X ,  d ) donde d es una función de distancia en X . Cada espacio de aproximación tiene una topología , dada al tratar A  →  A (0) como un operador de cierre de Kuratowski .

Las aplicaciones apropiadas entre espacios de aproximación son las contracciones . Una aplicación f : ( X ,  d ) → ( Y ,  e ) es una contracción si e ( f ( x ), f [ A ]) ≤ d ( x , A ) para todo xX y AX .

Ejemplos

Todo espacio ∞pq-métrico ( X , d ) puede distanciarse a ( X ,  d ), como se describe al comienzo de la definición.

Dado un conjunto X , la distancia discreta viene dada por d ( x , A ) = 0 si xA y d ( x , A ) = ∞ si xA . La topología inducida es la topología discreta .

Dado un conjunto X , la distancia indiscreta viene dada por d ( x , A ) = 0 si A no está vacío, y d ( x , A ) = ∞ si A está vacío. La topología inducida es la topología indiscreta.

Dado un espacio topológico X , la distancia topológica viene dada por d ( x , A ) = 0 si xA , y d ( x , A ) = ∞ en caso contrario. La topología inducida es la topología original. De hecho, las únicas distancias bivaluadas son las distancias topológicas.

Sea P = [0, ∞] el conjunto de números reales no negativos extendidos . Sea d + ( x , A ) = max( x − sup A , 0) para xP y AP . Dado cualquier espacio de aproximación ( X ,  d ), las funciones (para cada AX ) d (., A ) : ( X , d ) → ( P , d + ) son contracciones.

En P , sea e ( x , A ) = inf{| xa | : aA } para x < ∞, sea e (∞, A ) = 0 si A no tiene límites, y sea e (∞, A ) = ∞ si A tiene límites. Entonces ( P ,  e ) es un espacio de aproximación. Topológicamente, P es la compactificación de un punto de [0, ∞). Nótese que e extiende la distancia euclidiana ordinaria. Esto no se puede hacer con la métrica euclidiana ordinaria.

Sea β N la compactificación de Stone–Čech de los enteros . Un punto U ∈ β N es un ultrafiltro en N . Un subconjunto A ⊆ β N induce un filtro F ( A ) = ∩ { U  : UA }. Sea b ( U , A ) = sup{ inf{ | nj | : nX , jE } : XU , EF ( A ) }. Entonces (β N ,  b ) es un espacio de aproximación que extiende la distancia euclidiana ordinaria en N . Por el contrario, β N no es metrizable.

Definiciones equivalentes

Lowen ha ofrecido al menos siete formulaciones equivalentes. Dos de ellas se muestran a continuación.

Sea XPQ( X ) el conjunto de xpq-métricas en X . Una subfamilia G de XPQ( X ) se denomina calibre si

  1. 0 ∈ G , donde 0 es la métrica cero, es decir, 0( x , y ) = 0 para todos x , y ,
  2. edG implica eG ,
  3. d , eG implica max( d , e ) ∈ G (el "max" aquí es el máximo puntual ),
  4. Para todo d ∈ XPQ( X ), si para todo xX , ε > 0, N < ∞ existe eG tal que min( d ( x , y ), N ) ≤ e ( x , y ) + ε para todo y , entonces dG .

Si G es un indicador en X , entonces d ( x , A ) = sup { e ( x , a ) } : e ∈  G } es una función de distancia en X . Por el contrario, dada una función de distancia d en X , el conjunto de e ∈ XPQ( X ) tal que ed es un indicador en X . Las dos operaciones son inversas entre sí.

Una contracción f : ( X ,  d ) → ( Y ,  e ) es, en términos de los indicadores asociados G y H respectivamente, una función tal que para todo dH , d ( f (.), f (.)) ∈ G .

Una torre en X es un conjunto de mapas AA [ε] para AX , ε ≥ 0, que satisfacen para todos A , BX y δ, ε ≥ 0

  1. AA [ε] ,
  2. Ø [ε] = Ø,
  3. ( A  ∪  B ) [ε] = A [ε]  ∪  B [ε] ,
  4. A [ε][δ]A [ε+δ] ,
  5. A [ε] = ∩ δ>ε A [δ] .

Dada una distancia d , la asociada AA (ε) es una torre. Por el contrario, dada una torre, la función d ( x , A ) = inf{ε : xA [ε] } es una distancia, y estas dos operaciones son inversas entre sí.

Una contracción f :( X ,  d )→( Y ,  e ) es, en términos de torres asociadas, una función tal que para todo ε ≥ 0, f [ A [ε] ] ⊆ f [ A ] [ε] .

Propiedades categóricas

El principal interés de los espacios de aproximación y sus contracciones es que forman una categoría con buenas propiedades, a la vez que siguen siendo cuantitativos como los espacios métricos. Se pueden tomar productos , coproductos y cocientes arbitrarios, y los resultados generalizan apropiadamente los resultados correspondientes para topologías. Incluso se pueden "distanciar" espacios tan poco metrizables como β N , la compactificación de Stone–Čech de los números enteros.

Ciertos hiperespacios, espacios de medida y espacios métricos probabilísticos resultan estar naturalmente dotados de una distancia. También se han hecho aplicaciones a la teoría de aproximación .

Referencias

Enlaces externos