Топология Александрова - Alexandrov topology

В топологии , топологии Александров является топологией , в которой пересечение любого семейства открытых множеств открыто. Аксиома топологии состоит в том, что пересечение любого конечного семейства открытых множеств открыто; в топологиях Александрова конечное ограничение снимается.

Множество вместе с топологией Александрова известно как Александров-дискретное пространство или конечно порожденное пространство .

Топологии Александрова однозначно определяются предзаказами их специализации . Действительно, для любого предпорядка ≤ на множестве X существует единственная топология Александрова на X, для которой предпорядок специализации равен ≤. Открытые множества - это просто верхние множества относительно ≤. Таким образом, Александрова топология на X находится в взаимно-однозначное соответствии с предпорядками на X .

Александров-дискретные пространства также называют конечно порожденными пространствами, поскольку их топология однозначно определяется семейством всех конечных подпространств. Таким образом, дискретные пространства Александрова можно рассматривать как обобщение конечных топологических пространств .

В связи с тем, что прообразы коммутируют с произвольными объединениями и пересечениями, свойство быть Александров-дискретным пространством сохраняется при частных .

Александровско-дискретные пространства названы в честь русского тополога Павла Александрова . Их не следует путать с более геометрическими пространствами Александрова, введенными российским математиком Александром Даниловичем Александровым .

Характеристики топологий Александрова

Топологии Александрова имеют множество характеристик. Пусть X = < X , T > - топологическое пространство. Тогда следующие эквиваленты:

Характеристики открытого и закрытого множества:
- Открытый набор. Произвольное пересечение открытых множеств в X открыто.
- Закрытый набор. Произвольное объединение замкнутых множеств в X замкнуто.
Характеристики микрорайона:
- Самый маленький район. Каждая точка X имеет наименьшую окрестность .
- Фильтр соседства. Фильтр окрестностей каждой точки в X замкнут относительно произвольных пересечений.
Внутренние и закрывающие алгебраические характеристики:
- Внутренний оператор. Интерьера оператор из X распределяет над произвольными пересечениями множеств.
- Оператор закрытия. Оператор замыкания из X распределяет над произвольными объединениями подмножеств.
Предварительный заказ характеристик:
- Предварительный заказ специализации. T является лучшей топологией в соответствии с специализацией предзаказом в X есть лучшие топологии давая предзаказ ≤ удовлетворяющий х ≤ у тогда и только тогда , когда х находится в замыкании { у } в X .
- Открытый набор. Существует предпорядок ≤ такой, что открытые множества X - это в точности те, которые закрыты снизу вверх, т.е. если x находится в наборе, а x ≤ y, то y входит в набор. (Этот предварительный заказ будет в точности предварительным заказом на специализацию.)
- Закрытый набор. Существует предпорядок ≤ такой, что замкнутые множества X - это в точности те, которые замкнуты вниз, т. Е. Если x находится в наборе, а y ≤ x, то y находится в множестве. (Этот предварительный заказ будет в точности предварительным заказом на специализацию.)
- Закрытие вниз. Точка x лежит в замыкании подмножества S множества X тогда и только тогда, когда существует точка y в S такая, что x ≤ y, где ≤ - предпорядок специализации, т.е. x лежит в замыкании { y }.
Конечная генерация и теоретико-категориальные характеристики:
- Конечное замыкание. В точке х лежит внутри закрытия подмножества S из X , если и только если существует конечное подмножество Р из S , такие , что х лежит в замыкании F . (Это конечное подмножество всегда можно выбрать как одноэлементный.)
- Конечное подпространство. Т является когерентным с конечными подпространств X .
- Карта конечного включения. Отображения включения f _i : X _i → X конечных подпространств X образуют конечный сток .
- Конечное поколение. X конечно порождено, т. Е. Находится в последней оболочке конечных пространств. (Это означает, что существует конечный сток f _i : X _i → X, где каждое X _i является конечным топологическим пространством.)

Топологические пространства, удовлетворяющие приведенным выше эквивалентным характеризациям, называются конечно порожденными пространствами или Александров-дискретными пространствами, а их топология T называется топологией Александрова .

Эквивалентность с предварительно заказанными наборами

Топология Александрова на заранее упорядоченном множестве

Для предварительно упорядоченного множества мы можем определить топологию Александрова на X , выбрав открытые множества в качестве верхних множеств : ${\ Displaystyle \ mathbf {X} = \ langle X, \ leq \ rangle}$ ${\ Displaystyle \ тау}$

{\ Displaystyle \ тау = \ {\, G \ substeq X: \ forall x, y \ in X \ (x \ in G \ \ land \ x \ leq y) \ \ rightarrow \ y \ in G \, \ }}

Таким образом, мы получаем топологическое пространство . ${\ Displaystyle \ mathbf {T} (\ mathbf {X}) = \ langle X, \ tau \ rangle}$

Соответствующие замкнутые множества - это нижние множества :

{\ Displaystyle \ {\, S \ substeq X: \ forall x, y \ in X \ \ (x \ in S \ \ land \ y \ leq x) \ \ rightarrow \ y \ in S \, \}}

Предпорядок специализации на топологическом пространстве

Для топологического пространства X = < X , T > предпорядок специализации на X определяется следующим образом:

x ≤ y тогда и только тогда, когда x находится в замыкании { y }.

Таким образом, мы получаем предупорядоченное множество W ( X ) = < X , ≤>.

Эквивалентность предпорядков и топологий Александрова

Для каждого предупорядоченного множества X = < X , ≤> мы всегда имеем W ( T ( X )) = X , т.е. предпорядок X восстанавливается из топологического пространства T ( X ) как предпорядок специализации. Более того, для каждого дискретного по Александрову пространства X имеем T ( W ( X )) = X , т. Е. Топология Александрова пространства X восстанавливается как топология, индуцированная предпорядком специализации.

Однако для топологического пространства в целом мы не имеем T ( W ( X )) = X . Скорее T ( W ( X )) будет множеством X с более тонкой топологией, чем у X (т. Е. У него будет больше открытых множеств). Топология T ( W ( X )) индуцирует тот же предпорядок специализации, что и исходная топология пространства X, и фактически является лучшей топологией на X с этим свойством.

Эквивалентность монотонности и непрерывности

Учитывая монотонную функцию

е : X → Y

между двумя предварительно упорядоченными наборами (т. е. функция

е : X → Y

между базовыми множествами, такими, что x ≤ y в X влечет f ( x ) ≤ f ( y ) в Y ), пусть

Т ( е ): Т ( Х ) → Т ( Y )

- то же самое отображение, что и f, рассматриваемое как отображение между соответствующими пространствами Александрова. Тогда T ( f ) - непрерывное отображение .

Наоборот, дано непрерывное отображение

г : X → Y

между двумя топологическими пространствами, пусть

W ( г ): W ( X ) → W ( Y )

- то же самое отображение, что и f, рассматриваемое как отображение между соответствующими предварительно упорядоченными наборами. Тогда W ( g ) - монотонная функция.

Таким образом, отображение между двумя заранее упорядоченными множествами является монотонным тогда и только тогда, когда оно является непрерывным отображением между соответствующими Александровскими дискретными пространствами. Наоборот, отображение между двумя Александров-дискретными пространствами непрерывно тогда и только тогда, когда оно является монотонной функцией между соответствующими предварительно упорядоченными множествами.

Обратите внимание, однако, что в случае топологий, отличных от топологии Александрова, мы можем иметь отображение между двумя топологическими пространствами, которое не является непрерывным, но, тем не менее, все еще является монотонной функцией между соответствующими предварительно упорядоченными наборами. (Чтобы убедиться в этом, рассмотрим недискретное пространство X и тождественное отображение i : X → T ( W ( X )).)

Теоретико-категориальное описание эквивалентности

Пусть Set обозначает категорию множеств и отображений . Пусть Top обозначит категорию топологических пространств и непрерывных отображения ; и пусть Pro обозначает категорию предварительно упорядоченных множеств и монотонных функций . Затем

T : Pro → Сверху и

W : сверху → Pro

- конкретные функторы над Set, которые являются левым и правым сопряженными соответственно.

Пусть Alx обозначать полную подкатегорию из Top , состоящая из Александрова-дискретных пространств. Тогда ограничения

T : Pro → Alx и

W : Alx → Pro

являются обратными конкретными изоморфизмами над Set .

Alx является фактически BICO-отражательной подкатегориями из Top с BICO-рефлектор Т ◦ W : Вверх → Alx . Это означает, что для топологического пространства X тождественное отображение

я : Т ( W ( X )) → X

непрерывно и для всякого непрерывного отображения

е : Y → X

где Y - Александров-дискретное пространство, композиция

i ⁻¹ ◦ f : Y → T ( W ( X ))

непрерывно.

Связь с построением модальных алгебр из модальных фреймов

Учитывая предупорядоченное множество Х , то внутренний оператор и оператор замыкания из T ( X ) задаются следующим образом:

Int ( S ) = { x ∈ X: для всех y ∈ X из x ≤ y следует y ∈ S}, и

Cl ( S ) = { x ∈ X: существует y ∈ S такой, что x ≤ y }

для всех S ⊆ X.

С учетом внутреннего оператором и оператором замыкания быть модальными операторами на множестве мощности булевой алгебры в X , эта конструкция представляет собой частный случай построения модальной алгебры из модального кадра , т.е. из набора с одним бинарным отношением . (Последняя конструкция сама по себе является частным случаем более общей конструкции комплексной алгебры из реляционной структуры, т. Е. Множества с определенными на нем отношениями.) Класс модальных алгебр, который мы получаем в случае предварительно упорядоченного множества, - это класс из внутренних алгебр -The алгебраических абстракций топологических пространств.

История

Пространства Александрова были впервые введены в 1937 г. П.С. Александровым под названием дискретные пространства , где он дал характеризацию в терминах множеств и окрестностей. Позднее название дискретных пространств стало использоваться для топологических пространств, в которых каждое подмножество открыто, а исходная концепция была забыта в топологической литературе. С другой стороны, пространства Александрова сыграли важную роль в пионерских исследованиях Эйстейна Оре систем замыкания и их взаимосвязи с теорией решетки и топологией.

С развитием категориальной топологии в 1980-х годах пространства Александрова были заново открыты, когда концепция конечного поколения была применена к общей топологии и для них было принято название конечно порожденные пространства . Примерно в то же время пространства Александрова были заново открыты в контексте топологий, возникших на основе денотационной семантики и теории предметной области в информатике .

В 1966 году Майкл МакКорд и А.К. Штайнер независимо друг от друга наблюдали эквивалентность частично упорядоченных множеств и пространств, которые были в точности версиями T ₀ пространств, введенных Александровым. П.Т. Джонстон называл такие топологии топологиями Александрова . FG Arenas независимо предложил это название для общей версии этих топологий. МакКорд также показали , что эти пространства слабой гомотопической эквивалентны в порядке комплекса соответствующего частично упорядоченного множества. Штейнер продемонстрировал, что эквивалентность - это контравариантный решеточный изоморфизм, сохраняющий произвольные встречи и соединения, а также дополнение.

Также хорошо известен результат в области модальной логики, что существует эквивалентность между конечными топологическими пространствами и предпорядками на конечных множествах (конечные модальные шкалы для модальной логики S4 ). А. Гжегорчик заметил, что это распространяется на эквивалентность между тем, что он называл полностью дистрибутивными пространствами и предпорядками. К. Натурман заметил, что эти пространства были Александров-дискретными пространствами, и распространил результат на теоретико-категориальную эквивалентность между категорией Александров-дискретных пространств и (открытых) непрерывных отображений и категорией предпорядков и (ограниченных) монотонных отображений, предоставление предварительных характеристик, а также внутренних и закрывающих алгебраических характеристик.

Систематическое исследование этих пространств с точки зрения общей топологии, которой пренебрегли с тех пор, как оригинальная статья Александрова была занята Ф.Г. Аренасом.

Смотрите также

P -пространство , пространство, удовлетворяющее более слабому условию, что счетные пересечения открытых множеств открыты.

Languages

In other projects