الأساس (الطوبولوجيا)
في الرياضيات ، الأساس (أو الأساس ؛ الجمع : الأسس ) للطوبولوجيافضاء طوبولوجيهي عائلةمن المجموعات الفرعية المفتوحة لـبحيث تكون كل مجموعة مفتوحة في الطوبولوجيا مساوية لاتحاد بعض العائلات الفرعية منعلى سبيل المثال، مجموعة جميع الفترات المفتوحة في خط الأعداد الحقيقيةيُعد أساسًا للطوبولوجيا الإقليدية علىلأن كل فترة مفتوحة هي مجموعة مفتوحة، وكذلك كل مجموعة جزئية مفتوحة منيمكن كتابتها كاتحاد لبعض عائلة الفترات المفتوحة.
تُعدّ القواعد أساسية في علم الطوبولوجيا. غالبًا ما يكون وصف واستخدام المجموعات المكونة لقاعدة طوبولوجية، والتي تُسمى المجموعات المفتوحة الأساسية ، أسهل من وصف واستخدام المجموعات المفتوحة العشوائية. [ 1 ] يمكن التحقق من العديد من التعريفات الطوبولوجية المهمة، مثل الاستمرارية والتقارب ، باستخدام المجموعات المفتوحة الأساسية فقط بدلًا من المجموعات المفتوحة العشوائية. تمتلك بعض الطوبولوجيات قاعدة من المجموعات المفتوحة ذات خصائص مفيدة محددة قد تُسهّل التحقق من هذه التعريفات الطوبولوجية.
ليست كل عائلات المجموعات الجزئية لمجموعة ماتشكيل أساس لطوبولوجيا علىفي ظل بعض الشروط المفصلة أدناه، ستشكل عائلة من المجموعات الجزئية أساسًا لطوبولوجيا (فريدة) علىتُستخلص هذه المجموعات من خلال جمع جميع الاتحادات الممكنة للعائلات الفرعية. وتُستخدم هذه العائلات من المجموعات بكثرة لتعريف الطوبولوجيا. وهناك مفهوم أضعف مرتبط بالقواعد، وهو مفهوم القاعدة الفرعية للطوبولوجيا. كما ترتبط قواعد الطوبولوجيا ارتباطًا وثيقًا بقواعد الجوار .
التعريف والخصائص الأساسية
بالنظر إلى فضاء طوبولوجي، قاعدة [ 2 ] (أو قاعدة [ 3 ] ) للطوبولوجيا(يُطلق عليه أيضًا قاعدة لـ(إذا تم فهم الطوبولوجيا) هي عائلةمن المجموعات المفتوحة بحيث يمكن تمثيل كل مجموعة مفتوحة في الطوبولوجيا كاتحاد لبعض العائلات الفرعية من[ ملاحظة 1 ] عناصرتُسمى هذه المجموعات بالمجموعات المفتوحة الأساسية . أو بعبارة أخرى، عائلةمن مجموعات فرعية منيشكل أساسًا للطوبولوجياإذا وفقط إذاولكل مجموعة مفتوحةفيوأشرهناك بعض المجموعات المفتوحة الأساسيةبحيث.
على سبيل المثال، تشكل مجموعة جميع الفترات المفتوحة في خط الأعداد الحقيقية أساسًا للطوبولوجيا القياسية على الأعداد الحقيقية. وبشكل أعم، في الفضاء المتريمجموعة جميع الكرات المفتوحة حول نقاطيشكل أساسًا للطوبولوجيا.
بشكل عام، الفضاء الطوبولوجييمكن أن يكون لها قواعد متعددة. البنية الطوبولوجية بأكملهاهي دائماً أساس لنفسها (أي،وهي قاعدة لـبالنسبة لخط الأعداد الحقيقية، تُشكّل مجموعة جميع الفترات المفتوحة أساسًا للطوبولوجيا. وكذلك مجموعة جميع الفترات المفتوحة ذات النهايات النسبية، أو مجموعة جميع الفترات المفتوحة ذات النهايات غير النسبية، على سبيل المثال. لاحظ أنه ليس بالضرورة أن تشترك قاعدتان مختلفتان في أي مجموعة مفتوحة أساسية. إحدى الخصائص الطوبولوجية للفضاء هييمثل الحد الأدنى لعدد عناصر القاعدة بالنسبة لطوبولوجيتها، ويسمى وزنها .ورمزت إلىمن الأمثلة المذكورة أعلاه، يتضح أن خط الأعداد الحقيقية له وزن قابل للعد.
لويشكل أساسًا للطوبولوجيامساحة، فهي تحقق الخصائص التالية: [ 4 ]
- (ب1) عناصرغطاءأي، كل نقطةينتمي إلى عنصر من.
- (ب2) لكلوكل نقطةيوجد بعضبحيث.
الخاصية (ب1) تتوافق مع حقيقة أنهي مجموعة مفتوحة؛ الخاصية (B2) تتوافق مع حقيقة أنهي مجموعة مفتوحة.
على العكس من ذلك، لنفترضهي مجرد مجموعة بدون أي بنية طوبولوجية وهي عائلة من المجموعات الفرعية منتحقيق الخاصيتين (B1) و(B2). ثمهي أساس للطوبولوجيا التي تولدها. بتعبير أدق، ليكنلتكن عائلة جميع المجموعات الجزئية منالتي هي اتحادات لعائلات فرعية من ثمهي طوبولوجيا علىووهي قاعدة لـ[ 5 ] ( رسم تخطيطي:تُعرّف الطوبولوجيا لأنها مستقرة تحت أي اتحاد بحكم بنائها، ومستقرة تحت التقاطعات المحدودة وفقًا لـ (B2)، وتحتوي علىبواسطة (B1)، وتحتوي على المجموعة الفارغة كاتحاد للعائلة الفرعية الفارغة منالعائلةثم يصبح قاعدة لـ(بحسب التصميم.) تعد هذه العائلات من المجموعات طريقة شائعة جدًا لتعريف الطوبولوجيا.
بشكل عام، إذاهي مجموعة وهي مجموعة عشوائية من المجموعات الفرعية لـيوجد أصغر شكل طوبولوجي (فريد)علىيحتوي على(هذه الطوبولوجيا هي تقاطع جميع الطوبولوجيات علىيحتوي على.) الطوبولوجيايُطلق عليها اسم الطوبولوجيا المتولدة بواسطة، ويُطلق عليه اسم قاعدة فرعية لـالطوبولوجيايتكون منبالإضافة إلى جميع الاتحادات التعسفية للتقاطعات المحدودة لعناصر(انظر المقال حول الطبقة التحتية ). الآن، إذاكما أنها تحقق الخاصيتين (B1) و(B2)، والطوبولوجيا الناتجة عنيمكن وصفها بطريقة أبسط دون الحاجة إلى ذكر التقاطعات:هي مجموعة جميع اتحادات عناصر(ووهي قاعدة لـفي تلك الحالة).
غالباً ما توجد طريقة سهلة للتحقق من الشرط (B2). إذا كان تقاطع أي عنصرين منهو نفسه عنصر منأو إذا كانت فارغة، فإن الشرط (B2) يتحقق تلقائيًا (عن طريق أخذعلى سبيل المثال، تقبل الطوبولوجيا الإقليدية على المستوى مجموعة جميع المستطيلات المفتوحة ذات الأضلاع الأفقية والرأسية كأساس، كما أن التقاطع غير الفارغ لمجموعتين مفتوحتين أساسيتين من هذا النوع هو أيضًا مجموعة مفتوحة أساسية. لكن هناك أساس آخر لنفس الطوبولوجيا وهو مجموعة جميع الأقراص المفتوحة؛ وهنا يكون شرط الاكتمال (B2) ضروريًا.
مثال على مجموعة من المجموعات المفتوحة التي لا تشكل أساسًا هو المجموعةمن جميع الفترات شبه اللانهائية من الأشكالومعالطوبولوجيا الناتجة عنيحتوي على جميع الفترات المفتوحة، لذلكيُنشئ هذا النظام الطوبولوجيا القياسية على خط الأعداد الحقيقية. لكنهي مجرد قاعدة فرعية للطوبولوجيا، وليست قاعدة: فترة مفتوحة محدودةلا يحتوي على أي عنصر من(وبالتالي، فإن الخاصية (B2) لا تنطبق).
أمثلة
المجموعةمن بين جميع الفترات المفتوحة فييشكل أساسًا للطوبولوجيا الإقليدية على.
عائلة غير فارغة من المجموعات الجزئية لمجموعةأي أنها مغلقة تحت التقاطعات المحدودة لمجموعتين أو أكثر، وهو ما يسمى بـ-النظام قيد التشغيل، هي بالضرورة أساس لطوبولوجيا علىإذا وفقط إذا كان يغطيبحسب التعريف، كل جبر سيجما ، وكل مرشح (وبالتالي على وجه الخصوص، كل مرشح جوار )، وكل طوبولوجيا هي تغطية-نظام، وبالتالي أساس للطوبولوجيا. في الواقع، إذاهو فلتر علىثمهي طوبولوجيا علىويُعدّ أساسًا لذلك. لا يشترط أن يكون أساس الطوبولوجيا مغلقًا تحت التقاطعات المحدودة، والعديد منها ليس كذلك. ومع ذلك، تُعرَّف العديد من الطوبولوجيات بأسس مغلقة أيضًا تحت التقاطعات المحدودة. على سبيل المثال، كل عائلة من العائلات التالية من المجموعات الجزئية لـتكون مغلقة تحت التقاطعات المحدودة، وبالتالي يشكل كل منها أساسًا لبعض الطوبولوجيا على:
- المجموعةمن بين جميع الفترات المفتوحة المحدودة فييُنشئ الطوبولوجيا الإقليدية المعتادة على.
- المجموعةمن بين جميع الفترات المغلقة المحدودة فييُنشئ الطوبولوجيا المنفصلة علىوبالتالي فإن الطوبولوجيا الإقليدية هي مجموعة جزئية من هذه الطوبولوجيا. وذلك على الرغم من حقيقة أنليست مجموعة فرعية منوبالتالي، فإن البنية الطوبولوجية الناتجة عن، وهو ما يُعرف بالطوبولوجيا الإقليدية على، وهي أكثر خشونة من الطوبولوجيا التي تم إنشاؤها بواسطةفي الواقع، هو أكثر خشونة بشكل واضح لأنتحتوي على مجموعات مضغوطة غير فارغة لا تكون مفتوحة أبدًا في الطوبولوجيا الإقليدية.
- المجموعةمن بين جميع الفترات فيبحيث يكون طرفا الفترة أعدادًا نسبية، ينتج نفس البنية الطوبولوجية كماويظل هذا صحيحًا إذا كان كل مثال للرمزيتم استبدالها بـ.
- ينتج عنها بنية طوبولوجية أكثر خشونة من البنية الطوبولوجية التي ينتجهالا يوجد عنصر منمفتوح في الطوبولوجيا الإقليدية على.
- تُنتج هذه الطريقة طوبولوجيا أكثر خشونة من كل من الطوبولوجيا الإقليدية والطوبولوجيا التي تُنتجهاالمجموعاتومنفصلة، ولكن مع ذلكهي مجموعة فرعية من الطوبولوجيا التي تم إنشاؤها بواسطة.
الكائنات المعرفة بدلالة القواعد
- تسمح طوبولوجيا الترتيب على مجموعة مرتبة كليًا بمجموعة من المجموعات الشبيهة بالفترات المفتوحة كأساس.
- في الفضاء المتري ، تشكل مجموعة جميع الكرات المفتوحة أساسًا للطوبولوجيا.
- تعتمد الطوبولوجيا المنفصلة على مجموعة جميع العناصر الفردية كأساس.
- الفضاء الثاني القابل للعد هو الفضاء الذي له قاعدة قابلة للعد .
تتميز طوبولوجيا زاريسكي على طيف الحلقة بقاعدة تتكون من مجموعات مفتوحة ذات خصائص مفيدة محددة. بالنسبة للقاعدة المعتادة لهذه الطوبولوجيا، فإن كل تقاطع منتهٍ للمجموعات المفتوحة الأساسية هو مجموعة مفتوحة أساسية.
- طوبولوجيا زاريسكي لـهي الطوبولوجيا التي تكون فيها المجموعات الجبرية مجموعات مغلقة. ولها قاعدة تتكون من مكملات المجموعات للأسطح الجبرية الفائقة .
- إن طوبولوجيا زاريسكي لطيف الحلقة (مجموعة المثاليات الأولية ) لها أساس بحيث يتكون كل عنصر من جميع المثاليات الأولية التي لا تحتوي على عنصر معين من الحلقة.
النظريات
- الطوبولوجياأدق من الطوبولوجياإذا وفقط إذا كان لكلوكل مجموعة مفتوحة أساسيةليحتوي على، هناك مجموعة مفتوحة أساسية منيحتوي علىوالموجودة في.
- لوهي أساسات للطوبولوجياثم مجموعة جميع المنتجات المحددةمع كليشكل أساسًا لبنية المنتجفي حالة المنتج اللانهائي، ينطبق هذا الأمر أيضاً، باستثناء أن جميع العناصر الأساسية باستثناء عدد محدود منها يجب أن تكون الفضاء بأكمله.
- يترككن قاعدة لـودعليكن فضاءً جزئياً منثم إذا قمنا بتقاطع كل عنصر منمع، تشكل المجموعة الناتجة من المجموعات أساسًا للفضاء الجزئي.
- إذا كانت دالةتُحدد الخرائط كل مجموعة مفتوحة أساسية منفي مجموعة مفتوحة منإنها خريطة مفتوحة . وبالمثل، إذا كانت كل صورة عكسية لمجموعة مفتوحة أساسية منمفتوح في، ثممتصل .
- هي أساس للفضاء الطوبولوجيإذا وفقط إذا كانت المجموعة الفرعية من العناصروالتي تحتويتكوين قاعدة محلية في، لأي نقطة.
قاعدة للمجموعات المغلقة
تُعدّ المجموعات المغلقة بارعةً بنفس القدر في وصف طوبولوجيا الفضاء. ولذلك، يوجد مفهوم مزدوج للأساس للمجموعات المغلقة في الفضاء الطوبولوجي. بالنظر إلى فضاء طوبولوجيعائلةتشكل مجموعة من المجموعات المغلقة أساسًا للمجموعات المغلقة إذا وفقط إذا كان لكل مجموعة مغلقةوكل نقطةليس فييوجد عنصر منيحتوي علىلكن لا تحتوي على عائلةهي أساس للمجموعات المغلقة منإذا وفقط إذا كان ثنائيها فيتلك هي العائلةمن أعضاء، هي قاعدة للمجموعات المفتوحة لـ
يترككن أساسًا للمجموعات المغلقة منثم
- لكلالاتحادهو تقاطع بعض العائلات الفرعية من(أي، لأيليس فيهناك بعضيحتوي علىولا يحتوي على).
أي مجموعة من المجموعات الجزئية لمجموعةإن استيفاء هذه الخصائص يشكل أساسًا للمجموعات المغلقة في طوبولوجيا علىالمجموعات المغلقة لهذه الطوبولوجيا هي تحديدًا تقاطعات عناصر
في بعض الحالات، يكون من الأنسب استخدام قاعدة للمجموعات المغلقة بدلاً من المجموعات المفتوحة. على سبيل المثال، يكون الفضاء منتظمًا تمامًا إذا وفقط إذا كانت المجموعات الصفرية تُشكّل قاعدة للمجموعات المغلقة. بالنظر إلى أي فضاء طوبولوجيتشكل المجموعات الصفرية الأساس للمجموعات المغلقة لبعض الطوبولوجيا علىستكون هذه الطوبولوجيا أفضل طوبولوجيا منتظمة تمامًا علىأكثر خشونة من الأصل. وبالمثل، فإن طوبولوجيا زاريسكي علىيتم تعريفها من خلال أخذ مجموعات الأصفار للدوال متعددة الحدود كأساس للمجموعات المغلقة.
الوزن والشخصية
سنعمل مع المفاهيم التي تم وضعها في ( إنجلكينج 1989 ، ص 12، ص 127-128) .
يصلحفضاء طوبولوجي. هنا، الشبكة عبارة عن عائلةمن المجموعات، والتي، بالنسبة لجميع النقاطوالأحياء المفتوحة U التي تحتوي، يوجدفيوالتيلاحظ أنه على عكس الأساس، فإن المجموعات في الشبكة لا يلزم أن تكون مفتوحة.
نحدد الوزن ،، باعتبارها الحد الأدنى لعدد عناصر الأساس؛ نُعرّف وزن الشبكة ،، باعتباره الحد الأدنى لعدد عناصر الشبكة؛ وخصائص النقطة ،كحد أدنى لعدد السكان في أساس الجوار لـفيوشخصيةيكون
يكمن الهدف من حساب الحرف والوزن في تحديد أنواع القواعد والقواعد المحلية الممكنة. لدينا الحقائق التالية:
- .
- لوإذا كانت منفصلة،.
- لوهو هاوسدورف، إذنتكون محدودة إذا وفقط إذاهي مجموعة منفصلة محدودة.
- لويشكل أساسًا لـإذن هناك أساسمن الحجم
- لويُعد أساسًا للحي لـفيثم هناك أساس الجوارمن الحجم
- لوإذا كان تطبيقًا شاملاً متصلاً،(ببساطة ضع في اعتبارك-شبكةلكل أساسل.)
- لوإذا كانت هاوسدورف، فإنه يوجد طوبولوجيا هاوسدورف أضعفلهذا السبب.لذا من باب أولى ، إذاإذا كانت متراصة أيضًا، فإن هذه البنى الطوبولوجية تتطابق، وبالتالي، بالإضافة إلى الحقيقة الأولى، لدينا.
- لوخريطة شاملة متصلة من فضاء متري مضغوط إلى فضاء هاوسدورف ، ثممضغوط وقابل للقياس.
الحقيقة الأخيرة تنبع منكونها هاوسدورف المدمجة، وبالتالي(بما أن الفضاءات المترية المدمجة قابلة للعد من الدرجة الثانية بالضرورة)؛ بالإضافة إلى حقيقة أن فضاءات هاوسدورف المدمجة قابلة للقياس تحديدًا إذا كانت قابلة للعد من الدرجة الثانية. (ومن تطبيقات ذلك، على سبيل المثال، أن كل مسار في فضاء هاوسدورف يكون متريًا مدمجًا).
سلاسل متزايدة من المجموعات المفتوحة
باستخدام الرموز المذكورة أعلاه، افترض أنإذا كان هناك عدد أصلي لانهائي، فلا توجد متتالية متزايدة تمامًا من المجموعات المفتوحة (أو متتالية متناقصة تمامًا من المجموعات المغلقة) بطول.
لإثبات ذلك (بدون مسلمة الاختيار)، ثبت كأساس للمجموعات المفتوحة. ولنفترض، على العكس من ذلك، أن كانت عبارة عن سلسلة متزايدة تمامًا من المجموعات المفتوحة. هذا يعني
ل يمكننا استخدام الأساس لإيجاد بعضمعفيوبهذه الطريقة يمكننا تحديد خريطة بشكل جيد.رسم خريطة لكلإلى أدنى حدوالتيويلتقي
هذه الخريطة حقنية، وإلا لكانت هناكمعمما يعني ضمناًولكنه يلبي أيضاً وهذا تناقض. لكن هذا من شأنه أن يدل على أن، وهو تناقض.
انظر أيضاً
ملحوظات
مراجع
- ^ آدامز وفرانزوزا 2009 ، ص 46-56.
- ↑ ويلارد 2004 ، التعريف 5.1؛ إنجلكينج 1989 ، ص 12؛ بورباكي 1989 ، التعريف 6، ص 21؛ أرخانجيلسكي وبونوماريف 1984 ، ص 40.
- ↑ دوجوندجي 1966 ، التعريف 2.1، ص 64.
- ↑ ويلارد 2004 ، النظرية 5.3؛ إنجلكينج 1989 ، ص. 12.
- ↑ ويلارد 2004 ، النظرية 5.3؛ إنجلكينج 1989 ، الاقتراح 1.2.1.
فهرس
- آدامز، كولين ؛ فرانزوزا، روبرت (2009). مقدمة في علم الطوبولوجيا: النظرية والتطبيقية . نيودلهي: بيرسون للتعليم. ISBN 978-81-317-2692-1. OCLC 789880519 .
- أرخانجيلسكي، أ. ف .؛ بونوماريف، ف. إ. (1984). أساسيات الطوبولوجيا العامة: مسائل وتمارين . الرياضيات وتطبيقاتها. المجلد 13. ترجمة من الروسية بقلم ف. ك. جاين. دوردريخت: دار نشر د. ريدل. Zbl 0568.54001 .
- بورباكي، نيكولا (1989) [1966]. الطوبولوجيا العامة: الفصول من 1 إلى 4 [ Topologie Générale ] . عناصر الرياضيات . برلين نيويورك: سبرينغر للعلوم والإعلام التجاري. دوى : 10.1007/978-3-642-61701-0 . رقم ISBN 978-3-540-64241-1. OCLC 18588129 .
- دوجوندجي، جيمس (1966). الطوبولوجيا . بوسطن: ألين وبيكون. ISBN 978-0-697-06889-7. OCLC 395340485 .
- إنجلكينج، ريزارد (1989). طوبولوجيا عامة . برلين: دار هيلديرمان. رقم ISBN 3-88538-006-4.
- ويلارد، ستيفن (2004) [1970]. الطوبولوجيا العامة . مينولا، نيويورك : منشورات دوفر . ISBN 978-0-486-43479-7. OCLC 115240 .
- الطوبولوجيا العامة
