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完全有界空間 📂位相幾何学

完全有界空間

定義 1

距離空間 (X,d)(X,d)ε>0\varepsilon>0 が与えられたとする。

  1. 全ての xXx \in X に対して Bd(x,ε)AεB_{d}(x,\varepsilon) \cap A_{\varepsilon} \ne \emptyset を満たす有限集合 AεXA_{\varepsilon} \subset XXX の**ε\varepsilon-ネット**と言う。
  2. 全ての ε>0\varepsilon > 0 に対して、XXε\varepsilon-ネット AεA_{\varepsilon} が存在するなら、XX完全有界と言う。

説明

完全有界空間は、一般にプリコンパクト空間とも呼ばれる。

ε\varepsilon-ネット

AεA_{\varepsilon} をネットと言うのは、条件 Bd(x,ε)AεB_{d}(x,\varepsilon) \cap A_{\varepsilon} \ne \emptyset を考慮した時、非常に直感的である。式を言葉に訳して考えると、与えられた空間 XX で任意の点を取っても、AεA_{\varepsilon} に引っかかるということだ。全ての点が許容誤差 ε\varepsilon の内側で引っかかるなら、これをネットと呼ぶのはかなり妥当である。

完全有界

全ての ε>0\varepsilon>0 に対して、有限カバーだけを考えても XX をカバーできるということは、XX が本当に小さくて扱いやすいという意味である。ある空間が完全有界であるということは、これを有限に分割して考えることができ、同時に距離空間であるから、その一つ一つも想像しやすい条件を備えているということである。

AεA_{\varepsilon}ε\varepsilon-ネットになる条件 Bd(x,ε)AεB_{d}(x,\varepsilon) \cap A_{\varepsilon} \ne \emptyset で既視感を感じるなら、自分が位相数学とかなり仲がいいと思ってもいい。この条件は、ある空間が可分空間であるかを判定する方法でもほぼ同じ形で現れる。実際に、密度性との概念上の違いは、有限か無限かの違いである。無限集合に対して条件を満たすより、有限集合に対して条件を満たす方が難しく、次の定理も当然成立する。

定理

証明

1

有限集合は可算であるから、可分空間の定義から自明である。

2

列コンパクトを迂回して演繹する。


  1. Munkres. (2000). Topology(2nd Edition): p275. ↩︎