مجموعة مفتوحة

مثال: تمثل الدائرة الزرقاء مجموعة النقاط ( س ، ص ) التي تحقق المعادلة س² + ص² = ر² . ويمثل القرص الأحمر مجموعة النقاط ( س ، ص ) التي تحقق المعادلة س² + ص² < ر² . المجموعة الحمراء مجموعة مفتوحة ، والمجموعة الزرقاء هي حدودها ، واتحاد المجموعتين الحمراء والزرقاء مجموعة مغلقة .

في علم الطوبولوجيا العامة والتحليل الرياضي ، تعتبر المجموعة المفتوحة تعميمًا لفترة مفتوحة في خط الأعداد الحقيقية .

في الفضاء المتري ( مجموعة ذات مسافة محددة بين كل نقطتين)، فإن المجموعة المفتوحة هي مجموعة تحتوي، مع كل نقطة P فيها، على جميع نقاط الفضاء المتري القريبة بما فيه الكفاية من P (أي جميع النقاط التي تكون المسافة بينها وبين P أقل من قيمة معينة تعتمد على P ).

بشكلٍ أعم، تُعرَّف المجموعة المفتوحة بأنها عنصرٌ من مجموعةٍ جزئيةٍ مُعطاةٍ من مجموعةٍ مُعطاة، وهي مجموعةٌ تتميز باحتوائها على كل اتحادٍ لعناصرها، وكل تقاطعٍ منتهٍ لعناصرها، والمجموعة الفارغة ، والمجموعة الكاملة نفسها. تُسمى المجموعة التي تحتوي على مثل هذه المجموعة فضاءً طوبولوجيًا ، وتُسمى المجموعة طوبولوجيا . هذه الشروط مرنةٌ للغاية، وتُتيح مرونةً هائلةً في اختيار المجموعات المفتوحة. على سبيل المثال، يُمكن أن تكون كل مجموعةٍ جزئيةٍ مفتوحةً ( الطوبولوجيا المنفصلة )، أو لا يُمكن أن تكون أي مجموعةٍ جزئيةٍ مفتوحةً باستثناء الفضاء نفسه والمجموعة الفارغة ( الطوبولوجيا غير المنفصلة ). [ 1 ]

لكن عمليًا، تُختار المجموعات المفتوحة عادةً لتوفير مفهوم للقرب مشابه لمفهوم الفضاءات المترية، دون تعريف مفهوم المسافة. وعلى وجه الخصوص، تسمح الطوبولوجيا بتعريف خصائص مثل الاستمرارية والترابط والتراص ، والتي كانت تُعرَّف في الأصل باستخدام المسافة.

أكثر حالات الطوبولوجيا شيوعًا التي لا تُعرَّف فيها المسافة هي حالة المتشعبات ، وهي فضاءات طوبولوجية تُشبه، بالقرب من كل نقطة، مجموعة مفتوحة في فضاء إقليدي ، ولكن لا تُعرَّف فيها المسافة بشكل عام. تُستخدم طوبولوجيات أقل وضوحًا في فروع أخرى من الرياضيات؛ على سبيل المثال، طوبولوجيا زاريسكي ، التي تُعدّ أساسية في الهندسة الجبرية ونظرية المخططات .

تحفيز

بشكل بديهي، توفر المجموعة المفتوحة طريقةً لتمييز نقطتين . على سبيل المثال، إذا وُجدت حول إحدى نقطتين في فضاء طوبولوجي مجموعة مفتوحة لا تحتوي على النقطة الأخرى (المميزة)، فإن النقطتين تُوصفان بأنهما قابلتان للتمييز طوبولوجيًا . وبهذه الطريقة، يمكن الحديث عما إذا كانت نقطتان، أو بشكل أعم مجموعتان جزئيتان ، من فضاء طوبولوجي "متقاربتين" دون تحديد مسافة محددة . لذلك، يمكن اعتبار الفضاءات الطوبولوجية تعميمًا للفضاءات المزودة بمفهوم المسافة، والتي تُسمى الفضاءات المترية .

في مجموعة الأعداد الحقيقية ، يوجد المقياس الإقليدي الطبيعي ؛ أي دالة تقيس المسافة بين عددين حقيقيين: d ( x , y ) = | x - y | . بالتالي، عند إعطاء عدد حقيقي x ، يمكننا الحديث عن مجموعة جميع النقاط القريبة من هذا العدد الحقيقي؛ أي ضمن نطاق ε من x . في جوهرها، تُقارب النقاط الواقعة ضمن نطاق ε من x قيمة x بدقة من الدرجة ε . لاحظ أن ε > 0 دائمًا، ولكن كلما صغرت قيمة ε ، نحصل على نقاط تُقارب قيمة x بدقة متزايدة. على سبيل المثال، إذا كانت x = 0 و ε = 1، فإن النقاط الواقعة ضمن نطاق ε من x هي تحديدًا نقاط الفترة ( -1، 1). أي مجموعة جميع الأعداد الحقيقية بين -1 و1. مع ذلك، عندما تكون قيمة ε تساوي 0.5، فإن النقاط الواقعة ضمن نطاق ε من x هي تحديدًا النقاط (-0.5، 0.5). من الواضح أن هذه النقاط تُقارب قيمة x بدقة أكبر مما هي عليه عندما تكون ε تساوي 1.

تُظهر المناقشة السابقة، في حالة x = 0، أنه يُمكن تقريب قيمة x بدقة متزايدة بتعريف قيمة ε لتكون أصغر فأصغر. على وجه الخصوص، تُعطينا المجموعات من الشكل (− ε , ε ) معلوماتٍ وافرة عن النقاط القريبة من x = 0. وبالتالي، بدلاً من الحديث عن مقياس إقليدي مُحدد، يُمكن استخدام المجموعات لوصف النقاط القريبة من x . لهذه الفكرة المُبتكرة آثارٌ بعيدة المدى؛ فعلى وجه الخصوص، من خلال تعريف مجموعات مُختلفة من المجموعات التي تحتوي على 0 (مُختلفة عن المجموعات (− ε , ε ))، يُمكن التوصل إلى نتائج مُختلفة فيما يتعلق بالمسافة بين 0 والأعداد الحقيقية الأخرى. على سبيل المثال، إذا عرّفنا R على أنها المجموعة الوحيدة المُناسبة "لقياس المسافة"، فستكون جميع النقاط قريبة من 0، حيث لا توجد سوى درجة دقة واحدة يُمكن تحقيقها في تقريب 0: وهي أن تكون النقطة عضوًا في R. وهكذا، نجد أنه بمعنى ما، كل عدد حقيقي يبعد مسافة 0 عن 0. وقد يكون من المفيد في هذه الحالة التفكير في المقياس على أنه حالة ثنائية: جميع الأشياء في R قريبة بنفس القدر من 0، بينما أي عنصر ليس في R ليس قريبًا من 0.

بشكل عام، يُشار إلى مجموعة المجموعات التي تحتوي على الصفر، والمستخدمة لتقريب الصفر، باسم " قاعدة الجوار" ؛ ويُطلق على أي عنصر من عناصر قاعدة الجوار هذه اسم "المجموعة المفتوحة". في الواقع، يمكن تعميم هذه المفاهيم لتشمل أي مجموعة ( X )، وليس فقط الأعداد الحقيقية. في هذه الحالة، عند تحديد نقطة ( x ) من تلك المجموعة، يمكن تعريف مجموعة من المجموعات "حول" (أي التي تحتوي على) x ، والمستخدمة لتقريب x . بالطبع، يجب أن تستوفي هذه المجموعة خصائص معينة (تُعرف باسم البديهيات )، وإلا فلن يكون لدينا طريقة محددة جيدًا لقياس المسافة. على سبيل المثال، يجب أن تُقارب كل نقطة في X قيمة x بدرجة معينة من الدقة. وبالتالي، يجب أن تنتمي X إلى هذه المجموعة. بمجرد أن نبدأ في تعريف مجموعات "أصغر" تحتوي على x ، نميل إلى تقريب x بدرجة أكبر من الدقة. مع وضع ذلك في الاعتبار، يمكن تعريف البديهيات المتبقية التي يجب أن تستوفيها مجموعة المجموعات المحيطة بـ x .

التعريفات

تُقدَّم هنا عدة تعريفات، مرتبة تصاعدياً حسب درجة التخصص. كل تعريف منها حالة خاصة من التعريف الذي يليه.

الفضاء الإقليدي

مجموعة فرعيةيو{\displaystyle U}تكون الفضاءات الإقليدية ذات البعد R مفتوحة إذا كان لكل نقطة x فييو{\displaystyle U}يوجد عدد حقيقي موجب ε (يعتمد على x ) بحيث أن أي نقطة في R n التي تكون المسافة الإقليدية بينها وبين x أصغر من ε تنتمي إلىيو{\displaystyle U}[ 2 ] أو بصورة مكافئة، مجموعة جزئيةيو{\displaystyle U}تكون R n مفتوحة إذا كانت كل نقطة فيهايو{\displaystyle U}هو مركز كرة مفتوحة محصورة فييو.{\displaystyle U.}

مثال على مجموعة فرعية من R غير مفتوحة هو الفترة المغلقة [ 0,1 ] ، حيث أن 0 - ε ولا 1 + ε لا ينتميان إلى [ 0,1 ] لأي ε > 0 ، مهما كانت صغيرة.

المساحة المترية

تُسمى المجموعة الجزئية U من الفضاء المتري ( M , d ) مفتوحة إذا كان، لأي نقطة x في U ، يوجد عدد حقيقي ε > 0 بحيث أي نقطةyم{\displaystyle y\in M}النقطة التي تحقق الشرط d ( x , y ) < ε تنتمي إلى U. وبصورة مكافئة، تكون U مفتوحة إذا كانت كل نقطة في U لها جوار موجود في U.

هذا يعمم مثال الفضاء الإقليدي، لأن الفضاء الإقليدي مع المسافة الإقليدية هو فضاء متري.

الفضاء الطوبولوجي

الطوبولوجياτ{\displaystyle \tau }على مجموعة توجد مجموعة من المجموعات الجزئية من X ذات الخصائص التالية:

  • Xτ{\displaystyle X\in \tau }وτ{\displaystyle \varnothing \in \tau }.
  • أي اتحاد للمجموعات فيτ{\displaystyle \tau }ينتمي إلىτ{\displaystyle \tau }: لو{يوأنا:أناأنا}τ{\displaystyle \left\{U_{i}:i\in I\right\}\subseteq \tau }ثمأناأنايوأناτ.{\displaystyle \bigcup _{i\in I}U_{i}\in \tau \,.}
  • أي تقاطع محدود للمجموعات فيτ{\displaystyle \tau }ينتمي إلىτ{\displaystyle \tau }: لعدد صحيح موجبن{\displaystyle n}، لويو1،...،يونτ{\displaystyle U_{1},\ldots ,U_{n}\in \tau }ثميو1يونτ.{\displaystyle U_{1}\cap \cdots \cap U_{n}\in \tau \,.}

كل عضو منτ{\displaystyle \tau }تُسمى مجموعة مفتوحة . [ 3 ] المجموعة X معτ{\displaystyle \tau }يُطلق عليه اسم الفضاء الطوبولوجي .

لا يشترط أن تكون التقاطعات اللانهائية للمجموعات المفتوحة مفتوحة. على سبيل المثال، تقاطع جميع الفترات من الشكل(-1/ن،1/ن)،{\displaystyle \left(-1/n,1/n\right),}أينن{\displaystyle n}هو عدد صحيح موجب، و هي المجموعة{0}{\displaystyle \{0\}}، وهو غير مفتوح في الخط الحقيقي.

الفضاء المتري هو فضاء طوبولوجي، تتكون طوبولوجيته من مجموعة جميع المجموعات الجزئية التي هي اتحادات للكرات المفتوحة. ومع ذلك، توجد فضاءات طوبولوجية ليست فضاءات مترية.

ملكيات

اتحاد أي عدد من المجموعات المفتوحة، أو عدد لا نهائي منها، هو مجموعة مفتوحة. [ 4 ] تقاطع عدد محدود من المجموعات المفتوحة هو مجموعة مفتوحة . [ 4 ]

تُسمى المجموعة المُكمِّلة لمجموعة مفتوحة (بالنسبة للفضاء الذي تُعرَّف عليه الطوبولوجيا) مجموعة مغلقة . قد تكون المجموعة مفتوحة ومغلقة في آنٍ واحد ( مجموعة مفتوحة مغلقة ). تُعدّ المجموعة الفارغة والفضاء الكامل مثالين على مجموعات مفتوحة ومغلقة في الوقت نفسه. [ 5 ]

لا يمكن اعتبار أي مجموعة مفتوحة بذاتها. هذا المفهوم نسبي لمجموعة تحتوي عليها وبنية طوبولوجية محددة عليها.

يعتمد كون المجموعة مفتوحة على البنية الطوبولوجية قيد الدراسة. ولأننا فضلنا الإيجاز على الوضوح ، فإننا نشير إلى المجموعة X بأنها مزودة ببنية طوبولوجية معينة.τ{\displaystyle \tau }باعتبارها "الفضاء الطوبولوجي X " بدلاً من "الفضاء الطوبولوجي"(X،τ){\displaystyle (X,\tau )}"، على الرغم من حقيقة أن جميع البيانات الطوبولوجية موجودة فيτ.{\displaystyle \tau .}إذا وُجدت بنيتان طوبولوجيتان على نفس المجموعة، فقد لا تكون المجموعة U المفتوحة في البنية الطوبولوجية الأولى مفتوحة في البنية الطوبولوجية الثانية. على سبيل المثال، إذا كان X أي فضاء طوبولوجي و Y أي مجموعة جزئية من X ، فيمكن إعطاء المجموعة Y بنيتها الطوبولوجية الخاصة (وتُسمى "بنية الفضاء الجزئي")، والتي تُعرَّف بأنها "مجموعة U مفتوحة في بنية الفضاء الجزئي على Y إذا وفقط إذا كانت U هي تقاطع Y مع مجموعة مفتوحة من البنية الطوبولوجية الأصلية على X ". [ 6 ] وهذا قد يُؤدي إلى ظهور مجموعات مفتوحة جديدة: إذا كانت V مفتوحة في البنية الطوبولوجية الأصلية على X ، ولكنVY{\displaystyle V\cap Y}إذا لم يكن مفتوحًا في البنية الأصلية على X ،VY{\displaystyle V\cap Y}مفتوح في طوبولوجيا الفضاء الفرعي على Y.

كمثال ملموس على ذلك، إذا عُرّفت المجموعة U بأنها مجموعة الأعداد النسبية في الفترة(0،1)،{\displaystyle (0,1),}إذن ، U هي مجموعة جزئية مفتوحة من الأعداد النسبية ، ولكنها ليست من الأعداد الحقيقية . وذلك لأنه عندما تكون المجموعة المحيطة هي الأعداد النسبية، فإنه لكل نقطة x في U ، يوجد عدد موجب ε بحيث تكون جميع النقاط النسبية التي تقع على مسافة ε من x موجودة أيضًا في U. من ناحية أخرى، عندما تكون المجموعة المحيطة هي الأعداد الحقيقية، فإنه لكل نقطة x في U ، لا يوجد عدد موجب ε بحيث تكون جميع النقاط الحقيقية التي تقع على مسافة ε من x موجودة في U (لأن U لا تحتوي على أعداد غير نسبية).

الاستخدامات

تُعدّ المجموعات المفتوحة ذات أهمية أساسية في علم الطوبولوجيا . ويُعدّ هذا المفهوم ضرورياً لتحديد وفهم الفضاء الطوبولوجي وغيره من البنى الطوبولوجية التي تتعامل مع مفاهيم التقارب والتقارب في فضاءات مثل الفضاءات المترية والفضاءات المنتظمة .

تحتوي كل مجموعة جزئية A من فضاء طوبولوجي X على مجموعة مفتوحة (قد تكون فارغة)؛ وتسمى أكبر مجموعة مفتوحة (مرتبة تحت الاحتواء) من هذا النوع باطن A. ويمكن إنشاؤها بأخذ اتحاد جميع المجموعات المفتوحة الموجودة في A. [ 7 ]

وظيفةو:XY{\displaystyle f:X\to Y}بين فضاءين طوبولوجيينX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}تكون متصلة إذا كانت الصورة العكسية لكل مجموعة مفتوحة فيY{\displaystyle Y}مفتوح فيX.{\displaystyle X.}[ 8 ] الوظيفةو:XY{\displaystyle f:X\to Y}تُسمى المجموعة مفتوحة إذا كانت صورة كل مجموعة مفتوحة فيX{\displaystyle X}مفتوح فيY.{\displaystyle Y.}

تتميز المجموعة المفتوحة على خط الأعداد الحقيقية بخاصية مميزة وهي أنها اتحاد قابل للعد لفترات مفتوحة منفصلة.

أنواع خاصة من المجموعات المفتوحة

مجموعات مفتوحة ومجموعات غير مفتوحة و/أو غير مغلقة

قد تكون المجموعة مفتوحة، أو مغلقة، أو كليهما، أو لا شيء منهما. على وجه الخصوص، لا تُعدّ المجموعات المفتوحة والمغلقة متنافية، مما يعني أنه من الممكن عمومًا أن تكون مجموعة جزئية من فضاء طوبولوجي مجموعة جزئية مفتوحة ومجموعة جزئية مغلقة في الوقت نفسه. تُعرف هذه المجموعات الجزئية باسم المجموعات المفتوحة المغلقة . وبشكل أكثر تحديدًا، فإن المجموعة الجزئيةS{\displaystyle S}فضاء طوبولوجي(X،τ){\displaystyle (X,\tau )}يُطلق عليه اسم clopen إذا كان كلاهماS{\displaystyle S}ومكملهاXS{\displaystyle X\setminus S}هي مجموعات فرعية مفتوحة من(X،τ){\displaystyle (X,\tau )}أو ما يعادل ذلك، إذاSτ{\displaystyle S\in \tau }وXSτ.{\displaystyle X\setminus S\in \tau .}

في الفضاء الأنيبيولوجي(X،τ)،{\displaystyle (X,\tau ),}المجموعة الفارغة{\displaystyle \varnothing }والمجموعةX{\displaystyle X}هي نفسها دائمًا مجموعات مفتوحة ومغلقة. هاتان المجموعتان هما أشهر مثالين على المجموعات المفتوحة والمغلقة، وهما تُظهران أن المجموعات المفتوحة والمغلقة موجودة في كل فضاء طوبولوجي. ولإثبات ذلك، يكفي أن نلاحظ أنه، بحسب تعريف الطوبولوجيا،X{\displaystyle X}و{\displaystyle \varnothing }كلاهما مفتوح، وهما مغلقان أيضاً، لأن كل منهما مكمل للآخر.

المجموعات المفتوحة للطوبولوجيا الإقليدية المعتادة للخط الحقيقيR{\displaystyle \mathbb {R} }هي المجموعة الفارغة، والفترات المفتوحة ، وكل اتحاد للفترات المفتوحة.

  • الفاصل الزمنيأنا=(0،1){\displaystyle I=(0,1)}مفتوح فيR{\displaystyle \mathbb {R} }بحسب تعريف الطوبولوجيا الإقليدية. وهي ليست مغلقة لأن مكملتها فيR{\displaystyle \mathbb {R} }يكونأنا=(-،0][1،)،{\displaystyle I^{\complement }=(-\infty ,0]\cup [1,\infty ),}وهي ليست مفتوحة؛ بل هي فترة مفتوحة موجودة فيأنا{\displaystyle I^{\complement }}لا يمكن أن يحتوي على 1 ، وبالتالي فإنأنا{\displaystyle I^{\complement }}لا يمكن أن يكون اتحادًا لفترات مفتوحة. لذا،أنا{\displaystyle I}هذا مثال على مجموعة مفتوحة ولكنها ليست مغلقة.
  • وبحجة مماثلة، فإن الفترةج=[0،1]{\displaystyle J=[0,1]}هي مجموعة فرعية مغلقة ولكنها ليست مجموعة فرعية مفتوحة.
  • وأخيراً، لا هذا ولا ذاكك=[0،1){\displaystyle K=[0,1)}ولا مكملهاRك=(-،0)[1،){\displaystyle \mathbb {R} \setminus K=(-\infty ,0)\cup [1,\infty )}هي مفتوحة (لأنها لا يمكن كتابتها كاتحاد فترات مفتوحة)؛ وهذا يعني أنك{\displaystyle K}ليس مفتوحاً ولا مغلقاً.

إذا كان الفضاء الطوبولوجيX{\displaystyle X}تتمتع بالطوبولوجيا المنفصلة (بحيث يكون، بحسب التعريف، كل مجموعة جزئية منX{\displaystyle X}إذا كانت مفتوحة) فإن كل مجموعة فرعية منX{\displaystyle X}هي مجموعة جزئية مفتوحة ومغلقة. ولمثال أكثر تقدماً يُذكّر بالطوبولوجيا المنفصلة، ​​افترض أنيو{\displaystyle {\mathcal {U}}}هو مرشح فائق على مجموعة غير فارغةX.{\displaystyle X.}ثم الاتحادτ:=يو{}{\displaystyle \tau :={\mathcal {U}}\cup \{\varnothing \}} هي طوبولوجيا علىX{\displaystyle X}مع الخاصية التي تكون فيها كل مجموعة جزئية فعلية غير فارغةS{\displaystyle S}لX{\displaystyle X}إما أن تكون مجموعة جزئية مفتوحة أو مجموعة جزئية مغلقة، ولكن ليس كليهما؛ أي إذاSX{\displaystyle \varnothing \neq S\subsetneq X}(أينSX{\displaystyle S\neq X}إذاً، فإن إحدى العبارتين التاليتين صحيحة: إما (1)Sτ{\displaystyle S\in \tau }وإلا، (2)XSτ.{\displaystyle X\setminus S\in \tau .}بمعنى آخر، كل مجموعة جزئية إما مفتوحة أو مغلقة، لكن المجموعات الجزئية الوحيدة التي تكون مفتوحة ومغلقة في آن واحد هي{\displaystyle \varnothing }وX.{\displaystyle X.}

مجموعات مفتوحة عادية

مجموعة فرعيةS{\displaystyle S}فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}يُطلق عليها اسم مجموعة مفتوحة منتظمة إذاعدد صحيح(S¯)=S{\displaystyle \operatorname {Int} \left({\overline {S}}\right)=S}أو ما يعادل ذلك، إذاباد(S¯)=بادS{\displaystyle \operatorname {Bd} \left({\overline {S}}\right)=\operatorname {Bd} S}، أينبادS{\displaystyle \operatorname {Bd} S}،عدد صحيحS{\displaystyle \operatorname {Int} S}، وS¯{\displaystyle {\overline {S}}}تشير هذه الرموز، على التوالي، إلى الحدود الطوبولوجية ، والداخل ، والإغلاق لـS{\displaystyle S}فيX{\displaystyle X}الفضاء الطوبولوجي الذي توجد له قاعدة تتكون من مجموعات مفتوحة منتظمة يُسمى فضاءً شبه منتظم . مجموعة جزئية منX{\displaystyle X}تكون مجموعة مفتوحة منتظمة إذا وفقط إذا كانت مكملتها فيX{\displaystyle X}هي مجموعة مغلقة منتظمة، حيث تكون المجموعة الجزئية بحسب التعريفS{\displaystyle S}لX{\displaystyle X}تُسمى مجموعة مغلقة منتظمة إذاعدد صحيحS¯=S{\displaystyle {\overline {\operatorname {Int} S}}=S}أو ما يعادل ذلك، إذاباد(عدد صحيحS)=بادS.{\displaystyle \operatorname {Bd} \left(\operatorname {Int} S\right)=\operatorname {Bd} S.} كل مجموعة مفتوحة منتظمة (أو مجموعة مغلقة منتظمة) هي مجموعة جزئية مفتوحة (أو مجموعة جزئية مغلقة) على الرغم من أن العكس ليس صحيحًا بشكل عام [ ملاحظة 1 ] .

تعميمات المجموعات المفتوحة

طَوَال،(X،τ){\displaystyle (X,\tau )}سيكون فضاءً طوبولوجيًا.

مجموعة فرعيةأX{\displaystyle A\subseteq X}فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}يُطلق عليه اسم:

  • α-مفتوح إذاأ  عدد صحيحX(clX(عدد صحيحXأ)){\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {int} _{X}\left(\operatorname {cl} _{X}\left(\operatorname {int} _{X}A\right)\right)}والمكملة لمثل هذه المجموعة تسمى مجموعة مغلقة من النوع α . [ 9 ]
  • مفتوح جزئياً ، أو شبه مفتوح ، أو كثيف محلياً إذا استوفى أيًا من الشروط المكافئة التالية:
    1. أ  عدد صحيحX(clXأ).{\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {int} _{X}\left(\operatorname {cl} _{X}A\right).}[ 10 ]
    2. توجد مجموعات فرعيةد،يوX{\displaystyle D,U\subseteq X}بحيثيو{\displaystyle U}مفتوح فيX،{\displaystyle X,}د{\displaystyle D}هي مجموعة فرعية كثيفة منX،{\displaystyle X,}وأ=يود.{\displaystyle A=U\cap D.}[ 10 ]
    3. يوجد مكان مفتوح (فيX{\displaystyle X}مجموعة فرعيةيوX{\displaystyle U\subseteq X}بحيثأ{\displaystyle A}هي مجموعة فرعية كثيفة منيو.{\displaystyle U.}[ 10 ]

    تُسمى متممة المجموعة المفتوحة مسبقًا بالمجموعة المغلقة مسبقًا .

  • b-open ifأ  عدد صحيحX(clXأ)  clX(عدد صحيحXأ){\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {int} _{X}\left(\operatorname {cl} _{X}A\right)~\cup ~\operatorname {cl} _{X}\left(\operatorname {int} _{X}A\right)}. يُطلق على متمم المجموعة المفتوحة من النوع b اسم المجموعة المغلقة من النوع b . [ 9 ]
  • يكون مفتوحًا من النوع بيتا أو شبه مفتوح مسبقًا إذا استوفى أيًا من الشروط المكافئة التالية:
    1. أ  clX(عدد صحيحX(clXأ)){\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {cl} _{X}\left(\operatorname {int} _{X}\left(\operatorname {cl} _{X}A\right)\right)}[ 9 ]
    2. clXأ{\displaystyle \operatorname {cl} _{X}A}هي مجموعة فرعية منتظمة مغلقة منX.{\displaystyle X.}[ 10 ]
    3. توجد مجموعة فرعية مفتوحة مسبقًايو{\displaystyle U}لX{\displaystyle X}بحيثيوأclXيو.{\displaystyle U\subseteq A\subseteq \operatorname {cl} _{X}U.}[ 10 ]

    تُسمى متممة المجموعة المفتوحة من النوع β بالمجموعة المغلقة من النوع β .

  • يتم فتحها بالتتابع إذا استوفت أيًا من الشروط المكافئة التالية:
    1. كلما حدث تسلسل فيX{\displaystyle X}يتقارب إلى نقطة ما منأ،{\displaystyle A,}ثم يكون هذا التسلسل في النهايةأ.{\displaystyle A.}وهذا يعني صراحةً أنه إذاx=(xأنا)أنا=1{\displaystyle x_{\bullet }=\left(x_{i}\right)_{i=1}^{\infty }}هو تسلسل فيX{\displaystyle X}وإذا كان هناك بعضأأ{\displaystyle a\in A}بحيثxx{\displaystyle x_{\bullet }\to x}في(X،τ)،{\displaystyle (X,\tau ),}ثمx{\displaystyle x_{\bullet }}في نهاية المطافأ{\displaystyle A}(أي، يوجد عدد صحيح ما)أنا{\displaystyle i}بحيث إذاجأنا،{\displaystyle j\geq i,}ثمxجأ{\displaystyle x_{j}\in A}).
    2. أ{\displaystyle A}يساوي ترتيبه الداخلي المتسلسل فيX،{\displaystyle X,}وهي بحكم تعريفها المجموعة
      التسلسلXأ:={أأ :  كلما حدث تسلسل في X يتقارب إلى أ في (X،τ)، ثم يكون هذا التسلسل في النهاية أ}={أأ :  لا يوجد تسلسل في Xأ التي تتقارب في (X،τ) إلى حد ما في أ}{\displaystyle {\begin{alignedat}{4}\operatorname {SeqInt} _{X}A:&=\{a\in A~:~{\text{ whenever a sequence in }}X{\text{ converges to }}a{\text{ in }}(X,\tau ),{\text{ then that sequence is eventually in }}A\}\\&=\{a\in A~:~{\text{ there does NOT exist a sequence in }}X\setminus A{\text{ that converges in }}(X,\tau ){\text{ to a point in }}A\}\\\end{alignedat}}}

    تُسمى متممة المجموعة المفتوحة بالتتابع مجموعة مغلقة بالتتابع .SX{\displaystyle S\subseteq X}يتم إغلاقها بالتتابع فيX{\displaystyle X}إذا وفقط إذاS{\displaystyle S}يساوي إغلاقه التسلسلي ، والذي هو بحكم التعريف المجموعةSeqClXS{\displaystyle \operatorname {SeqCl} _{X}S}يتألف من جميعxX{\displaystyle x\in X}والتي يوجد لها متتالية فيS{\displaystyle S}ذلك يتقارب إلىx{\displaystyle x}(فيX{\displaystyle X}).

  • شبه مفتوحة، ويُقال إنها تتمتع بخاصية باير إذا وُجدت مجموعة جزئية مفتوحة.يوX{\displaystyle U\subseteq X}بحيثأيو{\displaystyle A\bigtriangleup U}هي مجموعة جزئية ضئيلة ، حيث{\displaystyle \bigtriangleup }يشير إلى الفرق المتناظر . [ 11 ]
    • المجموعة الفرعيةأX{\displaystyle A\subseteq X}يقال إن المجموعة تمتلك خاصية باير بالمعنى المحدود إذا كان لكل مجموعة جزئيةهـ{\displaystyle E}لX{\displaystyle X}التقاطعأهـ{\displaystyle A\cap E}يمتلك خاصية باير بالنسبة إلىهـ{\displaystyle E}[ 12 ]
  • شبه مفتوح إذاأ  clX(عدد صحيحXأ){\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {cl} _{X}\left(\operatorname {int} _{X}A\right)}أو، على نحو مماثل،clXأ=clX(عدد صحيحXأ){\displaystyle \operatorname {cl} _{X}A=\operatorname {cl} _{X}\left(\operatorname {int} _{X}A\right)}المكمل فيX{\displaystyle X}تُسمى المجموعة شبه المفتوحة مجموعة شبه مغلقة . [ 13 ]
    • شبه الإغلاق (فيX{\displaystyle X}) من مجموعة جزئيةأX،{\displaystyle A\subseteq X,}يرمز إليه بـsClXأ،{\displaystyle \operatorname {sCl} _{X}A,}هو تقاطع جميع المجموعات الفرعية شبه المغلقة منX{\displaystyle X}التي تحتويأ{\displaystyle A}كمجموعة فرعية. [ 13 ]
  • شبه مفتوح من نوع θ إذا كان لكلxأ{\displaystyle x\in A}توجد مجموعة جزئية شبه مفتوحةيو{\displaystyle U}لX{\displaystyle X}بحيثxيوsClXيوأ.{\displaystyle x\in U\subseteq \operatorname {sCl} _{X}U\subseteq A.}[ 13 ]
  • تكون الدائرة مفتوحة من النوع θ (أو من النوع δ ) إذا كان مكملها فيX{\displaystyle X}هي مجموعة مغلقة من النوع θ (أو δ )، حيث تكون، بحسب التعريف، مجموعة جزئية منX{\displaystyle X}تُسمى النقطة θ-مغلقة (أو δ-مغلقة ) إذا كانت مساوية لمجموعة جميع نقاطها العنقودية θ (أو δ-مغلقة).xX{\displaystyle x\in X}تُسمى نقطة عنقودية من نوع θ (أو نقطة عنقودية من نوع δ ) لمجموعة جزئيةبX{\displaystyle B\subseteq X}إذا كان لكل حي مفتوحيو{\displaystyle U}لx{\displaystyle x}فيX،{\displaystyle X,}التقاطعبclXيو{\displaystyle B\cap \operatorname {cl} _{X}U}ليس فارغًا (على التوالي).بعدد صحيحX(clXيو){\displaystyle B\cap \operatorname {int} _{X}\left(\operatorname {cl} _{X}U\right)}(ليس فارغًا). [ 13 ]

باستخدام حقيقة أن

أ  clXأ  clXب{\displaystyle A~\subseteq ~\operatorname {cl} _{X}A~\subseteq ~\operatorname {cl} _{X}B}    و    عدد صحيحXأ  عدد صحيحXب  ب{\displaystyle \operatorname {int} _{X}A~\subseteq ~\operatorname {int} _{X}B~\subseteq ~B}

كلما كان هناك مجموعتان جزئيتانأ،بX{\displaystyle A,B\subseteq X}مُرضٍأب،{\displaystyle A\subseteq B,}يمكن استنتاج ما يلي:

  • كل مجموعة فرعية مفتوحة من النوع α هي مجموعة شبه مفتوحة، ومجموعة شبه مفتوحة مسبقًا، ومجموعة مفتوحة مسبقًا، ومجموعة مفتوحة من النوع b.
  • كل مجموعة مفتوحة من النوع b هي مجموعة شبه مفتوحة مسبقًا (أي مفتوحة من النوع β).
  • كل مجموعة ما قبل الفتح تكون مفتوحة جزئياً وشبه مفتوحة جزئياً.
  • كل مجموعة شبه مفتوحة تكون مفتوحة من النوع b وشبه مفتوحة مسبقًا.

علاوة على ذلك، تكون المجموعة الجزئية مجموعة مفتوحة منتظمة إذا وفقط إذا كانت شبه مفتوحة وشبه مغلقة. [ 10 ] تقاطع مجموعة مفتوحة من النوع α مع مجموعة شبه شبه مفتوحة (أو شبه مفتوحة، أو مفتوحة مسبقًا، أو مفتوحة من النوع b) هو مجموعة شبه مفتوحة (أو شبه مفتوحة، أو مفتوحة مسبقًا، أو مفتوحة من النوع b). [ 10 ] لا يشترط أن تكون المجموعات المفتوحة مسبقًا شبه مفتوحة، ولا يشترط أن تكون المجموعات شبه المفتوحة مفتوحة مسبقًا. [ 10 ]

الاتحادات العشوائية للمجموعات شبه المفتوحة (أو α-المفتوحة، أو b-المفتوحة، أو شبه المفتوحة) هي مجموعات شبه مفتوحة (أو α-المفتوحة، أو b-المفتوحة، أو شبه المفتوحة). [ 10 ] مع ذلك، لا يشترط أن تكون التقاطعات المحدودة للمجموعات شبه المفتوحة مجموعات شبه مفتوحة. [ 13 ] مجموعة جميع المجموعات الجزئية α-المفتوحة من فضاء ما(X،τ){\displaystyle (X,\tau )}يشكل بنية طوبولوجية علىX{\displaystyle X}هذا أدق منτ.{\displaystyle \tau .}[ 9 ]

فضاء طوبولوجيX{\displaystyle X}تكون فضاءات هاوسدورف إذا وفقط إذا كان كل فضاء جزئي مضغوط منX{\displaystyle X}هو مغلق من النوع θ. [ 13 ] فضاءX{\displaystyle X}تكون الفضاءات منفصلة تمامًا إذا وفقط إذا كانت كل مجموعة جزئية مغلقة منتظمة مفتوحة جزئيًا، أو بصورة مكافئة، إذا كانت كل مجموعة جزئية شبه مفتوحة مفتوحة جزئيًا. علاوة على ذلك، تكون الفضاءات منفصلة تمامًا إذا وفقط إذا كان إغلاق كل مجموعة جزئية مفتوحة جزئيًا مفتوحًا. [ 9 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. أحد الاستثناءات هو إذاX{\displaystyle X}تتمتع بالطوبولوجيا المنفصلة ، ​​وفي هذه الحالة كل مجموعة جزئية منX{\displaystyle X}هي مجموعة جزئية مفتوحة منتظمة ومجموعة جزئية مغلقة منتظمة منX.{\displaystyle X.}

مراجع

  1. مونكرز 2000 ، ص 76-77.
  2. أوينو، كينجي؛ وآخرون  (2005). "نشأة المتشعبات" . هبة رياضية: التفاعل بين الطوبولوجيا، والدوال، والهندسة، والجبر . المجلد  3. الجمعية الرياضية الأمريكية. ص  38. ISBN 9780821832844.
  3. مونكرز 2000 ، ص 76.
  4. 1 2 تايلور، جوزيف ل. (2011). "الدوال التحليلية" . المتغيرات المركبة . سلسلة سالي. الجمعية الرياضية الأمريكية. ص 29. ISBN  9780821869017.
  5. كرانز، ستيفن ج. (2009). "الأساسيات" . أساسيات الطوبولوجيا مع التطبيقات . مطبعة سي آر سي. ص 3-4 . ISBN  9781420089745.
  6. مونكرز 2000 ، ص 88.
  7. مونكرز 2000 ، ص 95.
  8. مونكرز 2000 ، ص 102.
  9. 1 2 3 4 5 هارت 2004 ، ص. 9.
  10. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 هارت 2004 ، ص 8-9.
  11. أوكستوبي، جون سي. (1980). "4. خاصية باير". القياس والفئة . نصوص الدراسات العليا في الرياضيات. المجلد 2 ( الطبعة الثانية). سبرينغر-فيرلاغ. الصفحات 19-21 . ISBN    978-0-387-90508-2.
  12. كوراتوفسكي، كازيميرز (1966). الطوبولوجيا. المجلد 1. دار النشر الأكاديمية ودار النشر العلمية البولندية.
  13. 1 2 3 4 5 6 هارت 2004 ، ص. 8.

فهرس