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Espacios compactos contables como ordinales

He oído en algún momento (sin ver una prueba) que cada contables, espacio compacto $X$ es homeomórficos a una contables sucesor ordinal con el orden usual de la topología. ¿Es esto cierto? Tal vez alguien puede ofrecer un esbozo de la prueba o sugerir una topología/ordinal texto que trata contables espacios en profundidad. También me pregunto si estos espacios son metrizable o si pueden ser incrustados en $\mathbb{R}$.

Por cierto, estoy asumiendo $X$ es Tychonoff, pero tal vez esto puede ser reducido a una más débil de la separación de axioma.

Edit: Solo para aclarar y evitar erróneas futuro de la edición,"contables espacio compacto" significa "espacio compacto, cuyo conjunto subyacente es contable." Esto es diferente de "countably espacio compacto."

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Tim Howland Puntos 3650

Creo que usted está buscando ideas de Cantor Bendixson teorema.

La idea principal de la prueba es la de Cantor-Bendixson derivados. Dado un conjunto cerrado $X$, los derivados de establecer $X'$ se compone de todos los límites de los puntos de $X$. Que es, simplemente lanza los puntos aislados. Continuando en un transfinito de la secuencia, se construye $X_\alpha$ como sigue:

  • $X_0=X$, el conjunto original.
  • $X_{\alpha+1}=(X_\alpha)'$, el conjunto de límite de puntos de $X_\alpha$.
  • $X_\lambda=\bigcap_{\alpha\lt\lambda}X_\alpha$, para limitar los ordinales $\lambda$.

Por lo tanto, $X_1$ consiste en el límite de puntos de $X$, e $X_2$ se compone de los límites de los límites, y así sucesivamente. El conjunto $X_\omega$ se compone de puntos que se $n$veces los límites de cualquier particular finito $n$, e $X_{\omega+1}$ se compone de los límites de ese tipo de puntos, y así sucesivamente. El proceso continúa transfinitely, hasta un conjunto que se alcanza, que no tiene puntos aislados, es decir, hasta un conjunto perfecto es alcanzado. El Cantor Bendixon rango de un conjunto es el menor ordinal $\alpha$ tal que $X_\alpha$ es perfecto.

El concepto es bastante interesante históricamente, ya que Cantor había emprendido este derivado antes de que él desarrolló su teoría de conjuntos y el ordinal concepto. Podría decirse que es este concepto de derivada que llevó a Cantor a su ordinal transfinito concepto.

Es fácil ver que el ordinal $\omega^\alpha+1$ bajo la orden de la topología tiene rango $\alpha+1$, y se puede utilizar para probar una versión de su deseado teorema.

Los ingredientes fundamentales que usted necesita son los de Cantor Bendixson rango de su espacio y el número de elementos en la última vacío derivado de conjunto. A partir de esto, se puede constuct el ordinal $(\omega^\alpha+1)\cdot n$ a que su espacio es homeomórficos. Mientras tanto, cada contables ordinal es homeomórficos a un subespacio de $\mathbb{Q}$, y es metrizable. El compacto de los números ordinales son precisamente el sucesor ordinales (más el 0).


Actualización 5/11/2011. Este breve artículo por Cedric Milliet contiene una prueba de la Mazurkiewicz-Sierpiński teorema (ver Stefan Mazurkiewicz y Wacław Sierpiński, Contribución a la topologie des conjuntos dénombrables, Fundamenta Mathematicae 1, 17-27, 1920), de la siguiente manera:

Teorema 4. Cada contables compacto Espacio de Hausdorff es homeomórficos a algunos bien-conjunto ordenado con el fin de topología.

El artículo demuestra de manera más general que cualquiera de los dos contables localmente compacto Hausdorff espacios de $X$ $Y$ del mismo Cantor-Bendixson rango y grado son homeomórficos. Esto está demostrado por inducción transfinita en el rango, y la prueba está en la página 4 del artículo vinculado.

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Seirios Puntos 19895

De hecho, se puede demostrar directamente que cualquier contables espacio compacto $X$ es metrizable:

Deje $A$ ser una familia de funciones continuas de $X$ $\mathbb{R}$y deje $e : \left\{ \begin{array}{ccc} X & \to & \mathbb{R}^A \\ x & \mapsto & (f(x)) \end{array} \right.$. Si la familia $A$ distingue puntos y conjuntos cerrados en $X$, $e$ embedds $X$ a $\mathbb{R}^A$; desde $X$ es completamente regular, una familia $A$ existe. Tomando el lineal subespacio generado por $e(X)$, puede suponer $A$ contables.

Por lo tanto, $X$ es un subespacio de $\mathbb{R}^{\omega}$; por compacidad, $X$ es de hecho un subespacio de un producto de intervalos de $\prod\limits_{\omega} I_k$. Desde cada una de las $I_k$ es homeomórficos a $[0,1]$, $X$ es un subespacio de $[0,1]^{\omega}$.

Pero $[0,1]^{\omega}$ es metrizable, $d : (x,y) \mapsto \sum\limits_{n \in \omega} \frac{1}{2^n}|x_n-y_n|$ define una distancia de más.


Por otra parte, desde cualquier espacio metrizable puede ser embebido en una normativa espacio, puede utilizar la prueba dada en [Stefan Mazurkiewicz y Wacław Sierpiński, Contribución a la topologie des conjuntos dénombrables, Fundamenta Mathematicae 1, 17-27, 1920] para demostrar la clasificación que mencionas:

Primer aviso de que el Cantor-Bendixson rango de una contables espacio compacto es un sucesor contables ordinal $\alpha+1$ y $X_{\alpha}$ es finito. Entonces para cualquier contables ordinal $\alpha$ y un entero positivo $n \geq 1$, vamos a $P(\alpha,n)$ ser la afirmación: "Cualquier contables compacto espacio de Cantor-Bendixson rango $\alpha+1$ tal que $\text{card}(X_{\alpha})=n$ es homeomórficos a $\omega^{\alpha} \cdot n+1$."

Claramente, $P(1,1)$ es cierto (aquí $X$ es sólo una síntesis de la secuencia).

Paso 1: Si $P(\alpha,1)$ es true, entonces la $P(\alpha,n)$ es cierto.

Deje $X_{\alpha}=\{p_1, \dots,p_n\}$. A continuación, la visualización de $X$ como un subespacio de una normativa espacio de $Y$, $n-1$ paralelo hyperplanes $P_1$, ..., $P_{n-1}$ tal que $Y \backslash \bigcup\limits_{i=1}^{n-1} P_i$ $n$ componentes conectados $D_1$, ..., $D_n$ con $p_k \in D_k$.

Debido a $P(\alpha,1)$ es cierto, cada una de las $X_k:= X \cap D_k$ es homeomórficos a $\omega^{\alpha}+1$. Por lo tanto, $X$ es homeomórficos a $(\omega^{\alpha}+1) \cdot n= \omega^{\alpha} \cdot n+1$.

Paso 2: Si $P(\alpha,n)$ es cierto para cualquier $\alpha<\alpha_0$$n \geq 1$, $P(\alpha_0,1)$ es cierto.

Deje $X_{\alpha_0}=\{p\}$ y deje $(p_k)$ ser una secuencia en $X'$ convergentes a $p$ (sin pérdida de generalidad, supongamos $\alpha_0 \geq 2$, de modo que $p \in X''$). A continuación, la visualización de $X$ como un subespacio de una normativa espacio de $Y$, existe una secuencia de números reales positivos $(r_k)$ convergentes a cero, tales que la familia de esferas $S(p,r_k)$ no cumple $X$ $Y \backslash \bigcup\limits_{k \geq 1} S(p,r_k)$ tiene infinitamente muchos de los componentes conectados $D_1$, $D_2$, ... con $p_k \in D_k$.

Por supuesto, cada una de las $X_k:= X \cap D_k$ es homeomórficos a algunos $\omega^{\alpha_k} \cdot n_k+1$$\alpha_k <\alpha_0$$n_k \geq 1$. Por lo tanto, $X$ es homeomórficos a $$\tau=[(\omega^{\alpha_1} \cdot n_1+1)+(\omega^{\alpha_2} \cdot n_2+1)+ \dots ]+1$$

Pero $\tau \leq \omega^{\alpha_0} +1$. Si $\tau < \omega^{\alpha_0}+1$ $\tau< \omega^{\alpha_0}$ porque $\tau$ es compacto, por lo tanto $X_{\alpha_0}= \emptyset$: una contradicción. Por lo tanto, $\tau = \omega^{\alpha_0}+1$ $P(\alpha_0,1)$ es cierto.

Paso 3: se concluye por inducción transfinita.

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