位相数学における連結性
📂位相幾何学位相数学における連結性
定義
位相空間Xで、A∩B=∅とA∪B=Xを満たす開集合A=∅、B=∅が存在する場合、Xを非連結disconnected空間という。非連結でない場合を連結connected空間という。
定理
説明
非連結であることの定義はかなり直感的で、その否定、つまり連結もまた容易に受け入れられるだろう。グラフ理論でも同様に連結を定義する。
例えば、ユークリッド空間(R,d)を考えると、どのような開区間を考えても非連結の条件を満たさないため、連結空間である。一方、その部分空間(Q,d)を考えると、(Q,d)=(Q,P(Q))が離散空間であるため、簡単に非連結空間であることが示せる。
証明
位相同型写像f:X→Yが存在し、Xが連結空間であるとする。Yが連結空間であることを示せば証明は完了である。
Yが非連結空間であると仮定すると、
A∩B=∅A∪B=Y
を満たす開集合A,B⊂Yが存在する。
fが連続関数ならば、すべての開集合V⊂Yに対して、f−1(V)がXで開集合である。
Yは連続関数なので、f−1(A)とf−1(B)はXで開集合である。しかし、
f−1(A)∩f−1(B)=f−1(A∩B)=f−1(∅)=∅f−1(A)∪f−1(B)=f−1(A∪B)=f−1(Y)=X
これは、Xが非連結空間であるという前提と矛盾する。
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自明空間Xの位相T={∅,X}では、空でない2つの開集合が存在しないため、Xは連結空間である。
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Xの元が1つだけの場合、離散空間より自明空間であるが、Xが2つ以上の元を持つと仮定しなければならない。離散空間Xで、空でないすべての開集合UについてV=X∖UがXで開集合であるため、非連結空間である。
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A,B⊂{x}がA∩B=∅を満たすためには、AまたはBが必ず空でなければならず、非連結空間にはなり得ない。
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