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¿Qué es un espacio métrico?

Según la teoría categórica, los objetos de una categoría son sólo una forma de separar los morfismos. Los objetos en sí mismos se consideran ligeramente despectivos. En particular, si no puedo distinguir entre dos objetos mediante morfismos, entonces debo considerarlos equivalentes (no iguales, eso sería malvado ).

Desde este punto de vista, pues, los espacios métricos con funciones continuas están simplemente equivocados. La categoría de los espacios métricos es equivalente a la subcategoría completa de los espacios topológicos que consiste en los espacios metrizables. La elección de una métrica es mala.

Entonces, ¿cuál es la visión correcta de los espacios métricos, que hace que la métrica valga la pena y no sea (tanto) una elección arbitraria?

Pongo el "tanto de" porque la respuesta obvia es tener isometrías como morfismos, pero entonces la categoría se vuelve demasiado rígida para ser de alguna utilidad concebible. Entonces, ¿cuál es el mejor término medio?

17voto

John Topley Puntos 58789

Lawvere propone una buena respuesta para un razonable categoría de métrica espacios en los que isomorphisms son isometrías: la categoría de la debilidad de las contracciones. Es cierto que los geómetras a veces el uso de la categoría de la debilidad de las contracciones a la hora de estudiar la métrica de los espacios.

No hay otra respuesta que se toma en serio mucho más a menudo: La categoría de isométricos de incrustaciones. Por ejemplo, geodesics en la geometría de Riemann son isométrica incrustaciones de intervalos de, al menos si son cortas geodesics. La categoría de isométricos de incrustaciones puede ser demasiado rígido para ser extremadamente útil, pero en realidad es ampliamente utilizado. Se comporta de manera similar a la única razonable de la categoría de la estructura de los campos, ya que cada homomorphism de campos es inyectiva.

También, de Lipschitz mapas y grueso de Lipschitz mapas son dos entre varios interesantes olvidadizo categoría de estructuras en la clase de métrica espacios. Pero tenga en cuenta que Andrew estaba preguntando acerca de la categoría de estructuras que no son olvidadizos. Para aquellos interesados en otros olvidadizo categoría de estructuras en espacios métricos, uno de mis favoritos es el olvido functor para uniforme de los espacios. Tal vez es siquiera vale la pena hacer una lista de ambos tipos de estructuras categoría en espacios métricos.

7voto

jlleblanc Puntos 2957

Un clásico de la categoría de la teoría de la vista de la métrica espacios afirma que "corregir" los mapas son la distancia decreciente: $$ d(f(a), f(a')) \leq d(a, a') $$ donde $A$ y $B$ son espacios métricos, $f: A \B$ y $a,' \en Un$. A continuación, todos los mapas son continuos, y la isomorphisms son las isometrías en.

Esto viene a partir de la visualización de métricas espacios enriquecidos categorías, como el propuesto por Lawvere. La enriquecido functors luego son exactamente la distancia-la disminución de los mapas.

Editar permítanme añadir algún detalle. Consideremos el conjunto $V=[0, \infty]$ de no-negativos reales. (La inclusión de $\infty$ no es importante aquí.) Es ordenado por $\geq$, y por lo tanto puede ser considerado como una categoría: existe un mapa de $x \a y$ si $x \geq y$, y no hay mapas de $x \a y$ lo contrario. Se convierte en un monoidal categoría de menos de $+$ y $0$.

$V$enriquecido categoría es entonces un conjunto $A$ de objetos (o los puntos) junto con, para cada par $(a, b)$ de los puntos, un objeto $A(a, b)$ $V$ --- que es, un no-real negativo, que es posible que prefiere llamar $d(a, b)$. La composición se convierte entonces en el triángulo de la desigualdad, y las identidades de la afirmación de que la distancia de un punto a sí mismo es de $0$. Así, un $V$enriquecido categoría es "generalizada espacio métrico": no hay ningún requisito de simetría (por lo que podría tomar distancia para el trabajo realizado en el movimiento entre los puntos de una región montañosa) o que los puntos de distancia $0$ aparte son iguales (que es igual a no pedir isomorfo objetos de una categoría a ser igual).

A continuación, usted debe ser capaz de ver que $V$enriquecido functors son lo que me dijeron que eran.

Editar re Lipschitz mapas no quiero evangelizar a este punto de vista demasiado. Pero es una cuestión de hecho que Lipschitz mapas de hacer surgen naturalmente en este marco.

Para explicar esto primero hay que explicar un poco acerca de " cambio de la base' enriquecido categorías. Cualquier lax monoidal functor $\Phi: \mathcal{V} \\mathcal{W}$ induce un functor $\Phi_*: \mathcal{V}-\mathbf{Cat} \\mathcal{W}-\mathbf{Cat}$, en un obvio manera. Por ejemplo, si $\Phi: \mathbf{Vect} \\mathbf{Set}$ es la olvidadizo functor, entonces $\Phi_*$ envía un lineal de la categoría a su subyacente ordinario de la categoría.

Esto significa que, dado un lax monoidal $\Phi: \mathcal{V} \\mathcal{W}$, $\mathbf{V}$enriquecido categoría $\mathbf{A}$, y un $\mathbf{W}$enriquecido categoría $\mathbf{B}$, podemos definir un $\Phi$enriquecido functor $\mathbf{A} \\mathbf{B}$ para ser un $\mathcal{W}$enriquecido functor $\Phi_*(\mathbf{A}) \a \mathbf{B}$. Uno también puede llamar a esto un " functor más de $\Phi$'.

Eso es completamente general enriquecido categoría de teoría. Ahora vamos a aplicarlo a $\mathcal{V} = \mathcal{W} = [0, \infty]$. Para cualquier $M \geq 0$, la multiplicación por $M$ define (estricto) de monoidal functor $M\cdot -de: [0, \infty] \[0, \infty]$. Deje que $A$ y $B$ se métrica espacios. A continuación, un $(M\cdot -)$-enriquecido functor de $a$ a $B$ es precisamente una función $f: A \B$ que $$ d(f(a), f(a')) \leq M\cdot d(a, a') $$ para todo $a,' \en Un$. En otras palabras, es un mapa de Lipschitz.

Un poco más puede ser exprimida de este. Los mapas de $M\cdot -$ son los estricto monoidal endofunctors de $[0, \infty]$. Pero podemos hablar sobre $\phi$enriquecido mapas de métrica de espacios para todo tipo de lax monoidal endofunctor de $[0, \infty]$. `Lax monoidal' significa que $$ \phi(0) = 0, \ \ \ \ \ \ \phi(x + y) \leq \phi(x) + \phi(y), $$ que es una especie de concavidad de la propiedad (satisfecho por $\phi(x) = \sqrt{x}$, por ejemplo). Entonces $\phi$enriquecido mapa de $a$ a $B$ es un la función $f: A \B$ que $$ d(f(a), f(a')) \leq \phi(d(a, a')) $$ para todo $a,' \en Un$. Es ese tipo de mapa encontrado útil?

4voto

Chris Carruthers Puntos 1441

Andrew Stacey me pidió más o menos que ampliara mi comentario, así que aquí va.

En la respuesta de Harald Hanche-Olsen a Pregunta de Kim Greene En su libro "La equivalencia", menciona que dada una métrica d sobre X, puede ser útil considerar una métrica d' sobre X que esté acotada y sea "equivalente" a d. El significado de la equivalencia en ese contexto es que el mapa de identidad de (X,d) a (X,d') es uniformemente continuo con una inversa uniformemente continua. La importancia de esta noción de equivalencia es que preserva la completitud. Como todo el mundo sabe, y como Kaplansky le dijo a Weil (pdf, ver página 219), "la completitud no es un invariante topológico". Así, los mapas uniformemente continuos podrían ser una buena elección de morfismo para los espacios métricos porque preservan las secuencias de Cauchy y hacen de la completitud un invariante de isomorfismo.

En el caso de los operadores lineales sobre espacios de Banach, la continuidad en un punto implica la continuidad de Lipschitz. Así que, en particular, la continuidad uniforme y la continuidad de Lipschitz son la misma cosa. Y como dijo Terry Tao los mapas considerados suelen ser todos los continuos lineales en contraposición a sólo los contractivos.

3voto

Mark Norgren Puntos 891

Algunos puntos de vista no relacionados con la teoría de la patología (por lo tanto, un poco fuera de tema dada la pregunta original):

Pedagógico Los espacios métricos son una generalización evidente de los reales, los complejos y el espacio euclidiano de n dimensiones. Así que se pueden motivar muy bien a los estudiantes. Una vez hecho esto, se puede pasar a motivar los espacios topológicos. Pero saltar directamente al nivel topológico es un gran paso.

Práctico Para muchas aplicaciones, no se necesita toda la potencia de un espacio topológico: un espacio métrico es una generalización suficientemente buena. Se puede trabajar con secuencias en un espacio métrico (pero se podrían necesitar filtros o redes en un espacio topológico). Supongo que esto nos lleva al punto de vista de trabajar con espacios metrizables: no te preocupas de cuál es la métrica exactamente, ¡pero está ahí si la necesitas!

Supongo que las funciones de Lipschitz también son muy importantes, pero no sé mucho sobre ellas...

2voto

Utiliza estos datos:

1) Los grupos cíclicos del mismo orden son isomorfos.

2) http://mathforum.org/library/drmath/view/73205.html

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