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Subespacios cerrados totalmente desconectados

Una propiedad notable de los espacios métricos compactos incontables es que cada uno de ellos contiene una copia homeomórfica del conjunto de Cantor. En general, no cabe esperar la contención de los cubos de Cantor (en particular, en el caso de los espacios compactos dispersos), sino que se dan con bastante frecuencia distintos subespacios totalmente desconectados. Mi pregunta es la siguiente

Sea $K$ sea un espacio compacto de Hausdorff. ¿Es $K$ contienen un subespacio cerrado y totalmente desconectado que tiene la misma cardinalidad que $K$ ?

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Martin Hollingsworth Puntos 3662

EDIT: He intentado mejorar la presentación. Espero que ahora sea un poco más legible.

Creo que la siguiente construcción ofrece un contraejemplo coherente. Utiliza el principio combinatorio $\diamondsuit$ que implica CH (la hipótesis del continuo) y es independiente de ZFC.

Trabajaré con ordinales, y como $\alpha<\omega_1$ (por ejemplo) puede verse como un punto o como un segmento inicial en $ \omega_1 $ Utilizaré la notación de intervalo cuando me refiera a este último.

Comience con un haz de círculos sobre $\omega_1$ es decir, un espacio $X$ con un mapa continuo $\pi$ en $\omega_1$ tal que la fibra sobre cada punto $\pi^{-1}(\{\alpha\})$ es un círculo. (Por supuesto, $\omega_1$ está dotada de la topología de orden). Digamos que un subconjunto de $X$ está acotada si está contenida en $\pi^{-1}([0,\alpha])$ para algunos $\alpha<\omega_1$ y sin límites en caso contrario.

Nyikos demostró en su artículo "The theory of non-metrizable manifolds" en el Handbook of set theoretic topology (Ejemplo 6.17) que utilizando $\diamondsuit$ podemos construir un haz circular sobre $\omega_1$ con las siguientes propiedades:

1) El conjunto subyacente de $X$ es $\omega_1\times\mathbb{S}^1$ pero la topología no es la del producto.

2) $\pi^{-1}([0,\alpha])$ es homeomorfo a $[0,\alpha]\times\mathbb{S}^1$ con la topología de producto habitual para cualquier $\alpha<\omega_1$ . En particular, $X$ es localmente compacta. Podemos fijar un homeomorfismo $\psi_\alpha:\pi^{-1}([0,\alpha])\to [0,\alpha]\times\mathbb{S}^1$ para cada $\alpha<\omega_1$ .

3) Si $E\subset X$ está cerrado, entonces $E$ está acotado, o $E$ contiene $\pi^{-1}(C)$ para $C$ un subconjunto cerrado e ilimitado de $\omega_1$ . En particular, en este último caso $E$ no está totalmente desconectado ya que contiene copias de todas las fibras (que son círculos) por encima del miembro de $C$ .

(Nota: En realidad, Nyikos construye un haz sobre el rayo largo ${\mathbb{L}}_+$ que es incluso una superficie, pero tomamos sólo la restricción a $\omega_1$ .)

Ahora, defina un haz de círculos $\pi':Y\to\omega_{\omega_1}$ como sigue. El conjunto subyacente de $Y$ es $\omega_{\omega_1}\times\mathbb{S}^1$ . $X$ se incluirán en $Y$ como la unión de las fibras por encima del $\omega_\alpha$ para $\alpha<\omega_1$ . La topología "entre" $\omega_\alpha$ y $\omega_{\alpha+1}$ es la topología de producto habitual. Es decir, si $\omega_\alpha < \gamma < \omega_{\alpha+1}$ dado $x\in\mathbb{S}^1$ Toma $\beta,\beta'$ con $\omega_\alpha\le\beta<\gamma<\beta'< \omega_{\alpha+1}$ y un $O\subset\mathbb{S}^1$ que contiene $x$ entonces $(\beta,\beta')\times O$ es una vecindad de $\langle\gamma,x\rangle$ .

Ahora definimos los vecindarios de $\langle\omega_{\alpha},x\rangle$ . En $X$ elige un barrio $U$ de $\langle \alpha,x\rangle$ y denotemos por $U^\beta$ la intersección $U\cap \pi^{-1}(\{\beta\})$ . Establecer $V^{\omega_\beta}=U^\beta$ y si $\omega_\beta<\gamma<\omega_{\beta+1}$ set $V^{\gamma}=U^{\beta+1}$ . Es decir: $V^\gamma$ es igual a la intersección de $U$ con la fibra sobre $\beta+1$ . Entonces una vecindad de $\langle\omega_{\alpha},x\rangle$ viene dada por la unión de $\{\gamma\}\times V^{\gamma}$ para todos $\gamma$ mayor que algunos $\gamma'$ .

Entonces $Y$ tiene las siguientes propiedades:

2') Para cualquier $\alpha<\omega_{\omega_1}$ , $(\pi')^{-1}([0,\alpha])$ es homeomorfo a $[0,\alpha]\times\mathbb{S}^1$ con la topología de producto habitual (y por tanto $Y$ es localmente compacta). Para ver esto, defina el homeomorfismo $\phi:(\pi')^{-1}([0,\alpha])\to [0,\alpha]\times\mathbb{S}^1$ estableciendo $\phi(\langle\omega_{\alpha},x\rangle)=\psi(\langle\alpha,x\rangle)$ y para $\omega_\alpha<\gamma<\omega_{\alpha+1}$ set $\phi(\langle\gamma,x\rangle)=\psi(\langle\alpha+1,x\rangle)$ donde $\psi$ se define en 2).

3') Como 3) con $\omega_{\omega_1}$ en lugar de $\omega_1$ .

Ahora bien, un subconjunto acotado de $Y$ está contenida en algún $[0,\alpha]\times\mathbb{S}^1$ y tiene por tanto cardinalidad $\max\{|\alpha|,\omega_1\}<\omega_{\omega_1}$ (ya que $2^\omega=\omega_1$ por CH). Tomando la compactificación de un punto se obtiene un espacio compacto tal que un conjunto cerrado de cardinalidad $\omega_{\omega_1}$ no puede desconectarse totalmente.

Espero no haberme perdido nada.

No sé si se puede hacer otra construcción en ZFC, pero esta en concreto necesita al menos algo más que ZFC+CH, porque el espacio Nyikos $X$ tendría que contener una copia de $\omega_1$ (lo cual es imposible, y por tanto el espacio no existe) en un modelo de ZFC+CH debido a Eisworth y Nyikos.

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